CC BY
24УДК 631.51.001
О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕОРИИ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ ДЛЯ РЕФОРМИРОВАНИЯ
ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
А.А. Конищев, к.т.н.,И.И. Гарифуллин
— Ивановский НИИСХ Е-mail: ivniicx@rambler.ru
С точки зрения «Теории решения изобретательских задач» (ТРИЗ), в действующей концепции построения операций обработки почвы есть две проблемы, снижающие влияние обработки на урожайность возделываемых культур. Первая - это практическая невозможность создания оптимального сложения почвы, вторая - переуплотнение почвы техникой. Используя подходы и методы ТРИЗ была разработана концепция и технология объемно-гетерогенной обработки почвы, приближающая строение пахотного слоя к оптимальному и исключающая антропогенное уплотнение почвы. Проверка предлагаемой технологии в сравнении с традиционной обработкой на базе вспашки проведена при выращивании яровой пшеницы по фону чистого пара и зерновому предшественнику на дерново - подзолистой почве. Урожайность пшеницы (при одинаковых агрохимических характеристиках различных участков) полностью определяется плотностью почвы в период конца кущения - начала выхода в трубку. Установлено, что на участках почвы (в пределах одного поля), имеющих одинаковую плотность корнеобитаемого слоя, урожайность яровой пшеницы также одинакова и не зависит от способа получения этой плотности. При этом при изменении плотности почвы от 1,1 до 1,44г/см3 урожайность изменяется от 3,06 до 2,17 т/га.
Ключевые слова: плотность почвы, объемно-гетерогенная обработка, вспашка, урожайность, яровая пшеница
Дискуссия о целесообразности применения той или иной технологии обработки почвы или орудия для ее реализации с разной интенсивностью продолжается многие десятилетия. Поводами для активизации исследований и обсуждений этого вопроса становился «социальный заказ», порожденный экологическими потрясениями, ставящими на первый план саму возможность ведения земледелия (например, ветровая или водная эрозии), или значительные экономические и технологические события в мире или стране. Особенностью публикаций последних лет стало рассмотрение систем земледелия с привлечением основ философии и теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) [1,2]. С точки зрения ТРИЗ, для решения конкретной задачи нужно, прежде всего, обозначить внутренние противоречия в действующей системе и совершать действия по их преодолению или нейтрализации. Применительно к технологиям обработки почвы таких основных противоречий два.
Противоречие №1. Невозможность (в рамках действующей концепции построения операций обработки почвы) практической оптимизации сложения почвы.
Имеется в виду, что учеными почвоведами установлены требования к сложению почвы, обеспечивающие максимальную продуктивность растений при различном ее увлажнении (это оптимальная плотность и пористость пахотного слоя). Но даже если допустить, что у агронома есть неограниченный набор технических и экономических возможностей сформировать любое сложение почвы, то он просто не знает, какие условия для очередного года нужно создавать. Потому, что информации о том, каким по увлажнению будет очередной год, у него нет, так как метеослужба давать достоверные долгосрочные прогнозы пока не может. К тому же погодные условия очень динамичны, а сложение почвы формируется до посева и далее меняться не может. Поэтому производственники проводят обработку почвы, ориен-
тируясь на традиции региона, собственный опыт и предшествующие годы. То есть, проводится некая усредненная обработка, неизбежно приводящая к потере продуктивности растений. В результате долевое влияние обработки на величину урожайности примерно в 10 раз меньше, чем погодных условий. Расходовать на обработку 25-35% от общих затрат на возделывание культуры (при среднем «вкладе» обработки в урожайность в 2,5-6%) современный прагматический мир не может, или не хочет. Поэтому повсеместно проводят исследования по минимизации обработки, вплоть до полного отказа от обработки вообще (технология no-till).
Противоречие №2. В действующей концепции заложено неизбежное переуплотнение почвы ходовыми системами мобильных агрегатов.
Происходит это оттого, что последовательность операций в действующей концепции строится по схеме: «глубоко - мельче - совсем мелко» (учитывая, что посев - это тоже обработка почвы на глубину
№ 1 (79) 2017
Владимгрскш ЗешеШецТз
Изменение средней плотности почвы в процессе вегетации в слое 5-20см, г/см3
Полигон № 1 Полигон №2
Традиционная Экспериментальная Традиционная Экспериментальная
обработка обработка обработка обработка
*1.1б 1.32 1.27 1.33
1,23 1.18 1.31 1,30
Примечание: * В числителе до начала работ, в знаменателе е фазе «конец кущения начало выхода в трубку»
Урожайность, т/га
Зависимость урожайности яровой пшеницы от плотности сложения почвы
1. Полигон 1. У = 820:8755П- Зб4о817П: - 430:65
Е.2 = 0=7213 - для вспашки: 112 = 0,6797 - для экспериментальной обработки
2. Полигон 2. У = 469,531411— 191,ООП2 — 258,361
Нг= 0:6464 - для вспашки; 112 = 0Г767& - для экспериментальной обработки
У — урожайность: П - плотность почвы
заделки семян). То есть от вспашки к посеву с каждой очередной операцией обработку производят на все меньшую глубину. При этом неизбежно уплотняются нижние (ранее взрыхленные) слои почвы. Данная последовательность родилась одновременно с изобретением плуга в его современном виде, так как другой последовательности плуг просто не допускает. Последующее появление в производстве чизельных и плоскорежущих орудий (в силу инерции мышления) исходной последовательности построения операций не изменило. Поэтому схема построения операций в последовательности «глубоко - мельче - совсем мелко» приоб-
рела глобальное распространение. Потери урожая при этом составляют от 10 до 30% в зависимости от массы и размеров ходовой системы агрегатов.
Все мировое земледельческое сообщество борется с этим фактом путем всемерного уменьшения давления техники на почву, хотя простой анализ показывает, что в рамках действующей концепции обработки почвы только уменьшением контактного давления ходовых систем тракторов на почву проблемы переуплотнения почвы устранить невозможно! Кроме того результаты исследований, показывающие в некоторых случаях преимущество по урожайности уплот-
нения почвы ходовыми системами тракторов [3,4] «скромно» замалчиваются, так как они выпадают из общей концепции направления работ. Даже столь краткий анализ показывает, что все действия по решению обеих проблем, с точки зрения ТРИЗ, направлены в сторону от их реального решения. Между тем в самой системе ТРИЗ имеются 39 типовых принципов решения изобретательских задач, часть из которых может быть использована для решения обозначенных проблем. В частности это принципы «дробления», «местного качества» и «обрати вред в пользу». Используя эти и другие принципы была создана теория объемно-гетерогенной обработки почвы [5,6], в соответствии с которой обработку почвы производят не общим фоном по полю, а на поле создают участки с плотностью почвы благоприятной для избытка осадков или их недостатка. Взаимовлияние участков друг на друга сглаживает влияние погодных условий на продуктивность культур, а выполнение указанной обработки совместно с посевом исключает антропогенное переуплотнение почвы.
Цель исследования - проверка эффективности принятых решений по влиянию объёмно-гетерогенной обработки на плотность почвы и урожайность яровой пшеницы.
Исследования проводили на дерново - подзолистой легкосуглинистой почве. С осени на участках объемно - гетерогенной обработки проводили дискование почвы. В качестве контроля использовали традиционную обработку на базе зяблевой вспашки. Для повышения контрастности получаемых данных в качестве предшественников использовали пшеницу (полигон 1) и чистый пар (полигон 2). Оба полигона располагали в пределах одного поля. Каждый полигон разбивали на клетки с размерами 5х5 м. (по 48 шт. на каждом варианте). На каждой «клетке» послойно определяли плотность почвы и далее отслеживали динамику ее изменения до уборки. На характерных квадратах производили учет урожая.
Результаты. Расчёт парных коэффициентов корреляции между
Владимгрскт ЗемлеЗЪдеф
№ 1 (79) 2017
плотностью почвы в различные периоды вегетации (до начала работ, в период всходов и фазе "конец кущения - начало выхода в трубку") и урожайностью показал, что наибольшую связь с урожайностью плотность почвы имеет в период «конец кущения - начал выхода растений в трубку». Коэффициенты корреляции соответственно равны: 0,240; 0,366; 0,640. Поэтому зависимость урожайности от плотности представлена для плотности в фазе «конец кущения - начало выхода в трубку».
Весной до начала полевых работ участки полигонов имели большую плотность почвы по сравнению со вспаханными на зябь (таблица). Особенно существенным (на 14%) превышение было по фону пшеницы. То есть минимизация осенней обработки в условиях Нечерноземной зоны приводит к увеличению плотности почвы весной. Далее в процессе обработки почвы и посева происходит изменение её плотности. На традиционной технологии все участки почвы уплотнились от исходного значения, а на экспериментальной обработке - рыхлые участки остались рыхлыми, а уплотненные и нормальной плотности разуплотнились пропорционально исходному уплотнению. В результате средняя плотность участков на полигоне с паровым предшественником (№2) выровнялась по обеим технологиям, а по стерневому предшественнику экспериментальная технология обеспечила уменьшение плотности на 0,05г/см3 (таблица).
При учете урожая получено, что урожайность пшеницы (при одинаковых агрохимических характеристиках различных участков) полностью определяется плотностью почвы в период «конец кущения -начало выхода в трубку». При этом урожайность не зависела от способа подготовки почвы к посеву. То есть, участки почвы, имевшие одинаковую плотность почвы на обеих обработках, имели и одинаковую урожайность (рисунок).
Указанная тенденция сохраняется и по предшественникам. Практически это выглядит так: на паровом предшественнике при плотности 1,20 г/см3 теоретическая урожайность равна 3,0 т/га. По обработкам она составила: 2,9 т/га - экспериментальная и 2,65 т/га - технология на базе вспашки. При плотности 1,38 г/см3 теоретическая урожайность равна 2,58 т/га, а фактическая - 2,53 т/га по экспериментальной обработке и 2,34 т/га по традиционной. На стерневом предшественнике при плотности 1,18 г/см3 теоретическая урожайность составила 3,03 т/га, а практическая - 3,31 т/га по технологии на базе вспашки и 3,4 т/га по экспериментальной обработке. При плотности 1,34 г/см3 на участке с применением вспашки теоретическая урожайность равна 1,47 т/га, фактическая - 1,71 т/га. На экспериментальной обработке участков с плотностью почвы выше 1,26 г/см3 разница не зафиксирована. В целом урожайность пшеницы (по пару) составила 2,82 т/га по экспериментальной обработке и 2,58 т/га - по традиционной, по колосо-
вому предшественнику - 2,77 т/га по экспериментальной обработке и 2,42 т/га - по традиционной.
Таким образом, при выпадении большого количества осадков максимальная урожайность яровой пшеницы фиксируется при рыхлом сложении корнеобитаемого слоя не зависимо от предшественника. Следует ожидать, что при ином режиме увлажнения величина оптимума будет смещаться, то есть принятое решение по реформированию системы обработки почвы имеет определенные перспективы.
Литература
1. Панфилов В.А. Технологии АПК: диалектика развития // Вестник Российской сельскохозяйственной науки, 2016, №4.- С.7-8.
2. Мельник В.И. Эволюция систем земледелия - взгляд в будущее// Земледелие, 2015, №1.- С.8-12.
3. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения - М.: ВИМ, 1998. -368с.
4. Рудакова Л.В. Агрофизические свойства почвы и урожай ячменя в зависимости от уплотняющего воздействия движителей / Автореф. дис. канд. с-х наук.- М., 1995. -17с.
5. Конищев А.А. К вопросу о совершенствовании технологий обработки почвы // Земледелие, 2013, №7.- С.7-9.
6. Конищев А.А. Обработка почвы: вчера; сегодня; завтра - Иваново : Изд-во ИГСХА, 2013. - 127 с. [Электронный ресурс] // АгроСборник. URL : http://www.agrosbornik.ru.
CONSIDERING INNNOVATIVE TASKS APPLICATION FOR REFORMING SOIL TREATMENT TECHNOLOGY
Konischev A.A., Garifullin I.I.
From the point of view of "Theory of innovative tasks solving" (TITS), there are two main problems in operational concept of soil treatment operations, which decrease soil Itreatment impact on the yield of cultures. The first one is practical impossibility of creating the optimum soil structure, the second one - overconsolidation of soi with technique. While applying the ways and methods if TITS there was worked out the conception and technology of volume-heterogenious soil treatment, which makes the arable soil layer more optimum and avoids anthropogenic soil packing. The experiment with the newtechnology as compared to the traditional one based on ploughing was carried out during spring wheat growing on the background of clean fallow and with cereals as a predecessor on sod-podzolic soil. Wheat yield (with the same agrochemical characteristics of diverse plots) is fully determined by soil density in the period of tillering end - the beginning of booting. It was established that in terms of a whole field the soil plots which had the same density of root layer wheat yield was the same and didnt depend on the ways of forming soil density. While changing soil density fro, 1,1 up to 1,44 g per cm3 the yiled changed from 3,06 up to 2,171 per ha.
Keywords: soil density, volume-heterogenious treatment, ploughing, yield, spring wheat.
№ 1 (79) 2017
g/iaöuMipckiü ЗемлеШегй)
