CC BY
17
Антонов Сергей Анатольевич, кандидат географических наук ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией ГИС-технологий ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», Российская Федерация, Ставропольский край, г. Михайловск, Тел.: +79034093827, E-mail: santosb@mail.ru
Antonov Sergey Anatolevich, Candidate of Geographical Sciences, Leading Researcher, Head of Laboratory for GIS technology, Federal State Budgetary Scientifical Institution "North Caucasus FARC", Russia, Stavropol Territory, Mikhailovsk, Tel.: +79034093827, E-mail: san-tosb@mail.ru
DOI: 10.25930/002.2.12.2019 УДК 633.631.5
ОБОСНОВАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР
С.И. Капустин
В представленной статье сделан обзор современных мировых тенденций в растениеводстве, раскрыта сущность процессов, протекающих в почве при различных способах её обработки, что и являлось целью публикуемой работы. Изменение условий хозяйствования вызвано сменой экономических, социальных, почвенных и климатических факторов. Приведены современные тенденции в растениеводстве. Указывается, что энергосберегающие технологии построены на узкой специализации хозяйств, внедрении новой широкозахватной техники, комбинированных орудий и агрегатов, сокращении количества технологических операций на поле, логистике оптимальных маршрутов движения техники и продукции. При этом обязательно использование новых адаптированных, высокоурожайных сортов и гибридов, их сортовой агротехники, а также замещение механических обработок почвы применением, при необходимости, гербицидов. Переходный период от традиционных к энергосберегающим технологиям включает выравнивание полей (2-3 года), накопление мульчи в верхнем слое почвы (2-3 года и более), устранение засоренности (3-4 года), внедрение севооборота, пригодного для рыночных отношений и обеспечивающего биологическую санацию полей от сорняков и вредителей без гербицидов. Преимуществом энергосберегающей технологии («No-till») является экономия топлива (16-18 л/га), экономия времени (до 3 проходов техники за год), экономия затрат рабочей силы, повышение содержания почвенного азота и органического вещества в почве, сохранение её структуры, предотвращение водной и ветровой эрозии, смягчение перепадов почвенных температур в дневные и ночные часы. Освоение технологии снижает количество и всхожесть сорняков, загрязнение водных источников. Предлагаемая технология предусматривает насыщение верхнего слоя органическим веществом за счёт оставления и заделки растительных остатков в аэрируемый слой почвы на глубину до 8-10 см, периодическое (раз в 3-4 года) разрушение почвенной подошвы и разуплотнение почвы на глубину 50-60 см. В связи с уменьшением в хозяйствах количества органических удобрений альтернативы мульче в настоящее время нет.
Ключевые слова: современные тенденции в растениеводстве, интенсивные, энергосберегающие технологии
JUSTIFICATION OF FIELD CROP TECHNOLOGY
S.I. Kapustin
In the present article, an overview of current world trends in crop production is made, the essence of the processes occurring in the soil with various methods of its treatment is revealed, which was the purpose of the published work. The change in economic conditions is caused by a change in economic, social, soil and climatic factors. The current trends in crop production are presented. It is indicated that energy-saving technologies are based on a narrow specialization of farms, the introduction of new widely gripping equipment, combined tools and units, a reduction in the number of technological operations in the field, and the logistics of optimal routes for vehicles and products. In this case, it is necessary to use new adapted, high-yielding varieties and hybrids, their varietal agro-techniques, as well as the substitution of soil mechanical treatments with the use of herbicides if necessary. The transition period from traditional to energy-saving technologies includes leveling fields (2-3 years), the accumulation of mulch in the upper soil level (2-3 years or more), the elimination of weedi-ness (3-4 years), the introduction of crop rotation suitable for market relations and providing biological sanitation of fields from weeds and pests without herbicides. The advantage of the energy-saving technology ("No-till") is saving fuel (16-18 l/hectare), saving time (up to 3 passes of machinery per year), saving labor costs, increasing the content of soil nitrogen and organic matter in the soil, preserving its structure, prevention of water and wind erosion, leveling changes in soil temperatures during day and night hours. The development of technology reduces the number and germination of weeds, pollution of water sources. The proposed technology provides for the saturation of the upper layer with organic matter by leaving and embedding plant residues in the aerated soil layer to a depth of 8-10 cm, periodic (every 3-4 years) destruction of the soil sole and decompaction of the soil to a depth of 50-60 cm. Due to the decrease in the number of organic fertilizers on farms, there is currently no alternative to mulch.
Key words: current trends in crop production, intensive energy-saving technologies
Введение. В современном глобальном мире уровень развития растениеводства в отдельно взятой стране зависит от многих факторов, главными из которых являются природные условия, месторасположение, государственная политика, демографическая ситуация, менталитет нации, уровень развития экономики, влияние внешних факторов [1]. В последние десятилетия в аграрном производстве Российской Федерации произошло изменение условий хозяйствования, которые вызваны рядом признаков. Изменились:
1. Социальные факторы. Существенно уменьшилась численность сельского населения. Становится тяжелее найти профессиональных механизаторов, специалистов по ремонту и наладке современной техники. Остаются тяжелыми условия жизни на селе, заработная плата сравнительно невысокой.
2. Климатические условия. Потепление климата в степной зоне вызвало повышение общего количества осадков за год, зимы становятся мягкими и теплыми с все чаще повторяющимися экстремальными явлениями - градом, засухами, заморозками, кратковременными сильными морозами и др. Вместе с тем период с эффективными температурами практически не изменился, увеличился отрезок года с низкими положительными температурами в переходе от осени к зиме и от зимы к весне. Это привело к изменению оптимальных сроков сева сельскохозяйственных культур [2, 3].
3. Состояние почв. Почвенное плодородие существенно снизилось. Произошла дегумификация почвы с 4-5 до 3-4%. Среднее содержание основных элементов питания уменьшилось. Наблюдается выщелачивание почвы. Ca постепенно вытесняется Na или Mg. Навоз практически не вносится, а из минеральных удобрений, которых недостаточно, преобладает аммиачная селитра. Ухудшается структура почвы, уменьшается её способность удерживать влагу. Частая смена арендаторов, нарушение технологий выращивания, плохо обработанные поля способствуют увеличению эрозии [4]. При этом происходит существенное повышение количества семян сорных растений.
4. Экономические условия. Вступление Российской Федерации в ВТО, а также глобализация мировой экономики вынуждают аграриев работать в условиях мировых цен на ряд ресурсов [5]. Часть из них в стране производится не в полной мере (средства защиты растений, семена, отдельные виды техники) или производство строится на импортируемом сырье. Периодически усугубляют ситуацию мировой финансовый кризис и экономические санкции, которые делают импортируемые товары еще дороже за счёт роста курса доллара и повышают цену на кредитные ресурсы [1]. Курс на импортоза-мещение и дополнительное кредитование способствуют улучшению финансового состояния хозяйств. Однако при традиционных технологиях выращивания полевых культур затраты возрастают до такой степени, что делают получаемую продукцию малоконкурентоспособной, а производство нерентабельным, а часто и убыточным [6]. Вместе с тем использование приведенных параметров и ресурсов обусловливает многообразие технологий в растениеводстве. Однако наблюдаются и общемировые тенденции.
Научно-технический прогресс делает отрасль производством индустриального типа. Широко используются точные технологии или их элементы, применяется техника 5-го поколения, высокоурожайные, адаптивные сорта и гибриды, комплексные удобрения, высокоэффективные средства защиты растений [7]. Растет капиталоемкость растениеводства за счет высоких закупочных цен, прямых государственных субсидий, ипотечных кредитов. Это делает необходимым внешний приток капитала для поддержки высокой интенсивности отрасли. Осуществляется постепенное выравнивание уровня государственной поддержки (сокращение в Европейском Союзе и США, увеличение в развивающихся странах) и превращение отрасли в самодостаточную в финансовом отношении. Уменьшается доля ручного труда, число работников отрасли. Сокращается количество хозяйств, увеличивается производство продукции крупными агроформиро-ваниями, средняя площадь хозяйств.
В комплексе агротехнических приемов, которые способствуют повышению продуктивности полевых культур, важное место занимает обработка почвы. Во второй половине 20 века в мировом земледелии наметилась тенденция перехода от практики многократной обработки почвы к сокращению их количества. Получили распространение идеи «минимальной» и «нулевой» обработок, цель которых снижение вредного антропогенного действия на почву и уменьшение затрат.
Главными принципами усовершенствования системы обработки почвы является минимализация и создание мульчирующего слоя из растительных остатков почвы глубиной не менее 3 см [8].
Минимальная обработка почвы получает все большее распространение в США [9]. M.S. Andreini [10] утверждает, что мелкая безотвальная обработка почвы не ухудшает её физические свойства и не приводит к снижению продуктивности культурных растений.
Цель исследований - обобщить современные тенденции в растениеводстве и проанализировать сущность процессов, протекающих в почве при различных способах её обработки.
Результатом этих тенденций является внедрение энергосберегающих технологий, которые позволяют получать высокие урожаи при одновременном уменьшении затрат дизельного топлива, труда, себестоимости зерна и кормов для молочного животноводства [11, 12]. Переход к таким технологиям - общемировая тенденция, подтверждаемая примерами лучших агроформирований Ставропольского края.
Результаты и их обсуждение. Для перехода от традиционных технологий (со вспашкой) к энергосберегающим необходим переходный период. За время его проведения технологические расходы существенно не сократятся, так как экономия, полученная за счет исключения вспашки, будет аннулирована дополнительными обработками гербицидами. Переходный период необходим для внедрения севооборота, обеспечивающего биологическую защиту полей от сорняков, вредителей без применения гербицидов. В течение 2-3 лет и более осуществляется накопление мульчи в верхнем слое почвы для создания условий работы живых организмов почвы. Им необходимы постоянная пища и влага. В эти же годы происходит выравнивание полей с целью устранения свалов, развалов и других неровностей после многолетней вспашки. Выполняется их подготовка к работе широкозахватной техники. Одновременно в течение 3-4 лет происходит устранение засоренности полей. Для снижения потенциальной засоренности почвы до приемлемого уровня 50-100 млн шт/га семян сорняков в первые годы борьбы с корнеотпрысковыми сорняками обязательно применение общеистребительных почвенных гербицидов типа Раундап, а в дальнейшем Харнес, Трофи, а также по-слевсходовых препаратов [13, 14].
В этой целью в переходный период осуществляют поверхностную, минимальную обработку почвы. Эти работы лучше начинать осенью. После уборки предшественника и отрастания сорняков вносят гербициды сплошного действия, а через 2-3 недели выполняется сплошная культивация на глубину 5-7 см. Если это пласт однолетних или многолетних трав, то он сравнительно хорошо разрабатывается за два прохода тяжелой дисковой бороной и последующей культивацией. В этом случае весной на части полей можно проводить посев уже без обработки почвы.
В течение 2-3 лет осуществляется выравнивание и отрабатывается интегрированная система борьбы с сорняками. После проведения в течение этого времени минимальной обработки исчезает подплужная подошва, почва начинает лучше сохранять зимнюю влагу и пропускать воздух. При этом индикатором оживания почвы является значительное повышение количества дождевых червей на 1 м2 почвы глубиной 10-15 см до 20-30 штук. Для каждого хозяйства со своим набором культур и севооборотом система осуществления переходного периода своя, но принципы общие.
Для внедрения энергосберегающих технологий необходимы:
-Применение широкозахватной техники. Для этого с учетом рельефа, уклонов, размера и конфигурации полей применяют максимально возможную для условий хозяйства по ширине захвата технику, что позволяет сократить с 80-100 л/га до 16-25 л/га расход горючего на гектар, число механизаторов, проводить технологические операции в оптимальные сроки с большей производительностью, меньше уплотнять почву [6, 13].
-Сокращение количества технологических операций на поле, логистика (оптимизация) маршрутов движения техники и продукции с учетом погодных условий и требований культуры.
-Обязательное использование комбинированных сельскохозяйственных орудий и агрегатов, которые за один проход выполняют несколько технологических операций. Это предполагает применение более мощной тягловой техники.
-Применение новых высокоурожайных сортов и строгое соблюдение их сортовой агротехники. Это позволяет сократить количество технологических операций, а знание особенностей сорта (гибрида) - получить от него максимальную отдачу на единицу затрат.
- Экономически обоснованная замена механических обработок почвы применением страховых гербицидов. Для экономии трудозатрат перед выбором способа борьбы с сорняками учитывается соотношение цены на средства защиты растений и дизтопли-во, наличие техники.
Энергосберегающие технологии предусматривают узкую специализацию хозяйств с внедрением преимущественно короткоротационных севооборотов и культур, хорошо приспособленных к местным климатическим условиям. Это позволяет сократить набор необходимой техники, повысить профессионализм механизаторов и специалистов, увеличить площади полей для формирования товарных партий продукции.
Отличительными чертами полевых севооборотов при обычных и энергосберегающих технологиях являются:
1. Уменьшение количества выращиваемых культур с 7-10 до 2-4. Площадь поля при этом увеличивается до максимально возможной.
2. Чередование культур определяется требованиями рынка вместо обязательного во времени и пространстве. При этом возможные издержки компенсируются дополнительными вложениями, а рентабельность культуры имеет первостепенное значение.
3. Наличие черного пара в степной зоне у обычных технологий обязательно, а у энергосберегающих - желательно. При этом требования к накоплению пожнивных остатков у первых технологий отсутствуют, а у вторых - обязательны.
4. У энергосберегающих технологий обязательным является создание оптимальных условий для жизнедеятельности червей и микроорганизмов, а также учет влияния растительных остатков на мелкосемянные культуры.
Общими чертами полевых севооборотов обычных и энергосберегающих технологий установлены равномерная нагрузка на технику, обязательное чередование теплолюбивых и холодостойких культур, контролирование уровня засоренности, наличия болезней и вредителей, учитывание аллелопатии, фитотоксичности, синергизма, оптимизация режима влаги и накопления органического вещества.
Главная трудность внедрения энергосберегающих технологий - смена менталитета специалистов, использующих традиционные технологии с использованием вспашки при обработке почвы. В связи с этим важно понимать сущность процессов, протекающих в почве при смене технологий. Так если при отвальной обработке питательные вещества используются растениями за счет разложения гумуса, то после освоения технологии «No-till», по данным специалистов «Агро-союз», содержание гумуса в верхнем слое почвы увеличивается на 0,05-0,1% за 1 год [6, 14]. Вместе с тем в первые годы освоения этой технологии происходит снижение содержания азота, которое обязательно необходимо компенсировать (на 1 тонну соломы - 10-15 кг д. в. N). При безотвальной обработке нет возможности заделать в почву большие дозы органики. Возможно внесение до 20 т/га с заделкой дисковыми боронами, а лучше предварительная глубокая переработка на месте хранения и получение «биогумуса» с использованием калифорнийских и других червей.
При отвальной обработке распределение семян сорных растений по слоям почвы
составляет: 0-10 см - 20%, 10-20 см - 45%, 20-30 см - 35%. При исключении вспашки 67% семян находятся в слое 0-5 см и 23% - в слое 5-10 см. Поэтому значительно возрастает роль гербицидов в период освоения технологии.
Существенными недостатками традиционных систем земледелия, в основе которых лежит вспашка, является образование плужной подошвы толщиной 6-8 см с удельным весом 1,7-1,8 г/см3, уплотнение почвы от многократных проходов техники по полю, уборка большого количества растительных остатков или их сжигание, обедняющее почву, большой расход топлива за технологический цикл (до 80-100 кг/га) без сушки зерна [4]. Происходит интенсивное разрушение почвы при естественном образовании в год меньшего количества структурных единиц.
Безотвальная обработка почвы включает применение рыхления вместо оборота пласта, посев полевых культур в слой мульчи, насыщение верхнего слоя органическим веществом за счет оставления и заделки растительных остатков в аэрируемый слой на глубину до 8-10 см, периодическое (раз в 3-4 года) разрушение почвенной подошвы и разуплотнение почвы на глубину 50-60 см и более.
Создаваемый на основании энергосберегающих технологий верхний слой мульчи имеет как положительные, так и отрицательные свойства. Полезными признаками является то, что мульча обогащает почву органикой, повышает процентное содержание гумуса. Она является пищей для полезной энтомофауны. Создаются условия для естественной нитрификации почвы азотом воздуха, ускоренного преобразования химических элементов почвы в доступные растениям формы. Кроме этого, мульчирующий слой способствует сохранению почвенной влаги, затрудняет прорастание сорняков, препятствует появлению почвенной корки, снижает влияние засухи, нивелирует различия между дневными и ночными температурами почвы. В связи с уменьшением в хозяйствах количества органических удобрений альтернативы мульче в настоящее время нет.
Таблица - Отличительные элементы различных технологий обработки почвы
Технологические операции Обработка почвы
отвальная безотвальная (консервирующая) минимальная нулевая
Основная обработка почвы глубокое рыхление с оборотом пласта плугом глубокое рыхление без оборота пласта плоскорезом мелкое рыхление без оборота пласта дисками или культиватором отсутствует
Периодическое углубление пахотного слоя изменение глубины вспашки разуплотнением почв чизелем до 50-60 см разуплотнением почв чизелем до 50-60 см отсутствует
Посев в почву в почву в мульчу в мульчу
Культивация разноглубинная до 12-14 см поверхностного слоя 5-10 см поверхностного слоя 5-10 см отсутствует
Уборка без измельчения остатков и преимущественно вывозом их с поля с измельчением остатков и оставлением на поле с измельчением остатков и оставлением на поле с измельчением остатков и оставлением на поле
Совмещение технологических операций редко редко желательно обязательно
К негативным факторам мульчи относится то, что она замедляет прогревание почвы. При значительном слое мульчи это отдвигает срок начала полевых работ на 1-3 дня. Мульча является источником пищи также и вредной энтомофауны - мышей, бактерий, болезнетворных грибов, что приводит к вспышкам их количества.
При переходе к энергосберегающим технологиям на основных работах по обработке почвы для рыхления используются чизельные культиваторы и комбинированные агрегаты с долотообразными наконечниками рыхлительных лап. Для заделки и перемешивания мульчи - стерневые культиваторы, а разрыхления и разуплотнения почвы -чизельные культиваторы-глубокорыхлители. Сочетая положительные стороны вспашки, безотвального рыхления и щелевания, чизельная (консервирующая) обработка обеспечивает защиту почв от ветровой эрозии, регулирует сток талых вод, при этом не образуется плужная подошва [4]. Подготовку почвы с одновременным посевом необходимо выполнять комбинированным почвообрабатывающим посевным агрегатом.
Важным элементом, который необходимо учитывать при переходе к энергосберегающим технологиям, является плотность почвы. Её оптимальное значение в среднем должно составлять 1,1-1,3 г/см3. Ряд литературных источников указывают на зависимость этого признака от процентного содержания в почве гумуса [15].
Таким образом, энергосберегающие технологии после их освоения включают незначительное количество технологических операций в поле. В технологической динамике основная обработка почвы проходит ряд этапов - обработка на основе вспашки, использование плоскорезов, чизелей, минимальная и нулевая обработки.
Выводы: Преимуществами энергосберегающей технологии «No-till», по данным многих литературных источников [6, 11, 14, 15, 16], являются:
• Экономия топлива до 80%. В корпорации «Агро-Союз» с 80-100 л/га до 16-18 л/га.
• Экономия времени. Проводится до 3 проходов техники за год вместо 5-10 проходов при механизированной обработке.
• Экономия до 60% затрат рабочей силы (человеко-часов на 1 га).
• Повышение содержания почвенного азота и органического вещества.
• Сохранение структуры почвы, почвенной влаги, улучшение аэрации, инфильтрации, предотвращение водной и ветровой эрозии почвы.
• Смягчение почвенных температур.
Освоение технологии снижает всхожесть и количество сорняков, загрязнение водных источников, уменьшается потребность в орошении.
Литература
1. Храмцов Л.И., Храмцов В.Л. Мировые агротехнологии: монография. - Днепропетровск: Имапресс, 2010. 421 с.
2. Пащенко Ю.И., Борисов В.Н. Адаптивш i ресурсозбережш технологи вирощування гiбридiв кукурудзи. - Дншропетровськ: Арт-прес, 2009. 223 с.
3. Капустш C.I., Капустш А.С., Барановський О.В. Рослинництво за ктматичних умов твден-ного сходу Украши: тдручник. - Луганськ: Елтон-2, ЛНАУ, 2013. 568 с.
4. Циков В.С. Кукуруза: технологии, гибриды, семена. - Днепропетровск: изд-во «Зоря», 2003. 286 с.
5. Шпаар Дитер. Кукуруза: выращивание, уборка, хранение и использование. - Издательский дом «Зерно», 2012. 464 с.
6. Капустин С.И., Капустин А.С., Ковтун Н.В. Сортовая технология кукурузы: монография. -Луганск: ЛНАУ, 2013. 196 с.
7. Капустин С.И., Капустин А.С., Барановский А.В. Крупяные культуры: монография. -Луганск: ЛНАУ, 2012. 130 с.
8. Ванин Д.Е. Изучение основы природоохранных, ресурсосберегающих, интенсивных систем земледелия //Земледелие. 1986. № 11. С. 26-30.
9. Randall G.W. Manching tillage and cropping systems to Ckarion-Nicollet-Webster soil /G.W. Randall; пер. М. Ажигаев //Conservation tillage on wet soil. Clear Lake (Iowa). 1987. P. 93-99.
10. Andreini M.S. No-till may solve compaction problems in your heavy soils /M.S. Andreini; пер. М. Верещак // No-till farmer. 1985. P. 7.
11. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия: Учебное пособие. - М.:Колос, 1996. 366 с.
12. Кирпа М.Я. Ефективнють рiзких технологш тсля збирально! обробки зерна кукурудзи //Енергозберiгаючi технологи вирощування зернових культур у Степу Украши. -Дшпропетровськ, 1995. С. 22-27.
13. Циков В.С. Состояние и перспективы развития системы обработки почвы (обзор-исследования-опыт). - Днепропетровск: ООО «ЭНЭМ», 2008. 168 с.
14. Батурин В. No-till: шаг к идеальному земледелию. - Киев: изд-во «Зерно», 2007. 128 с.
15. Хромяк В.М., Капустин С.И., Капустин А.С. Базовые технологические схемы выращивания основных полевых культур. - Луганск, 2010. 107 с.
16. Посев по технологии No-till в рамках почвозащитного земледелия. Пер с англ. (печатается по изданию No-tillage seeding in conservation agriculture. Second edition, 1996). - Днепропетровск, 2007. 356 с.
Капустин С.И., кандидат с.-х. наук, доцент ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ», г. Михайловск, Ставропольский край, ул. Никонова, д. 49 , E-mail: sniish@mail.ru
Kapustin S.I., Cand. Agr. Sci., Assistant Professor of the FSBSI "North Caucasus FARC", Stavropol Territory, Mikhailovsk, Nikonov St., 49. E-mail: sniish@mail.ru
DOI: 10.25930/003.2.12.2019 УДК 631.445.4:631.5:631.46
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ НА ВЛАГООБЕСПЕЧЕННОСТЬ И АКТИВНОСТЬ ЭКОЛОГО-ТРОФИЧЕСКИХ ГРУПП МИКРООРГАНИЗМОВ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО
Е.А. Менькина
В современном земледелии отмечается все большее вмешательство человека в природные процессы, что приводит к изменению естественного функционирования экосистем. Изучали влияние способов обработки почвы, предшественников и удобрений на влажность почвы и микробиологическую активность чернозема обыкновенного зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края. На вариантах с традиционной технологией обработки почвы влаги меньше после предшественника горох. Запасы продуктивной влаги в 2018 году оказались ниже очень плохих, в 2017 году они классифицировались как плохие. По предшественнику горох в технологии no-till активность протеолитических микроорганизмов в среднем выше, чем в традиционной технологии. В более засушливый год при внесении аммиачной селитры активность данной группы микроорганизмов увеличивается на вариантах с обработанной почвой. По предше-
