CC BY
15УДК 631.51
ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ РОССИИ
М.А.Мазиров, д.б.н.,Н.С.Матюк, д. с.-х. н, И.М.Мазиров - РГАУ—МСХА им. К.А. Тимирязева
E-mail:info@timacad.ru
Представлены основные направления ресурсосбережения в земледелии, способствующие ограничению интенсивности проявления негативных процессов и рациональному использованию природных ресурсов. Показаны системы энергоэкономичных ресурсосберегающих приемов и технологий, а также нетрадиционные источники, способные аккумулировать и преобразовывать солнечную энергию.
Ключевые слова: земледелие, ресурсосберегающие технологии, природные ресурсы, воспроизводство плодородия почвы.
Переход на приоритетную основу в распределении ограниченных ресурсов - наиболее важное направление ресурсосбережения и снижения затрат в земледелии. При этом первостепенное внимание должно быть уделено переводу земледелия на адаптивноландшафтную основу. Для этого необходимо уточнение специализации на базе местных ландшафтных ресурсов, формирование сбалансированных во времени и пространстве агроэкосистем и формирование долговременной противоэрозионной инфраструктуры. Весь круг вопросов решается на основе адаптивно-ландшафтного землеустройства территории, включающего:
1. Временную фитомелиоративную консервацию (культурную) деградированных пахотных земель. Этим достигается предотвращение ускоренной дегумификации почв, восстановление их продуктивности биологическим способом, увеличение экологической емкости и буферности агроландшафта.
2. Минимализацию обработки почв по количеству технологических операций и по глубине обрабатываемого слоя, что способствует предотвращению ускоренной минерализации гумуса, стабилизации экологической среды и ориентирует на адаптивное применение различных видов почвообрабатывающих орудий (плоскорезов, фрез, комбинированных агрегатов и др.).
3. Применение сидеральных и промежуточных культур вместо чистых неудобренных паров. Обеспечивается снижение интенсивности эрозии в ливнеопасный период за счет густоты и полноты проективного покрытия почв растительностью, потребность микрофауны в свежей органике и возделываемых культур в биологическом азоте. Способствует улучшению агрофизических свойств почв и качества продовольственного зерна.
В первую очередь к реализации выбирают те направления, которые исключают дальнейшее разрушение природных
ресурсов и способствуют обеспечению долговременной устойчивости воспроизводства плодородия. Восстановление деградированных земель значительно дороже, чем затраты на предупреждение негативных процессов.
Для реализации приоритетных направлений разрабатывают программу мероприятий, которая должна включать альтернативные технологические приемы и технические средства, способные приспосабливаться к меняющимся условиям и потребностям производства (гибкие агротехнологии), а также отвечать требованиям интенсификации в рамках экологических ограничений. Структура ресурсосберегающих технологий и её составные звенья представлены на рисунке 1.
Структура посевных площадей должна обеспечивать высокопродуктивное использование пахотных земель при оптимальном сочетании экономических и экологических целей; быть органически увязанной с системой севооборотов,
Рис. 1. Ресурсосберегающие технологические комплексы возделывания культур
ВлжНшярскш Земледелец!)
№ 2 (56) 2011
создавая условия для наиболее полной реализации положительного эффекта от чередования культур.
При достаточном увлажнении высокое насыщение севооборотов многолетними травами обеспечивает наибольшую продуктивность пашни, надежную защиту почв и пополнение в них органического вещества. В условиях засухи, а также при короткой продолжительности теплого периода целесообразно высокое насыщение севооборотов зерновыми культурами. В степных зонах с годовым количеством осадков 400-450 мм продуктивность пашни определяется оптимальной долей озимой пшеницы и составом предшественников для её размещения. С целью повышения эффективности использования экологических ресурсов и усиления защиты почвы от эрозии и дефляции необходимо в севообороты в зонах достаточного увлажнения включать промежуточные культуры, а в зонах умеренного и недостаточного - чистые пары заменять сидеральными, что обеспечивает поступление в почву 4-6 т/га сухой органической массы, увеличение численности и количественного состава почвенных микроорганизмов, повышение биологической активности почвы.
Для усиления почвозащитной спо-
собности севооборотов применяют полосное размещение культур, кулисы, повышенный срез при уборке и разбрасывании измельченной соломы и других растительных остатков, почвозащитные системы обработки почвы.
Малоэнергоемкие и почвозащитные технологии возделывания сельскохозяйственных культур основаны на минимальных способах основной обработки почвы и ограниченном использовании удобрений и пестицидов. Накопленный экспериментальный и производственный опыт в научно-исследовательских и производственных организациях различных зон России убедительно свидетельствует о целесообразности массового использования в таких технологиях (при наличии ряда условий) нулевых, поверхностных и мелких отвальных и безотвальных обработок под зерновые культуры и однолетние травы.
Минимальные обработки почвы в соответствующих условиях обеспечивают практически равный урожай зерновых культур в сопоставлении с традиционной вспашкой на 20-22 см, более чем в 2 раза менее энергоемки и на 10-15 кг снижают расход горючего на 1 га обрабатываемой площади. По оценкам кафедры земледелия и агрометеорологии РГАУ-МСХА
им.К.А. Тимирязева, энергетические затраты на проведение отвальной обработки почвы под озимые составляют 1813 МДж/га, а поверхностной обработки дисковой бороной в два следа с последующим боронованием — только 673 МДж/га (табл. 1).
Ограниченное по срокам использования применение минимальных обработок под яровые зерновые и однолетние травы также не снижает их продуктивности, хотя, как правило, и не повышает (табл. 2).
Основной недостаток систем обработки почвы — повсеместное увеличение засоренности посевов, причем усиливающееся по мере увеличения срока использования. По усредненным оценкам при систематическом применении минимальных обработок засоренность сорняками первой культуры возрастает на 30-150%, второй и третьей— в 2 раза и более и в целом за ротацию севооборота — в 4-8 раз и более. Причем весьма нежелательным аспектом служит то, что в видовом составе сорняков в первую очередь резко возрастает численность наиболее злостных из них — зимующих злаковых и многолетников.
Отмеченные негативные стороны минимальных обработок разрешаются при строгом соблюдении условий их применения на основе рекомендаций зональных научных учреждений. Общим условием эффективного применения минимальных обработок является краткосрочное использование в границах дифференцированной системы основной обработки почвы под культуры севооборотов. В лесной и лесостепной зонах почвозащитные малоэнергоемкие способы основной обработки почвы нужно применять в системе отвальных обработок, а в степной и сухостепной зонах — в системе безотвальных и отвальных обработок под ведущие культуры севооборотов. Нецелесообразно нулевые, поверхностные и мелкие безотвальные обработки почвы в любых модификациях использовать на серых лесных и дерново-подзолистых почвах более одного года, а на черноземных и каштановых - более двух лет подряд.
Исходя из почвенно-климатических условий регионов России, биологических особенностей культур, поверхностные и мелкие обработки почвы наиболее эффективны под следующие культуры:
- в Нечерноземье — под озимую рожь и пшеницу, овес, ячмень, однолетние травы и частично под яровую пшеницу, гречиху;
- в Центрально-Черноземной зоне — под озимую пшеницу и рожь, ячмень, овес, однолетние травы, кукурузу на силос, частично гречиху и подсолнечник;
- в районах Поволжья и Южного Урала — под озимые и яровую пшеницу, ячмень (чередование мелких обработок в севообороте с короткой ротацией);
Удобрения остаются самым мощным хозяйственным ресурсом повышения продуктивности почв, поскольку почвен-
1. Энергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур при разных системах обработки почвы, среднее за 1975-2005гг.
Система обработки почвы Показатели
Совокупные энергозатраты, тыс.МДж/ га Энергосодержание основной продукции, тыс. МДж/га Коэффициент энергетической эффективности, Ке Выход основной продукции, ц к.ед. с 1 га Энергоемкость 1 ц к. ед., МДж Расход дизельного топлива, кг/га
Отвальная (контроль) 32,1 49,0 1,53 44,9 715 25,4
Нулевая 31,1 48,7 1,56 44,7 696 12,3
Поверх- ностная 31,9 51,3 1,61 46,9 680 16,5
Чизельная 33,0 52,2 1,58 47,9 689 23,3
Роторная 33,8 51,0 1,51 46,6 725 28,3
Плоско- резная 32,9 49,9 1,52 45,7 720 24,6
Сочетание отвальной и нулевой 32,5 50,5 1,55 46,1 705 24,3
2.Урожайность зерновых культур при разных системах обработки дерново-подзолистой почвы, т/га
Система обработки почвы Озимая пшеница Ячмень Овес В среднем
т/га %
Отвальная (контроль) 4,48 4,10 4,04 4,21 100
Мелкая 4,44 4,18 4,02 4,21 100
Поверхностная 4,45 4,24 4,48 4,39 104
Прямой посев 4,12 3,80 4,50 4,14 98
Чизельная разноглубинная 4,80 4,45 4,60 4,62 110
НСР05 0,61 0,41 0,71 0,58 13
ные ресурсы плодородия истощаются и, как показал опыт прошедших лет, недостаточное применение удобрений приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Анализ хозяйственной деятельности сельскохозяйственных предприятий выявил, что прибыльными остаются преимущественно те из них, которые продолжают широко использовать удобрения, в том числе и минеральные. И это вполне закономерно, поскольку оптимизация минерального питания за счет удобрений обеспечивает более полное (на 20-40 %) использование природных факторов продуктивности (ФАР, влага), энергоресурсов почвы (на 15-50 %), а также повышает окупаемость издержек производства по возделыванию сельскохозяйственных культур.
Поскольку в условиях рыночной экономики удобрения стали дорогими, решение вопроса рационального их использования на уровне севооборотов, полей и рабочих участков осуществляется на основе и с учетом максимальной их окупаемости. К основным факторам, которые обусловливают окупаемость удобрений, относятся: обеспеченность почв элементами минерального питания, влагообеспеченность, требования сельскохозяйственных культур к уровню минерального питания, качество предшественника, состав и дозы удобрений, сроки и способы их внесения, а также общий уровень агротехники на полях. Поэтому экономически выгодно провести выбор наиболее оптимальных вариантов применения удобрений.
Выбор местоположения рабочего участка. Поля и рабочие участки хозяйств, как правило, неоднородны по уровню плодородия почв и гидротермическому режиму. Наименьшую окупаемость удобрений можно ожидать на полях с высокой и очень высокой обеспеченностью почв элементами питания, а также на сильно истощенных, мало плодородных почвах. При несбалансированном по элементам питания почвенном плодородии эффективно внесение с удобрениями лимитирующего элемента.
Выбор севооборота. Состав се -вооборота, его структура оказывают существенное влияние на окупаемость удобрений, поскольку они могут включать, во-первых, культуры с разной реакцией на удобрения и, во-вторых, предшественников разного качества. Так, по данным нашего длительного стационарного опыта в среднем за ротацию зерно-травянопропашного севооборота окупаемость 1 кг минеральных удобрений составила 5,2 кг з.ед., зернопаропропашного — 4,4 и зерно-травяного — 2,5 кг
з.ед. Исключение из состава севооборота отзывчивых на удобрения пропашных культур и насыщение их однолетними и многолетними травами резко сокращает окупаемость удобрений.
Выбор доз удобрений. Дозы удобрений - величина, зависимая от многих
3. Окупаемость минеральных удобрений культурами зернопропашного севооборота за VI ротацию, 1999-2004 гг., кг к.ед/кг д.в. NPK
Культура севооборота Система удобрений В среднем
NS0PS0KS0 2NPK 2NPK+ C28 2NPK+H15 N120
Однолетние травы 8,7 7,4 3,2 4,4 22,6 9,3
Озимая пшеница 9,8 12,6 10,5 5,5 29,6 13,6
Ячмень 5,5 6,8 5,1 7,9 13,8 7,8
Картофель 17,3 8,6 7,7 5,7 26,6 13,2
Ячмень 11,4 12,0 9,5 8,4 30,4 14,4
Овес 11,0 9,5 6,8 7,9 20,1 10,5
В среднем по удобрениям 10,6 9,5 7,1 6,6 23,8
4. Влияние обработки почвы, севооборота и гербицидов на засоренность посевов полевых культур 1990-2006 гг.,(шт/м2)
Система обработки почвы Система защиты от сорняков Севооборот
плодосменный зернотравяной пропашной
Отвальная Б/г 86 104 40
г 48 50 21
Интенсивная глубокая Б/г 71 97 35
г 48 34 17
Минимальная ресурсосбере- гающая Б/г 94 128 39
г 55 51 20
факторов: сельскохозяйственной культуры и планируемой урожайности, уровня плодородия почв, условия увлажнения, предшественника, сроков и способов внесения, уровня культуры земледелия, обеспеченности хозяйства удобрениями и цены на удобрения. При этом надо учитывать, что малые дозы окупаются урожаями выше, чем высокие (табл. 3).
Конкретную дозу тех или иных удобрений устанавливают по результатам оценки исходного уровня плодородия почв. Это позволяет избежать непродуктивного расходования средств на внесение удобрений.
Выбор сроков и способов внесения удобрений. Удобрения всегда более эффективны при внесении их в наиболее критические фазы развития растений. К недостатку фосфорного питания культуры более чувствительны в начальные фазы роста и развития, к азотному питанию - в период интенсивного роста, к калию — умеренно в период всей вегетации. Поэтому фосфорно-калийные удобрения, которые к тому же слабо мигрируют в почве, целесообразно вносить заблаговременно (осенью под основную обработку или весной до посева), внесение азотных удобрений в более засушливых условиях осуществляют с осени, а в более влажных - весной.
На склонах удобрения наиболее полно используют только после полного схода снега с полей весной. Нарушение сроков внесения приводит к потере удобрений при безотвальной обработке почвы со стоком воды, при отвальной - со
смываемой почвой.
В каждой природно-климатической зоне выбор комплекса мер борьбы с сорными растениями необходимо проводить с учетом типа засоренности, культуры, сроков проведения работ и т.д. При этом следует учитывать наличие в посевах наиболее вредоносных видов сорных растений.
О целесообразности проведения мероприятий по борьбе с сорняками в посевах сельскохозяйственных культур можно судить, сопоставив фактическую засоренность посевов с экономическим порогом вредоносности сорняков.
В качестве основных воздействий, регулирующих уровень засоренности посевов, применяют обработку почвы, севообороты и гербициды.
Важную роль в очищении полей от однолетних сорняков и почвы от их семян играет система разноглубинной основной обработки почвы в севообороте, при которой мелкие обработки почвы чередуют с глубокой вспашкой один раз в 3-4 года.
Наиболее дешевое, доступное и эффективное средство регулирования засоренности посевов - рациональное чередование культур. Так, введение в севооборот чистого пара снижает засоренность следующей культуры на 50-70%, а пропашных культур - на 2045% при существенном уменьшении энергозатрат.
По нашим данным, возделывание в севообороте промежуточных культур способствовало снижению засоренно-
сти посевов озимых зерновых на 10%, яровых - на 15-23% и пропашных - на 30-40% (табл. 4).
Гербициды необходимо применять с учетом видового состава и степени засоренности посевов и почвы. Выбор технологии внесения должен учитывать оптимальные нормы расхода, сроки и способы внесения, сочетание их с другими пестицидами и удобрениями при внекорневой подкормке.
При выборе гербицидов предпочтение нужно отдать комплексным препаратам с широким спектром действия, а также малорасходным с технологией ультра малообъемного опрыскивания или полосного применения. Систему защиты растений необходимо строить на использовании разнотипных пестицидов в севообороте, что повышает её эффективность на 25-40%.
Технические средства обеспечения ресурсосберегающих технологий в земледелии.
Машинно-тракторный парк должен представлять собой не набор отдельных машин и орудий, а систему машиннотехнических комплексов, состоящих из шлейфа технологически взаимосвязанных почвообрабатывающих, посевных, посадочных и по уходу за растениями машин. Тяговый класс и тип энергоносителя при этом следует увязывать с конкретными почвенно-климатическими условиями региона и размерами полей, что снижает отрицательное воздействие ходовых систем агрегатов на плодородие почвы.
Сельскохозяйственная техника занимает особое место для широкого внедрения систем точного земледелия, т.к. служит основой повышения конкурентной способности российской
сельскохозяйственной продукции, экономической эффективности и экологичности земледелия. Комплект сельскохозяйственной техники и оборудования для системы точного земледелия включает:
- прибор параллельного вождения, позволяющий работать круглосуточно и в любых погодных условиях при картировании, обработке почвы, посева, уборке урожая, внесении удобрений и обработке посевов пестицидами;
- полевой компьютер, работающий с данным GPS, позволяющий записывать данные о полях (карты, площадь, урожайность), производить отбор почвенных образцов;
- автоматический пробоотборник для исследования изменчивости характеристик почвы в пределах конкретного поля и составления электронных картограмм участков;
- информационно-управленческую систему, включающую совокупность методов, алгоритмов и программ, обеспечивающих сбор, накопление, хранение, обработку данных и формирование программ реализации агротехнологий;
- систему для дифференцированного внесения азотных удобрений в режиме «on-line", с помощью которой происходит определение хлорофилла в листьях растений; полученные данные передаются в полевой компьютер, который и устанавливает дозу удобрений, необходимую
для конкретного участка поля;
- систему дифференцированного внесения фосфорно-калийных удобрений в режиме «off-line» по предварительно подготовленной карте-заданию, в которой содержатся пространственно привязанные с помощью GpS дозы удобрений для определенного элементарного, отличающегося по плодородию участка;
- систему дифференцированного внесения гербицидов с автоматическим регулированием ширины захвата опрыскивателя на основе определения проективного покрытия посевов инфракрасными датчиками;
- систему автоматического учета урожайности зерновых по элементарным участкам и составление карты урожайности.
Применение комплекса технических орудий и оборудования для точного земледелия позволит сельскохозяйственное производство сделать устойчивым, получение урожая полевых культур - стабильным и менее зависимым от природно-климатических условий.
Таким образом, широкое внедрение ресурсосберегающих технологий возделывания полевых культур должно базироваться на совершенствовании всех звеньев адаптивно-ландшафтных систем земледелия в направлении минимализации, экологизации и био-логизации.
М.А. Mazirov, N.S. Matjuk, I.M. Mazirov. PERSPECTIVES OF INTRODUCTION OF RESOURCE-SAVING TECHNOLOGIES IN AGRICULTURE OF RUSSIA
The main directions of resource-saving in the agriculture promoting restriction of presentation of negative processes and rational use of natural resources are given. Systems of power economic resource-saving receptions and technologies, and also the nontraditional sources, capable to accumulate and transform solar energy are shown.
Keywords: agriculture, resource-saving technologies, natural resources, reproduction of soil fertility.
ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПИНАМБУРА ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ПОЛЬШИ
Томас Пискайер - агро-инженерный факультет Козцалинского Технологического Университета, Республика Польша
E-mail: piskier@poczda.onet.pl
Энергетическая польза Иерусалимского артишока и методы получения энергии из этого растения проанализированы на основе литературных источников и собственных исследований автора. Использование стеблей и луковиц для производства биогаза потенциально более эффективный вариант для получения энергии из Иерусалимского артишока. Количество энергии, полученной в результате этого процесса, может превысить более 1,700 GJ*ha-1 Ca. 270 GJ* ha-1 могут быть получены при использовании для производства энергии, например, в процессе сгорания. Наименьшее количество производства энергии получается, когда используют луковицы для производства биоэтанола. Возможное количество выхода энергии составляет 70 GJ*ha-1.
Ключевые слова: энергетический потенциал, использование стеблей и луковиц, топинамбур.
INTRODUCTION
The use of biomass for energy purposes has already been well established [Harrison
2001]. At present, increasingly more attention is paid to the detailed selection and the methods of the use of the individual plants [Faber et al., 2007]. The research carried out is not limited merely to the use of straw or by-products from agricultural production for energy purposes. It also concerns the development concerning the selection of
the new species of plants which are useful for the application in power industry [Faber et al., 2007; Denisiuk, Piechocki 2005]. However, the use of biomass causes many problems and should be very thoroughly analyzed. For example, combustion involves the release of dusts, gases and ashes to the environment [Wojcicki 2007]. Nevertheless, it has many positive features: for example, a reduction of environmental pollution and the emission of harmful gases (in compari-
son with the traditional power industry), an improvement of the energy balance for a given country, a decrease of the imports of traditional energy carriers, an increase of the profitability of agriculture, etc. [Zmuda
2005]. Taking into account the crops of energy plants, one should pay attention to the fact that only large-area plantations will have an economic significance [Wojcicki 2007]. Their impact on the environment and the usefulness for the crop in given climatic
