В современных условиях экономическая эффективность высокозатратных интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур стала значительно уступать интегрированным (ресурсосберегающим) технологиям. Это связано с резким повышением цен на энергоносители, минеральные удобрения и химические средства защиты растений. Даже в странах Западной Европы, несмотря на наивысшую урожайность при интенсивном возделывании, дополнительные затраты на удобрения, пестициды, сушку зерна, заработную плату окупались только в годы с очень сильным развитием патогенов.
Интегрированная технология оказалась экономически наиболее выгодна и экологически более безопасна. Дифференцированный подход к применению удобрений (в зависимости от результатов почвенной и растительной диагностики, биологических особенностей сорта), гербицидов (при превышении экономических порогов вредоносности), фунгицидов (в зависимости от степени устойчивости сорта и порогов вредоносности) и ретардантов обеспечивал не только достаточно высокий уровень, но и лучшую окупаемость всех дополнительных затрат.
Необходимость перехода на ресурсосберегающие технологии в земледелии связана не только с удорожанием энергоносителей, но и значительной потерей плодородных почвенных свойств из-за широкого применения химических препаратов. Это повышает интерес аграриев к биологизированным системам земледелия для получения экологически чистой продукции.
Одним из таких направлений является разработанная в институте «Немчиновка» безгербицидная, экологически чистая технология. Она предусматривает технологические мероприятия по уничтожению сорняков в системе основной, предпосевной обработки почвы и в период ухода за посевами. При четкой организации труда и высокой технологической дисциплине такой метод позволяет проводить все агротехнические приемы в оптимальные сроки с высоким качеством, когда первое дисковое лущение стерни проводят вслед за уборкой предшественника, чтобы сохранить остаточную влагу и спровоцировать отрастание сорняков. При однолетнем типе засоренности поля применяют улучшенную зяблевую обработку почвы, состоящую из 2–3 лущений стерни и вспашки на глубину 20–22 см. При засорении поля многолетними сорняками лучший эффект достигается послойной обработкой, состоящей из дискового лущения стерни на глубину 6–8 см и плоскорезной обработки на глубину 10–14 см. А после очередного появления сорняков предполагается глубокая вспашка на 27–30 см. Весной проводится покровное боронование, ранневесенняя культивация на 8–10 см и предпосевная культивация на 6–8 см.
При безгербицидной технологии борьба с сорняками начинается с боронования за 2–3 дня до появления всходов легкими или средними боронами в один след поперек или под углом 30–40° к направлению посева. Боронование уничтожает проростки сорняков (до 60%) и разрушает почвенную корку. Боронование по всходам начинается в фазе второго – третьего листа и заканчивается до фазы четвертого – пятого листа. Боронуют в сухую погоду, не допуская присыпания растений. Желательно бороновать по всходам во второй половине дня, когда у растений ослабевает тургор и они меньше страдают от механических повреждений. При этом скорость движения агрегата не должна превышать 4–5 км/ч.
Применение такого рода технологий связано с действием неблагоприятных экономических факторов на данном этапе, в основном из-за резкого повышения цен на средства производства. Однако достижения науки и мировой опыт показывают, что значительный рост производства зерна как основы всего сельского хозяйства возможен только при более полном и эффективном использовании генетического потенциала создаваемых сортов, почвенно-климатических ресурсов и соответствующем уровне материальных и других затрат.
Решение этих задач возможно путем внедрения в сельскохозяйственное производство новых высокоурожайных, обладающих устойчивостью к биотическим и абиотическим стрессам сортов и гибридов зерновых культур с заданными показателями качества зерна и разработки адаптивных технологий их возделывания.
В значительной мере этим требованиям отвечают сорта зерновых и зернобобовых культур, созданных в Московском НИИСХ «Немчиновка». К числу таких сортов относятся: озимая пшеница Московская-39, Московская-56, Немчиновская-24 (с потенциалом урожайности выше 10 т/га), озимая рожь Пурга, Альфа, Московская-12 (с урожайностью 6–8 т/га), озимая тритикале Гермес, Антей, Немчиновский-56 (с урожайностью 8–9 т/га), яровой ячмень Эльф, Владимир, Московский-86 (с урожайностью 6–8 т/га), яровая пшеница Эстер, Амир, Злата (с урожайностью 6–7 т/га), овес Скакун, Лев, Яков (с урожайностью 7– 8 т/га), люпин узколистный Ладный, яровая вика Людмила (с урожайностью 4–5 т/га) и др., занимающие в России более 9 млн га, что составляет пятую часть всего зернового клина страны.
Преимуществом сортов немчиновской селекции является их адаптированность к условиям Центральной Европы, что позволяет при использовании интенсивных агротехнологий реализовать биологический потенциал новых сортов озимой пшеницы на уровне 12–13 т/га.
Многолетние исследования института по разработке ресурсосберегающих систем обработки почвы показывают, что на окультуренных почвах в распространенных для зоны плодосменных севооборотах наиболее отзывчивы на отвальную обработку почвы яровой ячмень, яровая пшеница, горох, гречиха. Поверхностная безотвальная обработка почвы предпочтительна под озимую рожь, овес, однолетние травы.
Энергетическая и экологическая оценка систем обработки почвы в севооборотах показывает, что, несмотря на достаточно высокую продуктивность при глубоких обработках почвы, коэффициент энергетической эффективности на вариантах с применением только поверхностной обработки все-таки несколько выше из-за снижения затрат на обработку и эта обработка способствует большему накоплению гумуса в почве. Поэтому предпочтение в севооборотах должно отдаваться разноглубинным комбинированным обработкам, которые обеспечивают высокую продуктивность, характеризуются высокой энергетической эффективностью, а также обеспечивают воспроизводство органического вещества почвы на достаточно высоком уровне.
Исследования выявили высокую эффективность разработанной в институте системы комбинированно-ярусной обработки почвы с послойной заделкой органических удобрений, основанной на одноразовой за ротацию севооборота глубокой вспашке с заделкой органических удобрений и мелиорантов оборотными плугами и более мелких обработках, в последующие годы с припахиванием к нижнему слою измельченной соломы и сидератов. Это позволяет формировать более мощный корнеобитаемый слой и существенно повышает продуктивность культур севооборотов, обеспечивая ускоренное воспроизводство плодородия почв. Теоретической основой этой разработки является установленная закономерность дифференциации пахотного слоя по плодородию и выявленное в опытах преимущество его обратного гетерогенного строения с наличием плодородной прослойки в нижнем слое пашни. При этом, в зависимости от размещения более плодородной прослойки в пределах пахотного слоя в период вегетации, корневая система растений благодаря хемотропизму корней интенсивно развивается в слое, располагающем питательными веществами и, ввиду использования мелиорантов, более стабильным режимом увлажнения.
При поверхностном размещении корней в засушливые периоды вегетации растения подвергаются периодическому воздействию дефицита влаги. В условиях даже кратковременного бездождья верхний слой (0–10 см) пересыхает до мертвого запаса за две декады. В результате наиболее благоприятные условия по увлажнению и наличию питательных веществ в течение вегетации наблюдаются на вариантах, где питательные вещества находятся в нижнем слое, который отличается более устойчивым увлажнением. Это положение подтверждено результатами полевых и мелкоделяночных опытов, где в засушливые годы содержание продуктивной влаги в 20–30 см пахотного слоя было на 15–20 мм больше, чем при поверхностном размещении питательных веществ. Особенно дефицит влажности при верхнем размещении корневой системы наблюдался в середине вегетации растений, когда исчерпан весенний запас влаги, поэтому наибольшая влагообеспеченность и урожайность яровой пшеницы была на варианте с размещением удобрений в нижней части пахотного слоя (таблица 1).
ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ
Таблица 1.
Таким образом, при весенне-летней засухе корни растений в процессе своего развития, устремляясь к источнику питания, который расположен в нижней части пахотного слоя, во-первых, создают более развитую корневую систему, во-вторых, уменьшают отрицательное влияние засухи, так как основная масса корней находится в более влагообеспеченной части пахотного слоя.
Дальнейшие исследования, выполненные на дерново-подзолистых почвах, доказали закономерности дифференциации пахотного слоя, хемотропизма корней и преимущества создания удобренной прослойки в нижней части пахотного слоя, что дает возможность даже в острозасушливые годы получать гарантированные урожаи зерновых культур.
Было установлено, что в нижней части пахотного слоя при размещении в нем свежего органического вещества и мелиорантов, из-за снижения концентрации кислорода в результате активного его потребления микроорганизмами и ограниченности воздухообмена с атмосферой, происходит снижение окислительно-восстановительного потенциала почвы до оптимальной величины. Микробиологическая активность почвы при сохранении высокого уровня процессов общей биологической активности (выделение СО2, уреазная активность, нитрификационная способность) изменяется в сторону усиления трансформации органического вещества почвы путем эндотермических реакций образования гумусовых соединений при снижении экзотермических процессов разложения до конечных продуктов.
Результаты экспериментальных исследований показали, что при ежегодной вспашке, благодаря оборачиванию и перемешиванию почвы, показатели плодородия верхней и нижней части пахотного слоя выравниваются. При прекращении оборачивания плодородие верхнего слоя увеличивается, а нижнего – падает. Поэтому посредством применения различной по глубине и способу обработки почвы и заделки удобрений можно формировать разное строение пахотного слоя по плодородию: гомогенное (выровненное по плодородию), гетерогенное (с преимуществом верхнего слоя), а при периодическом оборачивании пахотного слоя после ряда лет поверхностной или плоскорезной обработки – обратно-гетерогенное (с преимуществом нижнего слоя).
Исследования позволили сформулировать концепцию о необходимости формирования гетерогенного строения пахотного слоя почвы с преимущественным расположением плодородной прослойки в нижней части пахотного и в подпахотном слое. На черноземах это может быть реализовано благодаря использованию естественного процесса дифференциации плодородия почвы, когда накопленные в верхнем слое почвы после ряда лет воздействия атмосферных явлений подвижные формы питательных веществ заделываются вниз путем периодического полного оборота пласта. При этом используются два принципа: природа улучшает плодородие в верхнем слое, а земледелец периодически преобразует структуру почвы, создавая благоприятное для растений обратно-гетерогенное строение.
Для малогумусных почв, на которых природные ресурсы плодородия нуждаются в постоянном пополнении, обратно-гетерогенное строение пахотного слоя почвы создается путем периодической заделки в нижнюю часть прослойки, обогащенной органическим веществом в виде перемешанного с верхним слоем почвы компоста, сидерата, пласта многолетних трав.
Опыты показывают, что запашка различных видов органических удобрений вниз и их последующая трансформация при недостатке кислорода обеспечивали более эффективное использование продуктов минерализации без их потерь, повышая отдачу от удобрений более чем в два раза (таблица 2).
ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ
Таблица 2.
На этой основе были разработаны и освоены агротехнические приемы формирования обратно-гетерогенного строения пахотного слоя путем периодической заделки органических удобрений, предварительно перемешанных с верхним слоем почвы, в нижнюю часть пахотного слоя с использованием современных оборотных и двухъярусных плугов.
Рекомендованная система обработки почвы, включающая чередование периодической вспашки с оборотом пласта с поверхностной или безотвальной обработкой, поддерживает в нижней части пашни непрерывный процесс трансформации органического вещества с увеличением отдачи от органических удобрений в 2–3 раза при одновременном приросте гумуса в 2,5– 3 раза по сравнению с ежегодной вспашкой.
Вся агротехнология состоит из базисной и надстроечной частей. В базисной части технологии в начале ротации севооборота проводится одноразовая ярусная вспашка с глубокой заделкой органических удобрений (компоста) в количестве, необходимом для создания бездефицитного баланса гумуса в почве. В засушливые годы для мобилизации влаги из подпахотных горизонтов в удобрения добавляют 3–4 т/га извести, цеолитов и других органических веществ, которые обладают свойствами водных сорбентов. Глубина вспашки для заделки удобрений определяется глубиной пахотного слоя с припашкой 2–3 см подпахотного горизонта. На черноземах и серых лесных почвах глубину вспашки доводят до 30–35 см, на дерново-подзолистых – 25–27 см.
Под все последующие культуры севооборота проводится отвальная мелкая или безотвальная обработка на глубину до нижней органической прослойки (25 см). Минеральные удобрения вносятся под предпосевную обработку почвы и в рядки при посеве, а все другие элементы агротехники применяются, исходя из общепринятых агротехнических особенностей культуры.
Базисная часть технологии включает в себя создание и сохранение в течение всей ротации севооборота обогащенной органическим веществом прослойки в нижней части пахотного слоя, где разложение органики происходит преимущественно в анаэробных условиях. Это оказывает огромное окультуривающее действие на пахотный слой и подпочву, так как сдерживается излишняя минерализация органического вещества и потеря минеральных форм от промывания. Усиливается накопление гумуса и особенно влагообеспеченность растений, повышаются агрофизические и агрохимические показатели плодородия почвы, обеспечивается углубление корнеобитаемого слоя, сокращается засоренность полей, повышается урожайность всех культур севооборота.
В надстроечной части технологии периодически, 2–3 раза за ротацию севооборота, проводится неглубокое припахивание к нижней унавоженной прослойке свежих органических удобрений, источником которых могут быть пласт многолетних трав, измельченная солома или сидерат.
По обобщенным данным, за две ротации средняя продуктивность севооборота по указанной агротехнологии увеличилась на 20%, а реализация потенциала продуктивности растений – на 23% (таблица 3).
ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ
Таблица 3.
Припахивание свежих органических удобрений осуществляется на глубину на 6–8 см меньшую, чем при основной заделке компоста, что обеспечивает контакт двух органических прослоек и дополнительную активизацию микробиологических процессов в зоне концентрации удобрений. Это увеличивает продолжительность последействия удобрений и усиливает выявленные преимущества обратно-гетерогенного строения пахотного слоя.
Преимущество новой системы обработки почвы, получившей название комбинированно-ярусной, при любых погодных условиях было подтверждено результатами производственных испытаний, проведенных в различные годы исследований (таблица 4).
ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ
Таблица 4.
В настоящей статье мы показали лишь один элемент технологии возделывания сельскохозяйственных культур, непосредственно влияющий на влагообеспеченность растений, – комбинированно-ярусную систему обработки почвы и применение удобрений в севообороте. Этот элемент технологии способствует воспроизводству плодородия почв, экономии энергетических затрат и помогает эффективно противостоять засушливым условиям вегетационного периода развития растений. Вместе с тем в институте разработаны типизированные базовые технологии возделывания культур, охватывающие весь цикл выращивания растений.
Для каждой культуры разработаны три уровня технологий, отличающиеся по фактору интенсивности.
1. Высокие технологии: система получения наивысшей урожайности высококачественного зерна с компенсацией выноса питательных веществ урожаем, окупающая финансовые, энергетические и трудовые затраты, с использованием новейшей базы высокоинтенсивных сортов, комплексной защиты растений от вредителей, болезней, сорняков, применения удобрений, обеспечивающая реализацию потенциала сорта более чем на 85% и затрат труда менее 3,0 чел-час на 1 т зерна с урожайностью озимой пшеницы выше 6,0 т/га. Эти технологии используются в оптимальных природно-климатических условиях. Высокие технологии – сумма процессов (технологий), когда возможности сорта по продуктивности и качеству используются на 85–90% и выше. Для таких технологий закладываются высокие уровни в системе удобрений через диагностику на различной фазе развития растений, в системе защиты растений от болезней, вредителей, их прогнозирования, организации наблюдений, применения новых форм препаратов, новейших достижений в технике и оборудовании и т.д. Потенциал таких технологий в условиях российских ландшафтов – на уровне лучших достижений европейских фермерских хозяйств.
2. Интенсивные технологии: система получения качественного зерна с компенсацией выноса питательных веществ урожаем, с мерами по защите растений от наиболее опасных болезней, вредителей, сорняков, обеспечивающая реализацию потенциала сорта выше 65%, затрат труда менее 4,5 чел-час на 1 т зерна и гарантирующая урожай зерна 4,0–4,5 т/га.
3. Базовые (принятые, существующие) технологии: система получения зерна с максимальным использованием плодородия почвы и ресурсов агроландшафта, биологического потенциала сорта растений более чем на 50% и затратами труда 6,5 чел-час на 1 т зерна, гарантирующая урожайность зерна 2,0–2,5 т/га. Они имеют соответственно более низкие технико-экономические показатели, продуктивность и более приближены к реальным возможностям производства на текущем этапе. В настоящее время планируется разработка компьютерной программы, реализующей описанные технологии. Такая программа поможет любому сельхозпроизводителю получить и применить в своем хозяйстве технологию с максимальной эффективностью.
Владимир Кирдин, доктор сельскохозяйственных наук, Московский НИИСХ «Немчиновка»
Источник: журнал "Аграрное обозрение", №3, 2015 год
