Архитектура современного растениеводства

Архитектура современного растениеводства

В течение столетий в сельскохозяйственной технике происходят технологические и структурные изменения, а сегодня растущая конкуренция на мировых рынках и современная аграрная политика требуют переориентации в сельскохозяйственной практике.

В настоящее время все большее распространение получает такое понятие, как «интеллигентное растениеводство». При этом новейшие технологии сочетаются с концепциями, ориентированными на практическое использование. Как известно, факторы местности, такие как климат, почвы, размеры хозяйства и т.п., весьма разнородны и не поддаются обобщению. Только кооперация сельского хозяйства, науки и промышленности приводит к появлению новаторских концепций и технологий, оптимальных для их дальнейшего практического использования

Сельскохозяйственное производство должно обеспечивать сохранение и улучшение плодородия почвы, конкурентоспособность, стабильность и надежность функционирования социальных систем в сельской местности.

Обработка почвы представляет собой существенное механическое вмешательство в комплексную систему «климат - почва - растение». В растениеводстве возделывание и сбор урожая, как правило, невозможны без определенной почвообработки: перед посевом необходимо создать благоприятные условия для прорастания и роста, уход за растениями может выполняться при помощи механизмов, а уборка урожая связана с вмешательством в структуру почвы. Если какие-либо мероприятия во время вегетации и сбора урожая оставили после себя даже частично неблагоприятную среду, то для последующей культуры снова потребуется обработка почвы. Следовательно, обработка почвы в широком смысле необходима для сохранения плодородия почвы (ее можно понимать как специфическую для данного агроландшафта долговременную урожайность), а с точки зрения применяемой производственной и транспортной техники ее следует рассматривать в качестве защиты других неотъемлемых свойств почвы (буферная и фильтрующая функции).

В прошлые годы вид почвообработки в основном определяли механическая борьба с сорняками и имеющаяся посевная техника - закапывание сорняков для беспрепятственного применения анкерных сошников требовало ежегодного использования плуга. Сейчас по этой технологии в Германии обрабатывают до 80% пашни (с большими различиями в зависимости от региона и типа севооборота). Если после лиственных культур (рапс, сахарная свекла, картофель) бесплужные методы практикуются на 40% площадей, то для подготовки посадки, например, сахарной свеклы или кукурузы - лишь 20%. Бесплужное возделывание зерновых после зерновых ограничивается отдельными хозяйствами и не превышает 5%.

Если ранее мульчированный посев применялся в районах, где серьезную проблему представляли эрозия почвы и избыток нитратов, то сейчас этот метод становится привлекательным и для других сельхозпредприятий. Сейчас мульчированный посев используется после промежуточной культуры для яровых или по стерне для озимых зерновых культур и озимого рапса.

Цели и задачи современного землепользования

Реализация защиты почвы, снижение заболеваний растений и экономия финансовых средств - одни из главных требований, предъявляемых к современному землепользованию. В тех местах, где агроландшафт, севооборот, заболеваемость растений и влажность почвы допускают выполнение этих требований, и в дальнейшем будет происходить вытеснение плуга и распространение технологий мульчированного посева. Так как часто приходится заделывать с поверхности большое количество растительных остатков от предыдущих культур, особое внимание уделяется распределению соломы зерноуборочным комбайном. Оно влияет не только на защиту почвы, но и на состояние поля и урожайность последующей культуры.

Для обеспечения хороших условий для роста растений главной целью почвообработки является создание физически благоприятной почвенной структуры в пахотном слое и физически незатронутого перехода к нижним слоям почвы.

Предпосевная обработка почвы положительно воздействует на воздушный, водный и тепловой баланс, на сопротивление почвы. На неоднородных почвах рыхление может проводиться только в определенных местах - например, лапа культиватора устанавливается на большую глубину для песка и на меньшую для глины.

Для прорастания семенного материала требуется рыхлое покрытие, а для образования корней - легкодоступный, проводящий воду посевной горизонт. Требования к почвообработке плугом представлены на схеме «идеального семенного ложа» (рис. 1).

Рисунок 1. Конструкция семенного ложа сахарной свеклы/кукурузы после проведения различной почвообработки на склонах, подверженных эрозии

При подготовке семенного ложа наряду с рыхлением, выравниванием и подуплотнением необходимо также учитывать необходимость защиты почвы (растительные остатки оставляются на поверхности или заделываются неглубоко).

Одновременно с посевом закладывается система технологической колеи, которая учитывает требования точного внесения удобрений и средств защиты растений, а также использование широких шин. Кроме того, технологическую колею следует формировать так, чтобы избежать линейной эрозии, выноса удобрений и средств защиты растений в природные воды.

Побочные эффекты при обработке почвы

Обработка почвы должна положительно влиять на физические, химические и биологические процессы культивируемого растения. В настоящее время возможен выбор между отвальной и безотвальной системами обработки. Преимущество плуга в том, что во время сырой осени он поднимает наверх пласт сухой почвы и производит вспашку, запахивая пожнивные остатки и снижая риск возникновения болезней растений, однако требования по защите почвы он выполняет хуже. При этом возникают следующие проблемы:

Эрозия почвы. Основные ее причины - агроландшафт и климат, но обработка почвы также прямо или косвенно приводит к эрозии. Например, на вспаханной почве с мелкими комками при частых осадках происходит заплывание и, как следствие, смыв грунта. Энергия дождевой капли передается на рыхлую структуру поверхностного слоя и разрушает его; разлетающиеся при этом мелкие частицы закупоривают поры, проводящие воду. В результате дождевая вода должна стекать по поверхности (рис. 2).

Рисунок 2. Протекание эрозионного процесса

Этому могут препятствовать растительные остатки, остающиеся на почве, которые вбирают в себя энергию дождевой капли, защищая тем самым комковатую структуру поверхностного слоя. Растительные остатки противодействуют и ветровой эрозии.

Уплотнение почвы. В результате проезда сельхозмашин во время почвообработки происходит ее переуплотнение. Для предотвращения этого необходимо повышение несущей способности грунта. Этого можно добиться при применении безотвальных агрегатов - культиватора или параплуга. После такой обработки почва залегает плотнее по сравнению с обработкой плугом и при этом не происходит ухудшения функций почвы.

Выносы веществ. Сейчас 70% питьевой воды в Германии добывают из грунтовых вод. Таким образом, фильтрование воды - одна из важнейших регулирующих функций почвы. Выносы веществ (удобрения, средства защиты растений и т.п.) с сельскохозяйственных угодий отрицательно сказываются на качестве питьевой воды. На угодьях с традиционной обработкой такую опасность представляют стекание с поверхности и смыв грунта. Посев в мульчированную почву снижает эвтрофирование вод - но его нельзя применять перед началом ливневых дождей, чтобы средства защиты растений не попадали бы в воды по путям выноса в крупнопористом дренаже.

Биологическая активность. Для поддержания естественной урожайности почвы в ней не должно быть препятствий деятельности обитающих там бактерий, грибов и фауны. Например, даже одна плужная борозда приводит к значительному снижению популяции дождевых червей. Виновата в этом перевалка плугом почвы с подрезом, при которой дождевые черви лишаются своей кормовой базы - стерни и других растительных остатков.

Преимущества плуга - это простая техника сева, механическая борьба с сорняками и незначительные риски возникновения болезней растений на поверхности почвы, а к недостаткам относятся большие расходы и высокая опасность возникновения эрозии, смыва и уплотнения почвы. Посев же в мульчированную почву способствует защите почвы, снижению расходов на ее обработку и решает фитосанитарные проблемы.

Систематизация методов обработки почвы

Разработки в области растениеводства, сельскохозяйственной техники, изменившееся отношение к экологии вызывали в последнее время напряженные дискуссии о технологиях почвообработки. При этом использовались определения, часто вызывавшие недоразумения: традиционная, редуцированная, рациональная, интегрированная, минимальная, консервирующая, с использованием рыхлой и плотной почвы, прямой посев. Формы редуцированной почвообработки относились как к традиционной (с использованием при посеве плуга), так и к консервирующей почвообработке (посев с использованием фрез), поскольку речь шла в основном о сокращении рабочих операций.

В связи с этим наука, консалтинг и практика пришли к соглашению о создании классификации, которая наряду с интенсивностью почвообработки учитывает и цели более высокого порядка - такие, как защита почвы. На рис. 3 представлены агрегаты для предпосевной обработки почвы, подготовки посевного ложа и посева. Видно, как снижается интенсивность обработки почвы, увеличивается ее плотность и снижаются финансовые затраты.

Рисунок 3. Обзор возможных агроприемов возделывания зерна (согласно KTBL, 1992)

Важнейшая характеристика традиционной почвообработки - ежегодная вспашка плугом. При этом сорняки и растительные остатки заделываются в почву, и на таком рыхлом поле без растительных остатков можно беспрепятственно применять традиционную посевную технику. Консервирующая почвообработка отказалась от плуга, и в результате на поверхности пашни сохраняются остаточные вещества от предшественника и/или промежуточной культуры. Она характеризуется двумя основными положениями. Первое: снижение интенсивности основной обработки почвы при безотвальном, бережном рыхлении для создания стабильной, выносливой структуры почвы, что предотвращает уплотнение почвы в результате проезда машин. Второе: оставление растительных остатков на поверхности почвы или неглубокая их заделка. Цель - покрытие почвы, защищающее от заплывания и эрозии. При этом посев определяется как посев в мульчированную почву, так как происходит в имеющуюся мульчу.

Таким образом, прямой посев определяется как возделывание почвы без какой-либо обработки после предшествующего сбора урожая. Для этого применяются дисковые, зубчатые и долотообразные сошники.

В будущем в сельское хозяйство придет чрезвычайно гибкая, способная приспосабливаться к конкретным обстоятельствам система обработки и возделывания, при которой вмешательство в почву будет наиболее бережным.

Технология консервирующего возделывания

Кардинальный переход от одной технологии к другой требует финансовых затрат и несет с собой определенные риски.

Бесплужное возделывание после лиственных культур в качестве предшественника представляет собой переход к консервирующей технологии. Бесплужное возделывание рапса после зерновых предъявляет более высокие требования к подготовке семенного ложа и перемешиванию соломы. Для возделывания зерновых после зерновых обязательными условиями также являются хорошее распределение соломы, короткая стерня, точная обработка жнивья. Однако не стоит без особой необходимости часто переходить от консервирующей к традиционной почвообработке, так как высокая биологическая активность бесплужного возделывания (например, быстрое разложение соломы) снова снижается после вспашки плугом.

Почти все современные машины, применяющиеся при вспашке плугом, могут найти универсальное применение и при бесплужной технологии. Поэтому при правильном подборе машин возможен постепенный переход к более выгодному бесплужному возделыванию. В перспективе применение плуга перейдет в разряд исключений или плуг совсем перестанет использоваться.

Распределение соломы и точная обработка жнивья

Увеличивающийся выход соломы (до 120 ц/га), увеличение ширины захвата зерноуборочных комбайнов и обмолот на склонах зачастую препятствуют равномерному распределению соломы. Об этом свидетельствуют данные, полученные на 50 комбайнах разных производителей. Так, при ширине захвата свыше 6 м коэффициент вариации (КВ, мера поперечного распределения соломы) повышается до 80%. Измеренный КВ часто составляет 48% при 66 ц/га соломы. При 100 ц/га соломы количество лежащей по центру соломы за зерноуборочным комбайном составило бы 200 ц/га. Сетчатая борона для сбора соломы в этом случае будет не в состоянии обеспечить ее равномерное распределение.

Неправильное распределение соломы представляет собой проблему как при посеве в мульчированную почву, так и при обработке почвы плугом, так как подавляется образование корней последующей культуры. Увеличения входных отверстий по центру соломорезки и уменьшение их по краям или увеличения частоты вращения вентилятора бывает недостаточно. При планировании инвестиций необходимо вместо распределителей мякины сделать выбор в пользу систем резки соломы - благодаря потоку соломы мякина сильнее перемещается по краям.

Требования к заделке соломы

При равномерном распределении соломы дальнейшая стратегия определяется севооборотом, что подразумевает промежуток времени до последующей культуры, а также выбранной системой почвообработки (плужная/бесплужная). Если после зерновых следуют озимые (рапс/зерновые), то следует стремиться к ускоренному разложению соломы, а если яровые (сахарная свекла, кукуруза, картофель, горох, зерновые), то в целях защиты почвы предпочтительнее замедленное разложение соломы. Принципиально скорость разложения определяется степенью расщепления соломы (противорежущая пластина и зазубренный нож могут повысить степень ее расщепления), длиной соломы (при длине 10 см она разлагается медленнее, чем при длине 3 см) и глубиной заделки (солома, оставленная на поверхности, разлагается медленнее всего).

При недостатке времени, если севооборот проводится в разгар уборочных работ, при бесплужной обработке можно выбрать вариант из трех возможных стратегий обработки соломы (рис. 4).

Рисунок 4. Размещение соломы и посевного материала при различных видах почвообработки

Отделение соломы от посевного материала происходит при прямом посеве при помощи режущих сошников (долотообразные сошники или стрельчатые лапы). При этом солома лежит на поверхности, а семена имеют контакт с капиллярными водами. В результате создается оптимальная защита испарения и химические продукты распада соломы не влияют на прорастание и всхожесть. Аналогичная ситуация складывается при посеве с использованием почвенной фрезы.

Чтобы для неглубокой заделки соломы при мульчированном посеве без рыхления (МПбР) не происходило физико-химического воздействия во время закладки семян, проращивания и развития ростков (рис. 5), ее необходимо измельчить до размера менее 1 см. Однако это связано с дополнительными расходами и потому практически неприемлемо. Значит, что при сегодняшнем уровне техники МПбР может применяться только при выходе соломы менее 50 ц/га (для яровых).

Рисунок 5. Появление всходов в зависимости от глубины посева

На агроландшафтах с высоким выходом соломы (до 120 ц/га) и недостатке времени до начала возделывания последующей культуры наибольшее применение находит мульчированный посев с рыхлением (МПсР). Земледельцу во время первичной обработки и распределения соломы остается только одна возможность - снизить физическое воздействие при помощи «эффекта разбавления». Таким образом, для замешивания соломы в почву, рыхление которой не требовалось, ее следует обрабатывать глубже.

Эмпирическое правило гласит: на каждые 10 ц/га следует стремиться к двухсантиметровой глубине заделки - только в этих условиях можно рассчитывать на ускоренное разложение соломы.

Качество заделки соломы при правильно выбранной технике

Сегодня уже недостаточно убрать жнивье с пашни - надо стремиться к «точной обработке» жнивья, которая при мульчированном посеве включает в себя обработку жнивья, первичную и вторичную обработку почвы. Поэтому необходимо было исследовать как качество заделки, так и потребление энергии различными агрегатами для обработки жнивья в полевых условиях.

Контрольным образцом служил наиболее распространенный культиватор со стрельчатыми лапами (ширина захвата (ШЗ) 3 м, шаг следа - 43 см, вогнутые диски, трубчато-ребристый каток), который использовали для глубокой и неглубокой обработки. Как альтернативу для поверхностной обработки использовали навесную компактную дисковую борону (ШЗ - 5 м, каток с клиновидными дисками). Для глубокой обработки использовали четырехсекционный культиватор (ШЗ - 3 м, шаг следа - 23 см, оборотные лапы, игольчатый каток). Третий вариант представлял собой полунавесную комбинацию культиватор - дисковая борона (ШЗ - 3 м, шаг следа - 20 см, оборотные лапы, каток с клиновидными дисками), которая использовалась для поверхностной и глубокой обработки.

Для рыхления и перемешивания требуются высокие скорости, поэтому применяли тяговую мощность до 120 кВт. В зависимости от агрегата и глубины заделки было выкопано большое количество профилей, и покрытие соломой оценивали при помощи растровой сетки.

Для неглубокой заделки соломы использовали культиватор со стрельчатыми лапами. Несмотря на то, что он был установлен на поверхностную обработку, глубина заделки составила 10-15 см, так как носок лапы культиватора усилен накладкой. Профиль пахотного слоя выявил зоны с высокой и малой концентрацией соломы, то есть картина перемешивания соломы неоднородна. В противоположность этому компактная дисковая борона может работать на сверхмалой глубине, что приводит к хорошему прорастанию семян падалицы. Такая борона осуществляет покрытие на 54%, то есть основная масса соломы остается на поверхности.

Таким образом, комплекс культиватор - дисковая борона обеспечивает более поверхностную глубину обработки благодаря большему числу зубьев и узко режущим оборотным лапам. Зубья и сдвоенная дисковая борона позволяют производить очень интенсивное перемешивание, а в сочетании с подуплотнением при помощи катка с клиновидными дисками обеспечивается максимальная всхожесть падалицы (рис. 6).

Рисунок 6. Прорастание падалицы после обработки жнивья с разной глубиной

Вторая, более глубокая обработка на половину глубины пахотного слоя обеспечивает эффект разбавления соломы, это основная обработка почвы для мульчированного посева. В условиях влажной почвы предпочтительны узко режущие инструменты, так как стрельчатые лапы могут привести к образованию размытых зон.

Благодаря разложению соломы и повторному перемешиванию ее с почвой при использовании культиватора со стрельчатыми лапами зона концентрации соломы уменьшается со 100 до 50-75%. Заделка становится более равномерной, если за компактной дисковой бороной следует культиватор с четырьмя рабочими зонами или комплекс культиватор - дисковая борона используется повторно. При более интенсивной заделке покрытие соломой на поверхности составляет 17%.

Интенсивное перемешивание соломы в сочетании с целенаправленным подуплотнением создает предпосылки для всходов падалицы и семян сорняков.

При первичной неглубокой обработке почвы культиватором со стрельчатыми лапами расход топлива будет самым высоким, так как стрельчатые лапы входят в почву несколько глубже. При вторичной обработке топлива требуется меньше. При этом компактная дисковая борона с шириной захвата 5 м имеет самую высокую производительность - 6,1 га/ч.

Заключение

В соответствии с полученными результатами можно сделать следующие выводы:

- Поперечное распределение соломы современных зерноуборочных комбайнов с шириной захвата менее 6 м является недостаточным. При этом можно настраивать направляющие щитки и регулировать частоту вращения вентилятора. Лучше выбирать такую технику, которая распределяет мякину в соломорезке.

- Сетчатая борона распределяет солому в определенных границах, но так как она работает по поверхности, основное ее назначение состоит в замедленном разложении соломы при посеве яровых, что имеет большое значение для защиты почвы от эрозии. При заделке соломы следует стремиться или к отделению соломы от посевного материала, или, в случае большого выхода соломы, к ее разбавлению в пахотном слое.

- Универсальных агрегатов для обработки жнивья пока не существует, но достаточно эффективным является комплекс культиватор - дисковая борона с системой сменных сошников.

- С точки зрения интегрированного сельскохозяйственного производства целенаправленная обработка жнивья занимает совершенно особое место, так как благодаря ей солома заделывается в почву наиболее равномерно, почвы защищены от эрозии и до минимума снижается заболеваемость растений, а это создает хорошие условия для получения качественного сельскохозяйственного сырья.