Архитектура современного растеневодства. Новейшие технологии

 

 

 

 

Йоахим БРУНОТТЕ, Клаус ЗОММЕР, Федеральный НИИ сельского хозяйства
Бернд ГАТТЕРМАНН, компания AMAZONEN-Werke

 

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».

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.

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.

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.

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, 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).

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.

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.

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.