Прямой посев – это отказ от перепахивания земли, это посев прямо по пожнивным остаткам и их консервация на поле, что играет важную роль при выращивании сельскохозяйственных культур. Природной моделью этой технологии является функционирование чернозема в составе природной степной экосистемы.
В соответствии с принципами генетического почвоведения, именно такая модель обеспечивает максимальное использование природного почвообразовательного потенциала, наиболее эффективное функционирование почвенной экосистемы и наибольшую отдачу агроэкосистемы с наименьшим ущербом для окружающей среды.
Известно, что не только в Молдове, но и в большинстве регионов мира, основными проблемами сельского хозяйства являются: недостаток почвенной влаги, ее освоение, консервация и рациональное использование, а также проблемы, связные с разрушением и потерей гумусового детрита почвы, дегумификацией и разрушением почвенной структуры.
В природе этих проблем не существует, т.к. элементы экосистемы, как указывает В.А. Ковда (1974), образуют саморегулирующийся механизм, главное звено которого на суше, составляют растения и почвы, накапливающие энергию солнца в виде живого вещества (биомассы) и почвенного гумуса. Интегрирующим показателем этих процессов является система гумусовых веществ почвы. Как утверждает М.И. Дергачева (1984), черноземы характеризуются трансформационно — миграционным типом гумусового профиля. Последний представляет собой саморегулирующую систему, разделяющуюся на две зоны: верхняя (около 20 см) — по преобладанию в ней ведущих процессов гумификации, в том числе за счет наземной части опада, и нижняя, в которой в общем процессе гумусообразования преобладает миграция продуктов гумификации.
Верхняя (гумификационно-трансформационная) зона гумусового профиля черноземов, несет основную функциональную нагрузку в саморегулирующейся системе растения – почва. Она обладает высоким накопительным потенциалом, обеспечивая гумусовыми веществами практически весь почвенный профиль.
Не менее важна и транспортная функция верхней зоны гумусового профиля черноземных почв. Мобильные гумусовые вещества, значительная часть которых представлена фульвокислотами, обеспечивают нисходящую миграцию азота, кальция и других зольных элементов, образовавшихся при разложении растительного опада в верхней части почвы. По мере накопления происходит их вовлечение в биологический круговорот. Тем самым обеспечивается развитие черноземного почвообразовательного процесса по вертикали, с образованием прогрессивно аккумулирующегося генетического профиля.
В этом контексте Л. И. Прасолов (1939) вполне обоснованно считал, что наиболее характерная особенность черноземов – его гумусовый горизонт, который несвойственен другим типам почв. В развитие этой идеи, через призму концепции единства и стадийности почвообразования и развития системы органических веществ в почве, считаем, что гумусовый горизонт черноземов является обязательным условием образования и эволюции черноземов, т.к. именно процессы функционирования этого горизонта определяют направленность и интенсивность элементарных типогенетических процессов черноземного почвообразования.
Исходя из этого, считаем, что материальный и энергетический потенциал верхней зоны гумусового профиля черноземных почв должен постоянно поддерживается на более высоком уровне в сравнении с нижними горизонтами. Поэтому главное и обязательное условие нормального функционирования экосистем в условиях, как целинных черноземов, так и черноземов агроценозов – высокое содержание органического углерода в их верхнем слое.
В связи с этим, В.В. Понамарева и Т.А. Плотникова (1980) отмечают, что природа выработала сложное органически целесообразное приспособление для добывания растениями минерального питания – процесс гумусообразования, в более широком смысле – процесс почвообразования. Наличие слоя растительных остатков в верхней части почвенного профиля черноземов в значительной мере определяет гидротермический режим почвы, снабжает энергией и активизирует почвенно-биологические процессы, служит источником питательных веществ для почвенного раствора, участвует в процессах саморегуляции почвы. Обогащенный органическим веществом слой черноземов приобретает важное значение еще и потому, что он находится в зоне действия лучистой энергии солнца, которая в подобном случае может непосредственно вовлекаться в энергетику почвенных процессов.
Главное условие нормального функционирования саморегулирующихся и самоподдерживающихся черноземных биоэкосистем — целесообразная сезонная цикличность почвенных процессов. По данным Т.Л. Быстрицкой и соавторов (1981), в антропогенных пахотных экосистемах по сравнению с естественными биогеоценозами резко возрастают нерегулярные колебания и явно снижается амплитуда целесообразной сезонной цикличности почвенного раствора, что объясняется, прежде всего, отсутствием в верхнем слое пахотных черноземов необходимого запаса фитомассы, в частности мертвого растительного вещества в виде мощного слоя степной подстилки.
Исходя из этого, в развитие идей Л.И. Прасолова (1939) считаем, что гумусовый профиль черноземов не только не повторяется у других типов почв, но при его разрушении может оказаться невозвратимым и в условиях существующих степных ценозов. Как показывают В.В. Понамарева и Т.А. Плотникова (1980), в процессе длительной распашки, биохимическая «пульсация» гумусового горизонта черноземов почти прекращается, почва утрачивает свои превосходные химические и физические свойства и превращается в более или менее инертный субстрат, на котором даже в условиях применения высоких доз удобрений и интенсивных обработок невозможно получить высокий урожай.
Согласно М.И. Дергачевой (1984) лишь восстановление целесообразной сезонной цикличности гумуса черноземных почв может привести их определенному стабильному состоянию.
Наши исследования показали, что черноземы Придунайского региона сохранили еще способность восстановления целесообразной динамики. Элементные признаки этого отмечаются уже 3-4 года после инициирования мер по ренатурации почвообразования (Жигэу, 2009а, 2009б, Jigău, 2011). С учетом накопившегося опыта в регионе считаем, что техническим и технологическим решением вопроса максимального использования процессов саморегуляции черноземов в сельскохозяйственном режиме может быть система нулевой обработки почвы.
В этом контексте, технология No-Till — это близкая к природной модель функционирования экологических систем (таб. 1). Функционированию экосистем способствуют покровные и промежуточные культуры, которые являются обязательными элементами технологий No-Till (таб. 2, 3). Из истории применения нулевой обработки
Родоначальником нулевой технологии земледелия считается И.Е. Овсинский, который в 1871 году начал практические опыты по выращиванию сельскохозяйственных культур без глубокой вспашки. Книга с описанием этой технологии называлась «Новая система земледелия» и была издана трижды в 1902, 1905 и 1909 гг.
На Американском континенте (Канада, США) интерес к нулевой технологии возник в 1931-1935 гг. после знаменитых пыльных бурь. Одновременно началось интенсивное внедрение прямого сева.
В Великобритании интерес к этой технологии побудил Х. П. Аллена провести крупномасштабные исследования по данному вопросу, в результате чего, в 1945 году появились первые научные публикации и отчеты, где были сделаны выводы о положительных результатах применения технологии прямого сева на территории Великобритании и рекомендованы к применению.
На постсоветском пространстве аналог нулевой технологии начал применяться с 1954 года после пыльных бурь в Северном Казахстане и Западной Сибири. Большой вклад в развитие этого направления внесли Т.С. Мальцев и А.И. Бараев. Однако эта технология не являлась «нулевой», т.к. предусматривала обработку почвы плоскорезами без оборота пласта, с сохранением пожнивных остатков на поверхности почвы, и получила название безотвальной обработки почвы. В соответствии с этими условиями и был разработан весь комплекс машин для ведения полевых работ. Из-за несовершенности машин и отсутствия серьезных научных разработок и рекомендаций для основных сельскохозяйственных районов бывшего Советского Союза, применение технологии ограничилось в усеченном варианте вышеупомянутых регионов.
Резкое повышение цен на энергоносители в 1991-1995 годах побудило сельхозпроизводителей Бразилии, Аргентины и других стран (в основном на латиноамериканском континенте) стремительно перейти на No-Till и добиться при этом значительных результатов в аграрном секторе, которые и позволили им занять лидирующие позиции в мире в области сельскохозяйственного производства.
В связи с ускоренными темпами деградации черноземов, примерно в это же время в России, на Украине и в Молдове начались работы по разработке менее агрессивных моделей сельскохозяйственных технологий.
Результаты этих исследований обобщены в ряде публикаций, среди которых необходимо отметить работы Н.К. Шикулы и Г.В. Назаренко (1990), А.В. Гуманиюк с соавтором (2010).
Опыт применения нулевой обработки в мировом аграрном секторе
В мировом аграрном секторе нулевые технологии применяются на площади более 94 млн. гектар, в основном на территории государств-лидеров в области производства сельскохозяйственной продукции (Канада, Бразилия, Аргентина, Новая Зеландия, Австралия и др.). В Молдове работы по целенаправленному внедрению No-Till начались около десяти лет назад. «Первопроходцами» в этом плане следует считать хозяйства АгроПанфил (Дондушанский район) и Civea-Agro (Единецкий район). Масштабно эти работы в республики начаты компанией WeTrade. Вместе с тем, обращаем внимание на то, что в мире нет опыта по применению этих технологий на черноземах. В этой связи, ниже приводим первые сведения из этой области, накопленные в нашей республике.
Эволюция черноземов в условиях No—Till
Вплоть до сегодняшнего дня в сельскохозяйственной науке накоплено крайне мало экспериментальных данных о влиянии No-Till на направленность и интенсивность типогенетических процессов черноземного типа почвообразования. Лишь эпизодические сведения можно найти в работах ряда украинских исследователей (Шикула и Назаренко, 1990).
Наши исследования по влиянию No-Till на основные свойства черноземов были начаты в 2011 году на полях ООО Сivea-Agro в производственных условиях на площади более 1600 га. На отмеченной площади No-Till практикуется с 2006 года. До этого в течение 7 лет (с 1999 года) здесь применялась сокращенная минимальная обработка почвы.
Почвенный покров хозяйства представлен преимущественно черноземами типичными, среднегумусными, мощными тяжелосуглинистыми на тяжелых суглинках. Вскипание от 10% НСl отмечается в средней части, а видимые карбонаты — в нижней части переходного горизонта В.
В гранулометрическом составе преобладают фракции крупной пыли и тонкого ила.
Количество пыли с глубиной увеличивается, а содержание ила уменьшается, что свидетельствует об уменьшении степени выветренности минеральной части с глубиной. Почвы обладают высоким потенциалом к оструктуриванию; гранулометрический показатель оструктирования составляет около 100%.
Почвы носят явные признаки атропедогенеза. Среди этих отмечаем, в первую очередь, агрогенную стратификацию почвенного профиля. Последняя предполагает наличие агрогенного горизонта в верхней части профиля, включающего пахотный и подпахотный горизонты, и это вопреки тому, что нагрузки на почвы в последние 12-13 лет существенно сократились (табл. 4). Это позволяет сделать вывод, что только снижение давления на почвы и минимальная обработка (даже длительное время) недостаточны для того, чтобы восстановился агрофизический профиль и связанные с ним функции почв. По мнению ряда авторов, этот недостаток может быть устранен включением и систематическим выращиванием покровных или же промежуточных культур в структуре севооборотов.
В ООО Сivea-Agro выращивание мелиоративных и промежуточных культур практикуется с 2006 года. Проведенные нами исследования в августе 2011 года показали, что даже в условиях кумулятивного эффекта засухи, выращивание мелиоративных и промежуточных культур, пусть и короткий срок (5 лет), способствует установлению в почвах тенденции улучшения динамики агрофизических свойств почв (таблицы 5, 6, 7). Из данных таблицы 5 четко видно, что интенсивная культура пшеницы даже в условиях No-Till имеет незначительное влияние на агрофизические свойства черноземов. Это вызвано, в первую очередь, короткой ротацией культур (пшеница – рапс – соя), коротким периодом использования No-Till и кумулятивным эффектом засухи. Отмеченные высокие и устойчивые урожаи пшеницы (4.8-5.6 т/га) в период 2007-2012 обеспечиваются менее контрастной динамикой агрофизических свойств в течение вегетационного периода, материализованной в более позднем наступлении в почвах неблагоприятных значений плотности сложения, порозности и др.
Культура сои более длительный период покрывает поверхность почвы, тем самым снижает затраты на физическое испарение, поэтому запасы влаги выше и относительно равномерно распределены по почвенному профилю. В связи с этим, корневая система лучше и глубже развита. Это способствует поддержанию в почве относительно благоприятного агрегатного состава по всему 0-100 см слою. Вместе с тем, режим плотности сложения остается очень напряженным, и к концу вегетационного периода средняя часть почвенного профиля характеризуется неблагоприятными и даже крайне неблагоприятными значениями плотности сложения.
Культура люцерны имеет мелиоративный эффект на агрофизические свойства почв. Из представленной таблицы видно, что первые 0-70 см почвенного профиля характеризуются оптимальными значениями плотности сложения, а последующие 30 см — удовлетворительными значениями. В этих условиях, даже к концу вегетационного периода влажность находится на уровне 0,65-0,7 НВ и обеспечивает относительно нормальное функционирование почвы.
Из промежуточных культур в ООО Сivea-Agro чаще выращиваются горчица желтая, фацелия, рапс.
Исследования, проведенные в конце августа 2011 года, показали, что воздействие этих промежуточных культур на динамику агрофизических свойств почв различается (таблицы 6, 7). Исследования свидетельствуют о том, что наилучший эффект оказывает горчица желтая. Её выращивание после пшеницы обеспечивает значительное снижение плотности сложения. В этих условиях, верхняя часть профиля представляет оптимальные и удовлетворительные значения плотности сложения. Вместе с тем, средняя и нижняя части профиля представляют неудовлетворительные значения. К тому же, влажность почвы лишь в верхней части представляет значения составляющие 0,5-0,6 наименьшей влагоемкости. В средней и нижней частях профиля влажность составляет менее 0,4–0,5 наименьшей влагоемкости. В то же время в почвах обеспечивается благоприятный режим агрегатного состава, содержание зернистых агрегатов составляет 60-80%. На агрохимических свойствах почвы промежуточная культура горчицы практически не сказывается (таблица 6).
Влияние фацелии менее выражена на плотности сложения (она находится на лимите в слое 0-20 см; ниже 20 см плотность сложения представляет неблагоприятные и крайне неблагоприятные значения) вместе с тем обеспечивает оптимальный агрегатный состав почвы по всему слою 0-100 см. (таблица 7).
В то же время, фацелия лучше влияет на агрохимические показатели, в частности на содержание доступных форм фосфора и калия.
В целом, по данным анализа всестороннего эффекта промежуточных культур в ООО Сivea-Agro и ООО JLC-AGRO-MAIAC можно представить данными таблицы 8.
На основании всего вышеизложенного считаем, что вовлечение черноземов в No-Till требует транзитного периода, предполагающего биологизацию антропогенного почвообразовательного процесса. Продолжительность этого периода и компоненты схемы биологизации определяются условиями ландшафта, гранулометрическим составом почв и исходным состоянием почвы.