Ресурсо-энергосбережения в земледелии можно добиваться в разных областях хозяйствования, за счет различных способов: применением методов эколого- ландшафтного земледелия; сокращением технологических операций; снижением стоимости затрат в системе питания и защиты растений; введением многолетних трав в севообороты. Обращаем внимание на то, что при решении задачи ресурсо-энергосбережения особое место занимает механическая обработка. Поскольку во всех применяемых ныне в мире системах земледелия, механическая обработка является важнейшей операцией, призванной обеспечить оптимальные условия для развития растений.
В соответствии с технологическими принципами можно кратко сформулировать следующие основные задачи механической обработки почвы: придание пахотному и посевному слоям почвы наилучшего строения, в том числе вследствие улучшения ее агрофизических свойств; поддержание благоприятных водного, воздушного и теплового режимов почвы; регулирование питательного режима для растений как целевым размещением удобрений в почве, так и регулированием интенсивности микробиологических процессов; уничтожение вредных организмов и снижение в пахотном слое их обилия до безопасного порога вредоносности; заделка в почву на оптимальную глубину дернины трав, растительных остатков, удобрений, мелиорантов и других агрономически ценных материалов; предотвращение развития эрозии и проявление противоэрозионной защиты; создание условий для увеличения мощности и окультуренности пахотного слоя почвы; создание форм микрорельефа, обеспечивающего высококачественное проведение всех полевых работ от посева до окончания уборки культуры в оптимальные агротехнические строки. ВВ то же время, обработка почвы представляет собой одну из наиболее трудоемких и энергоемких технологических операций в сельскохозяйственном производстве.
На ее долю приходится до 40% энергетических и 25% трудовых затрат. По расчетам, долевое участие обработки почвы в формировании урожая ряда культур колеблется от 3-12% в благоприятные по условиям годы и возрастает до 26-60% в экстремальных условиях. Наряду с этим установлено, что хотя за последние 20 лет механическое воздействие на почву возросло в 3,5 раза, урожайность культур от переуплотнения почв снизилась на 12-30%, усилилась эрозия, интенсивнее стали процессы дегумификации и др. Все это вместо взятое (наряду с постоянным увеличением цен на энергетические ресурсы) резко повысило актуальность минимизации обработки почвы. По мнению многих исследователей, минимальная обработка почвы относится к числу особо важных способов ресурсоэнергосбережения в земледелии т. к. ее применение обеспечивает непосредственно в технологическом процессе производства продукции защиту почв как главного природного ресурса, снижение затрат труда и топлива.
Исходя из этого, под минимальной понимают научно-обоснованную обработку почвы, обеспечивающую снижение энергоемкости и трудовых затрат при сокращении механического воздействия на почву. В настоящее время в республике Молдова наиболее частое применение имеют 4 модели ресурсоэнергосберегающих систем минимальной обработки почв: сокращенная, почвозащитная, почвоконсервирующая, почвовоспроизводящая. В данной статье будет рассматриваться сокращенная модель.
Сокращенная модель ресурсоэнергосберегающей обработки почв.
Эта система предполагает уменьшение механического воздействия на почвы, за счет чего снижается интенсивность процессов физической деградации почв. Основные пути такой минимизации состоят в следующем: сокращение числа обработок вследствие их выполнения при оптимальном физическом состоянии почв; уменьшение глубины обработки почв при использовании агротехнически обоснованного чередования глубоких и поверхностных приемов; уменьшение площади обрабатываемой поверхности за счет широкого использования пестицидов на остальной площади; совмещение ряда технологических операций за один проход агрегатов; использование почвообрабатывающих орудий с минимальным удельным давлением на почву.
Эта модель не предполагает специального технического оснащения, поэтому на данном этапе технологической реформы она является наиболее доступной и предполагает минимизацию обработки почвы, как по количеству операций, так и по глубине.При этом предпочтительно применять те виды почвообрабатывающей техники, (плоскорезы, фрезы, комбинированные агрегаты, а также новые конструкции дисковых культиваторов) которые не способствуют ускоренной минерализации гумуса и обеспечивают стабилизацию экологической среды, микрофауны и интенсификации природных (типогенетических) элементарных процессов почвообразования.Основным принципом этой системы земледелия является ландшафтная адаптация агроэкосистемы.
В соответствии с этим принципом все компоненты агроэкосистемы (состав культур, способ обработки, сельскохозяйственные агрегаты, плотность посевов, межрядное растение и т.д.) выбираются в соответствии с условиями ландшафта, в частности с особенностями почвы, являющейся главным звеном ландшафта. Внедрению этой модели минимальной обработки должна предшествовать агроэкологическая оценка поля, принимающая в расчет все природные факторы (геоморфологические показатели, биоклиматические условия, гидрогеологические и гидрологические показатели, степень интенсивного дренирования, эрозию и др.), почвенные условия, степень засоренности поля, состав, присутствие или отсутствие проблемных сорняков и др.
Очень важно иметь сведения об истории поля. Она предполагает долгосрочную информацию о закономерностях эволюции основных факторов плодородия (содержание гумуса, нитратного и аммиачного азотов, подвижного фосфора, поглощенного калия, содержание подвижных форм микроэлементов и др.). На основании этих показателей определяется интенсивность и направленность соответствующих процессов (гумификации, минерализации, нитрификации, аммонификации, мобилизации фосфора, обменных реакций и др.). При этом обязательно нужно иметь информацию о закономерностях эволюции реакции почвы (значений рН), которая во многом определяет ход и направленность почвенных процессов, степень подвижности и доступности тех или иных элементов, биологическую активность почв и др. В этом плане реакция почвы управляет геохимическими барьерами, а последние определяют аккумуляцию – миграцию веществ, степень подвижности и доступности элементов и др. В то же время, реакция почвы является и одним из важных факторов, который непосредственно влияют на рост, развитие и состояние растений.
Это особенно важно в связи с тем, что нашими многолетними производственными работами по оценки почв в целях сертификации (работы проводились на более 150 тыс. га) установлено, что в почвах республики протекают процессы ощелачивания почвенного раствора, приводящие к росту значений рН. Хочется обратить внимание, что аналогичное явление установлено И. Мунтяну в почвах Румынии (Мунтяну, 2001).В этом плане мы разделяем мнение цитируемого автора, считающего, что ощелачивание почвенного раствора черноземов вызвано модификациями ионных равновесий в условиях медленной аридизации почвенного покрова региона вследствие совместного воздействия природных и антропогенных факторов, в том числе неконпенсационный характер режима увлажнения почв начиная с восьмидесятых годов прошлого столетия (1982-1986 гг.).
Мы также склоны считать, что ощелачивание является признаком усталости почвы вследствие резкого снижения интенсивности выщелачивания почвенного раствора в холодный период года. Главным фактором этой формы усталости является снижение глубины промачивания почвы, что препятствует выносу непочвенных токсичных веществ из почвы, последние накапливаются в почвенном растворе и влияют на функционирование ионных равновесий. Ряд этих веществ присутствует в минеральных удобрениях.Научной основой перехода к ресурсоэнергосберегающим технологиям, является установленная как в нашей республике (Жигэу, 2011, 2012) так и за ее пределами, закономерность, согласно которой модель сокращенной минимальной обработки почвы, применяемая в севообороте даже длительный срок, не ухудшает по сравнению с традиционной технологией большинство параметров почвенного плодородия. Наоборот, там, где она применяется в соответствии с условиями ландшафта, отмечается некоторая тенденция улучшения параметров плодородия.В России, например, по данным С.Н. Немцова (2010) в Ульяновской области за две ротации 8-польного севооборота при отвальной системе обработки почвы содержание гумуса снизилось с 6,36 до 6,02% или на 0,34%.
Его потери при этом составили около 11,2 т/га. В то же время при комбинированной (сокращенной) технологии, где за ротацию севооборота проводились 2 вспашки, 2 безотвальные обработки на 25 см и две минимальные на 10-12 см, эти параметры остались примерно на исходном уровне. Этот же эффект устанавливается и в динамике плотности сложения почвы, водных свойств, пищевого режима и урожайности. (Немцов, 2010). По данным К.И. Карповича с соавторами (2001) в условиях этого же опыта установлено, что за две ротации восьмидольного зернопропашного севооборота средний урожай зерновых составил при постоянной вспашке 3,4 т/га, при по стоянной мелкой обработке на 10-12 см – 3,38 т/га, при постоянной глубокой плоскорезной обработке 3,51 т/ га а при дифференцированной схеме обработки со вспашкой два раза под кукурузу и горох – 3,6 т/га.
Как экспериментальный, так и производственный опыт показали, что сокращенная минимальная обработки почвы в соответствующих условиях обеспечивает, как минимум ровный урожай зерновых в сравнении с традиционной вспашкой. Вместе с тем оно в два раза менее энерго– и техноемко (расход горючего на гектар пашни снижается на 10-15 л/га) что экономически выгодно, особенно в условиях высоких цен на энергоносители. При этом необходимо отметить, что сокращенная модель минимальной обработки почвы под озимые культуры в засушливые годы обеспечивает устойчивые урожаи, величина которых на 1,3 – 5,4 ц/га выше по сравнению со вспашкой на 20-22 см (Жигэу и соавторы 2008). Не менее интересные данные приводят в своих работах П. Гуш и Т. Русу (2005), согласно которым, на различных типах почв (чернозем выщелоченный, фаеозем, прелувосоль и аллювосоль молликовый) в условиях Трансильванской равнины при применении модели сокращенной минимальной обработки почв на фоне 4-5 польного севооборота, к концу ротации в содержание гумуса отмечается некоторое увеличение (0,1-0,4%) по сравнению с традиционной вспашкой. Содержание водоустойчивых макроагрегатов увеличивается по вариантам на 1-6% в слое 0-10 см и по 1-12% в слое 10-30 см.
Значительно улучшается режим плотности сложения и порового пространства, что приводит к улучшению водопроницаемости, к сокращению физического испарения и улучшению запасов доступной влаги (Guş, Rusu, 2005). В то же время здесь отмечается увеличение числа бактерий и грибов, а в слое 0-20 см и улучшение энзиматической активности. В соответствие с принципами, изложенными выше представленной функциональной модели в северной зоне республики в период 2008-2011 нами испытывался технологическая модель, направленная на улучшении физических свойств почвы, консервированию и рациональному использованию почвенной влаги. Она включала 4 варианта
1 Вспашка с оборотом пласта 22- 25 см.
2 Глубокое рыхление (40- 50 см) чизелем.
3 Дискование 18 см.
4 Дискование 10- 12 см. Почва представлена черноземом типичным среднегумусным легкоглинистым на легкой глине. Структура культур: пшеница – ячмень — сахарная свекла – кукуруза — соя. Наблюдения за динамикой основных физических и водно-физических параметров почв показали, что независимо от вида обработки их эволюция во времени аналогично природному тренду.
Их эволюция взаимосвязана, поэтому предлагаем рассматривать их в сравнении (табл. 1, 2, 3). В начале вегетации плотность сложения на всех вариантах опыта почти одинаковая и составляет в слое 0- 50 см от 1,03 до 1,09 г/см3 (Табл. 1). Уже в мае месяце варианты со вспашкой отделяется от остальных несколько более высокими показателями плотности сложения (до 1,20 г/см3 в слое 30- 40 см) и более низкими показателями агрономически ценных агрегатов. Средневзвешенное содержание агрегатов 10-0,25 см в слое 0- 40 см составляет 73,6 %, в то время как на вариантах с консервирующими технологиями их минимальное содержание составляет 78,2 % на варианте обработка дисками 18 см. Максимальные значения (80,2 %) в мае устанавливаются на варианте обработка дисками 10-12 см. В варианте глубокое рыхление без оборота пласта среднее содержание агрономически ценных агрегатов в слое 0-40 см составляет 78,6 %. По водопрочности агрономически ценных агрегатов разница между минимальными значениями (58,2 % на варианте вспашка) и максимальными значениями (70,5 % на варианте обработки дисками 10-12 см) составляет 12,3 % (Табл. 2).
Варианты дискование 18 см и глубокое рыхление 40-50 см содержат водопрочных агрономически ценных агрегатов соответственно 65,8 % и 63,5 %. Запасы влаги на этот период были примерно одинаковыми и составляет 0,85- 1,0 НВ (Табл. 3). В июне месяце вариант вспашки уже четко отделяется от остальных вариантов по исследуемым показателям. Плотность сложения здесь составляет от 1,21 г/см3 в слое 0-10 см до 1,30 г/см3 в слое 30- 40 см. Средневзвешенное содержание агрономически ценных агрегатов составляет 67,6 %, а содержание водопрочных агрегатов уменьшается с 58,5 % до 51 %. Запасы влаги уменьшаются до 72 % от НВ в слое 0- 10 см и сохраняются еще на уровне 85 % от НВ в слое 30- 40 см. На варианте глубокое рыхление плотность сложения в июне увеличивается лишь на 0,02- 0,06 г/ см3 а запасы влаги даже в слое 0- 10 см составляют 85 % от НВ. Содержание агрономически ценных агрегатов составляет в среднем 75,0 %, а водопрочных агрегатов содержатся 62 %. Заметно более устойчивым по сравнению со вспашкой является агрегатный состав в вариантах обработки дисками.
На варианте обработка дисками 18 см содержание агрономически ценных агрегатов составляет 75,6 % при водопрочности 67,2 %. Плотность сложения увеличилась на 0,04-0,08 г/ см3 а запасы влаги составляют от 85 % от НВ в слое 0-10 см до 95 % в слое 30-40 см.Вариант обработка дисками 10-12 см отличается увеличение плотности сложения на 0,06 г/см3, устойчивыми запасами влаги (от 86 % до 96 % от НВ), что благоприятствует структурообразованию. Здесь содержание агрономически ценных агрегатов наивысшее (78,8 %) а их водопрочность составляет 73,0 %.В июле почва на варианте со вспашкой сильно иссушается и запасы влаги в слое 0-20 см снижаются до 55-57 % от НВ а слой 0- 40 см четко разделяется по величинам и характеру распределения значений плотности сложения.
Самый поверхностный слой характеризуются оптимальной плотностью (1,17 г/см3). Вместе с тем уже в слое 10-20 см этот показатель увеличивается до 1,37 г/см3, а в слое 30-40 см плотность увеличивается до 1,41 г/см3. Содержание агрономически ценных агрегатов составляет в среднем 62,7 г/см3, однако, в агрегатном составе преобладают агрегаты > 5 мм с низкой водопрочностью (48,8 %) способствующие испарению почвенной влаги. Исходя из этого можно заключить, что при применении технологий, основанных на ежегодной вспашке с оборотом пласта уже в июле месяце в почвах устанавливаются критические условия для развития растений. Высокие значения плотности сложения в слоях 20-30 и 30-40 см приводят к образованию механического барьера между пахотным горизонтом и нижележащими горизонтами.
Это препятствует подтоку почвенной влаги из нижележащих горизонтов, в связи, с чем в агрогенном слое устанавливается острый дефицит влаги. В условьях отсутствия атмосферных осадков растения сильно страдают или же высыхают. Этому способствуют так же ощелачивание почвенного раствора и очень высокие дневные температуры почвы. Варианты консервирующих технологий отличаются меньшими потерями влаги. В варианте глубокого рыхления влажность в агрогенном слое составляет от 0,81 НВ в слое 0-10 см до 0,88 НВ в слое 30-40 см, а плотность сложения варьирует соответственно, в интервале 1,14-1,29 г/см3. Средневзвешенное содержание агрономически ценных агрегатов составляет 73,7 %, при водопрочности 58,5 %.
Примерно аналогичные условия складываются на вариантах дискованием с той лишь разницей, что в верхнем слое 0-10 см влажность составляет 0,82-0,84 НВ, а в слое 30- 40 см запасы влаги составляют 0,9 НВ. Благодаря этому плотность сложения сохраняется в оптимальном интервале и варьирует в интервале 1,16-1,25 г/см3 в варианте дискование 18 см и 1,12- 1,27 г/см3 в варианте дискование 10-12 см. В обоих вариантах почвы характеризуются прекрасными параметрами структурной организации. В варианте дискование 18 см средневзвешенное содержание агрономически ценных агрегатов составляет 74,5 % при водопрочности 66,2 %. В варианте дискрвание 10-12 см содержание агрономически ценных агрегатов (77,5 %) в июле лишь на 2,7 % меньше чем в мае (80,2 %), а водопрочность, практически за этот период не претерпевает никаких изменений.
В соответствии с динамикой плотности сложения меняется общая и дифференциальная порозность почв. Из таблицы 4 видно, что по мере уменьшения давления на почвы увеличивается общая порозность и влагопроводящая порозность, которая является главным источником влаги, необходимой для функционирования почвенной экосистемы и создания урожая. Из таблицы 4 четко видно, что на варианте вспашки 22-25 см лишь в слое 0-10 см общая порозность может быть оценена как удовлетворительная (Et=52,4%). Средняя и нижняя часть этого слоя уже характеризуются неудовлетворительными показателями общей порозности. Консервирующие варианты характеризуются значительно более благоприятными значениями общей порозности.
Вместе с тем обращаем внимание на тот факт, что нижняя часть агрогенного (30-40 см) слоя на всех вариантах характеризуются неудовлетворительной порозностью. Это наталкивает на мысль что применяемые приемы сами по себе не способны обеспечить восстановление порового пространства почв в течении 3-4 лет. Более того, несмотря на существенное улучшение объема влагопроводящей порозности, которая является основным источником влаги обеспечивающий функционирование почвенной экосистемы, она все еще остается ниже оптимальных значений (25%). В то же время, влагосохраняющая порозность в которой присутствуют непродуктивная влага составляет около 15% на всех консервирующих вариантах, превышая значительно оптимальный для наших почв показатель (10%). Частично это связано с измельчением структуры а частично с тем, что 3-4 летний период недостаточен для того чтобы улучшилась капиллярная порозность почв. Для достижения этого эффекта необходимы фитомелиоративные меры, в первую очередь включение культур фитомелиораторов в структуру культур (люцерна, эспарцет, донник и др.) В целом же на основании всего изложенного можно заключить, что при неизмененном субстрате в условьях изменения климата даже применением этого простого технологического варианта минимальной обработки можно снизить до минимума отрицательные последствия этого явления. При этом снижаются негативные последствия засухи.
Тем самым обеспечиваются высокие и стабильные урожай. В выше отмеченных условиях урожай пшеницы составил в среднем около 3,5 т/га, сои 2,4-2,8 т/га, ячменя около 3 т/га, кукурузы на зерно 6-8 т/га.
В этом плане убедительными являются данные полученные в текущем сельскохозяйственном году в хозяйстве JLC – Agro-Maiac (с. Ружница, р-н Окница) где с осени 2011 года начаты работы поэтапного внедрения консервативной системы земледелия (табл. 5). По предварительным расчетам стоимость одной единицы продукции составляют 1,5 лей/кг.