Влагоресурсосберегающие технологии на севере Казахстана

Гилевич С.И. - зав. отделом земледелия, к.с.-х.н., с.н.с. Тулаев Ю.В., Аксагов Т.М. – научные сотрудники ТОО «Костанайский НИИСХ» АО «КазАгроИнновация»

В Послании народу Казахстана глава государства Н.А.Назарбаев отметил, что за прошедшие 5 лет благодаря применению современных технологий резко увеличился сбор зерновых культур. Ведущая роль в зерновом производстве как и раньше принадлежит Костанайской области. С.В. Кулагин в своем отчетном докладе отметил, что рекордно высокий сбор зерна в 2007 году – 6 млн. 563 тыс. тонн при средней урожайности 16,7 ц /га во многом стал возможным благодаря успешному освоению влаго-ресурсосберегающей технологии на площади свыше 2,2 млн.га. В 2008 году указанные технологии освоены на 3,0 млн. га, что дало возможность в условиях засушливого года получить по 12,5 ц /га зерновых.

Влагоресурсосберегающие технологии – это не только отказ от вспашки, глубокого рыхления и других видов интенсивного воздействия на почву, но и, что наиболее важно, оставление на поле пожнивных остатков, применение интегрированных мер борьбы с сорняками, использование научно-обоснованных севооборотов.

Неоспоримое достоинство ресурсосберегающих технологий минимальное воздействие на почву, а при нулевой – отсутствие вмешательства в естественные процессы почвообразования.

Как известно на обработку почвы расходуется около 40% энергетических и 25% трудовых затрат от всего объема работ по возделыванию с.-х. культур. Что же мы получаем взамен? Обработка почвы (особенно интенсивная, глубокая) ведет к усилению минерализации органического вещества. Мы «выпахиваем» почву, теряем гумус. Вследствие потери гумуса ухудшается пищевой режим почвы, почва уплотняется, распыляется, усиливаются эрозионные процессы. Земля становится всё менее и менее плодородной, урожаи падают, а деградация почвы, напротив, возрастает.

Вследствие преобладания диффузного испарения любой вид обработки почвы ведет к невосполнимым потерям дефицитной влаги.

Таким образом, при обработках мы теряем гумус и почвенную влагу. Но есть и третий активный участник процессов, происходящих в почве, на который сильное воздействие оказывает обработка почвы – это живая фаза почвы. Преобразование органического вещества, включающее два взаимосвязанных, неотделимых друг от друга процесса – разложение и гумификацию, происходит в результате деятельности почвенных микроорганизмов и беспозвоночных животных. В плодородной почве количество микроорганизмов может достигать нескольких миллиардов на 1г. почвы, а их масса более 2000 кг/га.

Почва это живой организм, живое тело, в котором (если оно находится в естественном состоянии) каждый его орган (простейшие животные, водоросли, грибы, бактерии, актиномицеты) имеют оптимальные условия для своего функционирования. При этом для каждого вида, населяющего почву, свой оптимизм: одни организмы лучше развиваются, например, при доступе воздуха (аэробные), жизнедеятельность других лучше протекает без доступа воздуха (анаэробные). Представьте себе, что происходит, когда мы по этому живому телу, где каждый составляющий его орган нашел свою оптимальную нишу, проходим плугом или глубокорыхлителем!

Что же касается разрыхления почвы, которое всегда рассматривалось как одна из важнейших задач обработки, то на большей части черноземных почв оно оказалось ненужным (а в условиях засушливого климата вредным), ибо равновесная плотность этих почв близка к оптимальной для зерновых.

Минимализация почвообработки рассматривается как одно из важнейших условий экологизации земледелия. При этом особое внимание уделяется мульчированию поверхности почвы, поскольку значение мульчи в какой-то мере приближается к роли степного войлока, или лесной подстилки. При использовании мульчирующего земледелия и прямого посева наблюдается возвращение почвенной биоты, повышается микробиологическая активность почвы, что помогает ей быстрее переводить растительные материалы в питательные вещества, а также разлагать загрязняющие почву химические соединения.

Необработанное с осени поле с высокой стерней лучше усваивает осенне-зимние осадки и лучше их сохраняет к периоду посева.

Оставление на поверхности поля соломы и других пожнивных растительных остатков является наиболее реальным и доступным способом увеличения содержания органического вещества в почве в условиях Северного Казахстана. Применение ресурсосберегающих технологий с использованием соломы зерновых культур в качестве удобрения позволяет создать положительный баланс гумуса в почве.

Насыщение верхнего слоя почвы органическим веществом за счет равномерного распределения растительных остатков по поверхности поля надежно защищает землю от водной и ветровой эрозии в том числе и на склоновых землях, в степных районах. Запасы влаги и элементов питания, которые накапливаются в слое мульчи, обеспечивают наиболее стабильные условия для роста и развития возделываемых культур, что гарантирует получение планируемой урожайности.

Интенсивное насыщение водного аэрируемого слоя почвы органическим веществом способствует повышению его устойчивости к механическому воздействию со стороны рабочих органов и ходовых систем машинотракторных агрегатов, а также повышению несущей способности грунта при повышенной влажности почвы.

Внесение соломы оказывает положительное влияние на структурное состояние и водопроницаемость почвы и фитосанитарное состояние поля, в частности снижается пораженность яровой пшеницы корневой гнилью.

Важным агроэкологическим преимуществом влаго-ресурсосберегающих технологий является улучшение водного режима почвы. Благодаря совокупному воздействию минимальной и особенно нулевой обработки почвы и мульчирования почвы соломой улучшение влагообеспеченности наблюдается не только на первой культуре после пара, но и в остальных, зерновых полях севооборота, то есть запасы влаги как бы выравниваются по всем полям.

Особенно следует отметить улучшение влагообеспеченности посевного слоя (0-10 см почвы). Влага в этом слое обнаруживается уже на глубине 2-3см, тогда как при плоскорезной системе обработки и обычной технологии возделывания зерновых верхний слой просыхает на 6-7см, а иногда и глубже.

Наличие влаги в верхнем посевном слое почвы позволяет уменьшить глубину заделки семян. Как известно, биологически обоснованная глубина заделки семян яровой пшеницы составляет 2-3см. Однако, из-за невозможности сохранить влагу в этом слое к моменту посева в степных зерносеющих районах семена пшеницы заделывают на 6-8см и глубже. Между тем, причина иссушения верхнего слоя почвы – технология обработки с использованием зубовых борон и культиваторов КПС-4, КПЭ-3,8 и др.

Возможность мелкой заделки семян появляется при использовании прямого посева пшеницы по необработанной с осени почве, на поверхности которой сохраняется соломенная мульча. Полевая всхожесть семян в этом случае стремится к лабораторной, что позволяет переходить на пониженные нормы высева. Соломенная мульча и плотный слой почвы, образующиеся после прохода стерневой сеялки, поддерживают влажность приповерхностного слоя почвы на 7,6-7,7% выше, чем в варианте традиционной технологии. Это создает гарантированные условия для образования вторичных корней и увеличения урожайности. Разумеется, описанные выше преимущества прямого посева достигаются не сразу, а лишь по мере полного освоения технологии и повышения общей культуры земледелия.

Отказ от механических обработок, по мнению многих ученых, ведет к росту засоренности посевов. Происходят определенные изменения и в видовом составе сорняков. Установлено увеличение в сорном фитоценозе доли злаковых просовидных видов (мышей, просо куриное и др.). Поэтому считается, что одним из условий внедрения элементов минимализации обработки почвы является предварительно освоенный достаточно высокий уровень культуры земледелия, чистоты полей, строгое соблюдение технологической дисциплины, проведение полевых работ в оптимальные сроки и с высоким качеством, правильное использование эффективных гербицидов, применение оптимальных доз удобрений и достаточный уровень технологической вооруженности хозяйств.

В нулевых технологиях вместо культивации пара применяют гербициды. На гербицидных парах полнее прорастают семена, что уменьшает потенциальные запасы их в почве. Кроме того, при использовании современных гербицидов сильнее, чем при подрезании культиватором, подавляются многолетние сорняки. Для более полного уничтожения корневой системы многолетников более эффективно вносить гербициды сплошного действия по стерне, после уборки урожая или в предпосевной период. Если гербицидом обработать отрастающие молодые побеги многолетних сорняков до середины октября, то на этом поле они будут полностью отсутствовать в течение трех лет.

Дробное внесение быстроразлагающихся гербицидов в безопасные для культурных растений сроки в паровом и зерновых полях севооборота, при минимальной и нулевой обработках почвы, уменьшает засоренность посевов при одновременном усилении биологической конкуренции культурных растений к сорнякам (табл. 1).

Таблица 1. Засоренность посевов пшеницы в зернопаровом 4-польном севообороте в зависимости от технологии возделывания (среднее за 2006-2008гг.)

Технология возделывания	Количество сорняков, шт/м^2			Сырая масса сорняков, г/м^2
	Всего	В том числе
		однолетних	многолетних
Фаза полных всходов пшеницы
Традиционная	37,2	37,0	0,2	32,5
Минимальная	32,9	32,6	0,3	18,7
Нулевая	18,1	17,6	0,5	10,0
Перед уборкой
Традиционная	12,8	12,7	0,1	14,0
Минимальная	9,5	9,4	0,1	10,0
Нулевая	10,6	10,5	0,1	10,3

Данные учета засоренности посевов в зернопаровом 4-польном севообороте убедительно свидетельствуют о том, что при замене механических обработок гербицидными усиление засоренности посевов не происходит. Напротив в начале вегетации (фаза полных всходов) в посевах пшеницы по нулевой технологии сорняков насчитывалось в 2 раза меньше (18,1 шт/м²), чем в посевах при обычной технологии (37,2 шт/м²).

Ко времени уборки количество сорняков на 1м² посева снизились на всех вариантах обработки почвы и было примерно равным 9,5-12,8 шт/м². При этом многолетних сорняков практически не было (0,1 шт/м²).

Таким образом, высокая культура земледелия с использованием современных гербицидов позволяет очистить посевы от сорняков. Минимализация обработки почвы, в плоть до полного отказа от её проведения в этих условиях не ведет к росту засоренности посевов.

Изучение водного режима показало, что по влагообеспеченности традиционная (почвозащитная) и минимальная технологии близки между собой. В среднем по четырем полям севооборота (пар-пшеница-пшеница-пшеница) в метровом слое почвы запасы влаги весной составляли 120 мм в метровом слое почвы. Но первая культура после пара содержала в среднем за три года (2006-2008) 125-132 мм, вторая 111-113, а третья – только 98 мм, то есть к концу ротации севооборота запасы влаги снижаются не зависимо от технологии обработки почвы.

Нулевая технология обработки почвы по влагообеспеченности имеет преимущество в сравнении с традиционной и минимальной. Так, перед посевом в среднем по севообороту в метровом слое почвы запасы влаги здесь составил 144 мм, что на 23-24 мм больше. Значительно лучше обеспечена влагой в нулевой технологии пшеница по гербицидному пару – 162 мм, или на 30-37 мм больше, чем на других вариантах.

За период парования содержание влаги в паровых полях увеличилось незначительно – на 15-20 мм, или на 8-13%.

Анализируя данные пищевого режима, мы пришли к выводу, что нитрификационные процессы в южных черноземах в большей степени ингибируются недостатком влаги в почве, а не отсутствием механических обработок. Мульчирование поверхности почвы растительными остатками в совокупности с минимализацией обработки способствует сохранению и увеличению запасов влаги и вследствие этого стимулирует нитрификационные процессы.

Если солома измельчается во всех зерновых полях севооборота, то за ротацию зернопарового 4-польного севооборота на каждом гектаре пашни накапливается до 23,5 тонн пожнивных растительных остатков, или в 2,3 раза больше, в сравнении с технологией, при которой солома отчуждается с поля. При коэфиценте гумификации растительных остатков равным в среднем 0,2 за ротацию севооборота в почве может образоваться до 2т/га гумуса при традиционной технологией и до 4,7т/га, или в 2,5 раза больше – при нулевой (табл. 2).

Таблица 2. Накопление органических остатков за ротацию зернопарового 4-польного севооборота в зависимости от технологии обработки почвы

Фон, технология обработки почвы	Масса растительных остатков, т/га
	1-я КПП	2-я КПП	3-я КПП	В сумме за ротацию
				органических остатков	гумус
Стерня. Зональная (почвозащитная технология)	3,4	3,4	3,6	10,4	2,1
Стерня + измельченная солома. Нулевая технология	9,0	7,0	7,5	23,5	4,7

Технология обработки парового поля и характер растительных остатков оказывают существенное влияние на эрозионную устойчивость поля. Определение этого показателя по уравнению Шиятого Е.И., 1975 показало, что при плоскорезной основной обработке и последующих механических обработках (культивациях на 6-7см с прикатыванием) поверхность парового поля находится в допустимом пределе эродируемости (Q=47,5г), если механические обработки заменены гербицидами, паровое поле становится сильно ветроустойчивым (Q=9,9г).

Сложение пахотного слоя определяет основные свойства почвы и влияет на водный, воздушный, тепловой, биологический и пищевой режимы и, в конечном счете, определяет уровень плодородия почвы.

Наши исследования подтвердили известное положение о том, что южные черноземы обладают удовлетворительным сложением, как в пахотном, так и в гумусированном слое почвы. Оптимальный предел колебания плотности для основных культур, возделываемых на севере Казахстана, находится в интервале 1,1…1,3г/см³. Для зерновых культур оптимальная объемная масса по данным многочисленных исследований составляет 1,10-1,20г/см³ и она близка к равновесной плотности этих почв (1,17-1,25г/см³).

В среднем за четыре года исследований к концу парования плотность почвы в слое 0-30см составила при почвозащитной системе обработки пара 1,37, при нулевой 1,41г/см³. Некоторое уплотнение (на 0,04г/см³) пахотного слоя на гербицидных парах объясняется более высокой плотностью верхнего слоя (0-10см) почвы – 1,30 против 1,21г/см³ при традиционной технологии (таблица 3). Однако ко времени посева (на следующий год) это уплотнение не сохраняется и плотность в 0-30см слое почвы на варианте нулевой обработки становится уже оптимальной (1,30г/см³) и даже несколько (на 0,03г/см³) меньше, чем при механических обработках пара.

Таблица 3. Объемная масса почвы в зависимости от технологии обработки парового поля (среднее за 2005-2008гг)

Технология обработки пара	Масса почвы по слоям, г/см^3
	0-10см	10-20см	20-30см	0-30см
Конец парования
Почвозащитная	1,21	1,41	1,49	1,37
Нулевая	1,30	1,45	1,47	1,41
Перед посевом пшеницы
Почвозащитная	1,20	1,35	1,43	1,33
Нулевая	1,18	1,36	1,37	1,30

Приведенные в таблице 3 данные указывают на хорошую динамичность южных черноземов, способность их легко восстанавливать равновесную плотность. В связи с этим можно сделать предположение, что на южных черноземах нет необходимости в проведении интенсивных механических обработок для придания пахотному слою оптимального строения.

2008 год был третьим годом первой ротации зернопарового 4-польного севооборота (после его освоения), в котором мы изучали описание выше варианты технологии. В таблице 4 приведены данные урожая зерна пшеницы, полученные в исследования за последнее три года.

Таблица 4. Урожай зерна пшеницы (сорт Омская 18) в зернопаровом 4-польном севообороте в зависимости от технологии возделывания, ц/га (среднее за 2006-2008гг)

Место пшеницы в севообороте	Технологии обработки почвы
	традиционная	минимальная	нулевая
1-я КПП	28,0	29,0	30,4
2-я КПП	24,9	24,3	24,5
3-я КПП	22,3	20,3	21,4
В среднем по севообороту	24,8	24,6	25,7

Все три технологии возделывания пшеница в нашем опыте является интенсивными, поэтому они обеспечили получение сравнительно высокого урожая зерна, в среднем за 3 последних года – 24,8-25,7ц/га. различия по вариантам технологий незначительные (+1,1ц/га в пользу нулевой технологии). Тем не менее, тенденция к росту урожая прослеживается, особенно на первой культуре после пара (+2,4 в пользу нулевой технологии).

Но главное отличие не в урожайности, в экономике. Замена (частичная или полная) механических обработок гербицидными способствовало существенному (на 19%) снижению затрат денежных средств на 1га севооборота. При этом затраты на ГСМ уменьшается с 21,3% (к итогу) до 7,2% на нулевой технологии, а затраты на гербициды, наоборот, возрастают с 4,9% до 30,7%.

При замене механических обработок почвы на гербицидные особенно ощутимо снижаются затраты труда на 1га севооборота: с 2,99 до 1,44 чел./часа, или в 2,1 раза.

Минимальная и нулевая технологии дают на 3038-4868 тг/га, или на 9,2-14,7% больше прибыли на гектар севооборота в сравнении с традиционной технологией.

Минимальные и нулевые технологии имеют высокую окупаемость затрат – 2,91-2,93, на традиционной – 2,07 и позволяют выращивать зерно с меньшей себестоимостью (6715-6747 тг/т), чем при традиционной (8592 тг/т). Эти технологии по производительности труда в 2,0-2,4 раза превышает технологию, ранее рекомендованную в Северном Казахстане.

Таким образом, главное преимущество минимальных и нулевых технологий в экономическом смысле заключается в существенном повышении производительности труда, увеличении прибыльности и снижению себестоимости произведённого зерна, а в технологическом смысле минимализация обработки почвы сокращает длительность проведения работ, делая их более оптимальными, что в свою очередь положительно влияет на урожайность зерновых культур.