Проблемы выбора технологии обработки почвы

Текст: А. А. Конищев, канд. техн. наук, ФГБНУ «Ивановский НИИСХ»

Дискуссия о целесообразности применения той или иной технологии обработки почвы или орудия для ее реализации продолжается многие десятилетия. За эти годы появились новые методики — no-till, mini-till и другие, а также были разработаны комбинированные агрегаты. Однако погодные условия и экономическая ситуация в нашей стране по-прежнему требуют модернизации уже существующих технологий.

Обычно поводом для непосредственного изменения принятых методик становился «социальный заказ», то есть общественная потребность, порожденная экологическими потрясениями либо значительными экономическими или технологическими событиями в мире. К примеру, в прошлом веке пыльные бури ставили на первый план саму возможность ведения земледелия, поэтому существовала необходимость во внедрении новых решений.

ПОТРЕБНОСТЬ В ПЕРЕМЕНАХ

В новейшей истории такими «социальными заказами» относительно технологий обработки почвы стали события 70-х годов прошлого столетия — массовый выход на поля энергонасыщенных колесных тракторов, появление гербицидов на основе глифосата, существенное удорожание нефтепродуктов и их производных. Данные факты значительно изменили характер и направления исследований по совершенствованию способов обработки почвы, и с этого периода они приобрели ярко выраженную экономическую направленность. Существовало две основных причины подобного явления. В первую очередь, энергозатраты при классической технологии достигали 40 процентов, трудовые — 25 процентов от общих расходов на выращивание зерновых, при этом себестоимость механической обработки почвы стала сопоставима с издержками на химическую борьбу с сорняками. Более того, отдача от долевого воздействия этой методики на урожайность возделываемых культур составляла лишь 0,1–17 процентов при подавляющем показателе эффективности в 2,5–6 процентов. В то же время влияние минеральных удобрений на объемы получаемого урожая достигало 17–57 процентов, а метеорологических условий — 31–72 процентов. То есть сельхозпроизводители в условиях опережающего роста цен на промышленные товары относительно стоимости продукции растениеводства были вынуждены искать пути снижения производственных издержек. Обработка почвы в силу описанных обстоятельств стала первым претендентом на уменьшение расходов.

В ответ на эту потребность аграриев появились и стали активно внедряться в производство способы минимизированного воздействия на грунт: безотвальная, минимальная и даже нулевая методики. В то же время создавались тракторы на сдвоенных шинах, всевозможные комбинированные агрегаты, совмещающие несколько операций за один проход, и даже ГОСТ, регламентирующий применение тракторов на почве разной влажности.

ВЛИЯНИЕ НА УРОЖАЙНОСТЬ

Однако появление новых технологий и почвообрабатывающих орудий не внесло ясности при выборе методик, так как в научных исследованиях и производстве стали возникать ситуации, когда в зависимости от текущих погодных условий на одних и тех же полях при одинаковых дозах удобрений преимущество в урожайности переходило от одной обработки к другой. При этом новые способы оказывались на равном уровне эффективности с классической технологией, поскольку разница в доходности между ними оставалась чисто теоретической: при использовании вспашки — 23,24 тыс. руб/га, минимизированных методик — 23,05–23,66 тыс. руб/га.

В результате на фоне усиливающегося диспаритета цен экономическая ситуация в аграрном секторе продолжает обостряться. Если в 90-е годы прошлого столетия в бывших республиках Советского Союза повышение объема сельскохозяйственного производства на один процент требовало увеличения совокупных энергозатрат лишь на 2–3 процента, то уже к 2011 году это соотношение ухудшилось до уровня 1:6. Сегодня же долевое влияние обработки почвы на урожайность остается на уровне 0–10 процентов, а погодных условий — превышает 50 процентов. Таким образом, до сих пор сохраняется необходимость направления на обработку почвы большого объема затрат, который значительно превышает получаемый эффект. По этой причине требуется систематическое снижение расходов в этой сфере в целях уменьшения себестоимости продукции, но при этом нельзя упускать из виду определяющее воздействие погодных условий на урожайность.

КЛАССИЧЕСКИЙ ПОДХОД

Кардинальное изменение экономического строя в России после распада СССР и череда последующих кризисов резко обострили многие проблемы в аграрной отрасли. Постепенно исчезло дешевое горючее, существенно повысилась стоимость минеральных удобрений, начался массовый исход рабочей силы из села в город и увеличился диспаритет цен, что привело к возникновению дополнительного «социального заказа». В результате все большее количество сельхозпроизводителей и ученых стали искать решение проблем с помощью методов прямого посева, причем некоторые из них начали считать, что прекращение существования технологий обработки почвы неизбежно. Однако для подтверждения или опровержения подобного заявления следует сначала понять принципы организации работ в современном земледелии.

Обработка почвы в действующей концепции проводится всегда равномерно по всей площади поля слоями на заданную глубину. Последняя определяется местом операции в технологии возделывания культуры, разновидностью грунта и толщиной гумусового горизонта. Различие в реализации существующей технологии по регионам сводится именно к определению глубины вспашки. Так, на южных черноземах она составляет 30–35 см, в то время как на севере пахать можно только на 16–20 см, поскольку углубляться не позволяет мощность горизонта. При этом по равномерности глубины обработки существуют достаточно жесткие ограничения — слои вспахиваются только на установленный уровень. Поэтому, обозначая всю площадь поля как плоскость, принятую концепцию организации работ с полным основанием можно назвать послойно-плоскостной.

УПЛОТНЕНИЕ ПОЧВЫ

По классической методике в процессе выполнения работ вначале проводится вспашка, после чего комплексом предпосевных обработок верхний слой почвы доводится до требуемого сложения для выращиваемой культуры и посевного агрегата. В конце осуществляется высев, также представляющий собой обработку слоя на уровень заделки семян. Таким образом, с каждой последующей операцией почва возделывается на все меньшую глубину, что приводит к неизбежному уплотнению нижних, ранее вспаханных горизонтов участка.

Именно плуг породил порядок возделывания почвы по схеме «глубоко — мельче — совсем мелко», при которой наблюдается антропогенное уплотнение слоев. Со временем стали применяться чизельные и плоскорежущие орудия, которые допускали изменение порядка чередования операций при подготовке земельного участка, поскольку их конструкции первоначально создавались для зон проявления ветровой эрозии со специфическим технологическим требованием — минимальной деформацией поверхностного слоя почвы для сохранения стерни. Однако постепенно орудия безотвальной вспашки приняли существующий порядок чередования. В результате схема построения операций в последовательности «глубоко — мельче — совсем мелко» стала повсеместной. Одновременно она задала направление развития технологий — уменьшение интенсивности и глубины обработки, а также послужила одной из основных причин, препятствующих совершенствованию методов возделывания почвы.

ДЕФОРМАЦИЯ ПЛАСТА

В современном сельхозмашиностроении рабочие органы почвообрабатывающих агрегатов создаются исключительно в соответствии с теорией деформации почвы, поэтому возделывание земельного участка представляет собой процесс внедрения в почвенный слой и последующего передвижения по нему некой объемной конструкции, приводящей к его изменению. При этом в зависимости от воздействующего механизма деформация может сопровождаться разным по величине перемещением слоя. Также при движении агрегата происходят частичное или полное разрушение и последующее смещение любых препятствий, встречающихся на пути, в том числе сорных растений либо их корней. То есть главной функцией рабочих органов современных почвообрабатывающих орудий выступает деформация обрабатываемого пласта, а остальные явления, наблюдаемые при возделывании, служат побочным эффектом этого изменения и конструктивных элементов исполнительных механизмов. Следовательно, основным управляющим фактором, которым обработка угодий может непосредственно влиять на урожайность выращиваемой культуры, является обеспечиваемая ею плотность почвы. При этом нередко слышатся обвинения в адрес тракторов в переуплотнении грунта, в связи с чем отмечается стремление уменьшить их воздействие за счет расширения опорных колес. Однако никакое сокращение контактного давления машин на почвенный горизонт при существующей последовательности работ не снизит его уплотнение.

КОЛИЧЕСТВО ОСАДКОВ

Если рассматривать обработку с точки зрения формируемой плотности почвы, прежде всего, можно объяснить причину зависимости урожайности культур от погодных условий. Не секрет, что вспашка обеспечивает наибольшее уменьшение исходной плотности грунта, затем по степени воздействия на этот показатель следуют орудия для безотвальной и минимальной обработки. Из исследований почвоведов известно, что при высокой пористости земельного покрова для нормального развития культур необходимо большее количество влаги. То есть чем меньше увлажнение, тем более плотная почва требуется для получения одинакового урожая растений. Именно поэтому вспаханные участки продуктивнее при повышенном увлажнении, а угодья с более плотной поверхностью, например обработанные по минимальной технологии, оказываются эффективнее при малом количестве осадков. По этой причине при сравнительном изучении разных методик преимущество по урожайности в зависимости от количества осадков в году может переходить от одного способа к другому. Проводя каждый сезон одинаковую обработку полей, сельхозпроизводитель всякий раз «настраивает» земельные участки на выращивание растений при определенном режиме увлажнения, при этом не зная, повезет ли ему с погодой и совпадет ли вариант возделывания грунта с количеством осадков. Если ситуация развивается положительно, то аграрий собирает рекордные урожаи, если нет — вся вина возлагается в основном на погодные условия. Следовательно, до сих пор актуальным остается тезис академика В. Р. Вильямса, высказанный еще в 30-е годы прошлого столетия: на старопахотных землях из-за неудовлетворительных свойств почвы наблюдаются большие скачки урожайности, определяемые в основном количеством и своевременностью выпадающих осадков.

ЗАМКНУТЫЙ КРУГ

Однако возникает вопрос: в каком же слое необходимо создавать благоприятную плотность? Многочисленные исследования показывают, что она требуется ниже уровня заделки семян при посеве, причем поддерживать ее в оптимальном состоянии следует до достижения растениями фазы выхода в трубку. Таким образом, способы минимальной и нулевой обработки, не затрагивающие подсеменные горизонты, «настраивают» посевы на развитие в условиях наименьшего увлажнения, поэтому рассчитывать на создание технологий прямого посева для зон достаточного и временно избыточного увлажнения опрометчиво.

Сейчас ни одна действующая методика не обеспечивает достоверного поддержания оптимальной плотности почвы от посева до выхода растений в трубку. Причина подобной ситуации вновь заключается в реализуемой последовательности операций. Поэтому осуществляемый сегодня переход на минимизированные обработки больше похож не на попытку оптимизации условий развития культур, а на стремление аграриев заранее сократить потери в случае получения урожайности ниже запланированной, тем более что такие ситуации отмечаются регулярно. Внешне текущая ситуация напоминает замкнутый круг. Вопрос о выборе способа обработки почвы агрономы должны решить до начала сева, как правило, не имея при этом достоверного долгосрочного метеопрогноза. Поскольку предстоящие условия неизвестны, сельхозпроизводителям приходится применять некую усредненную технологию, ориентируясь на предшествующие годы, собственный опыт и традиции региона. В итоге потери урожая неизбежны.

АДАПТАЦИЯ К КЛИМАТУ

Один из вариантов выхода из сложившейся ситуации заключается в переходе от практикуемой однородной по площади и толщине обработки к неоднородной — объемно-гетерогенной. Данная технология подразумевает, что в процессе подготовки поля к посеву ниже уровня расположения семян сочетаются участки с разной плотностью, обеспечивающие максимальную урожайность при дефиците и избытке осадков. Соответственно, при создании подобных горизонтов необходимо применять не максимальную или минимальную технологии, а переходить от однородной обработки почвы к объемно-гетерогенной. Таким способом формируются максимально комфортные условия для растений, а значит, и для их продуктивности.

В рамках новой методики подготовленный к посеву участок может иметь вид от чередующихся прямо- или криволинейных полос до своеобразной мозаики из сегментов с разной плотностью. Взаимовлияние и дополнение секторов позволят сделать поле в целом более приспособленным к любым погодным проявлениям и за счет этого повысить его продуктивность. При этом данная технология даст возможность сделать обработку земли более адаптированной не только к климатическим условиям, но и к району применения, поскольку чем больше в регионе осадков, тем шире должны быть рыхлые участки, и наоборот. То есть разработанную методику можно назвать реальным вариантом адаптивно-ландшафтной технологии обработки почвы.

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ

При тождественности равновесной плотности в регионе применения новой технологии и плотности одной из зон можно перейти к сочетанию «обработанный участок — необработанный», тем самым получив дополнительную экономию. При внедрении разработанной методики следует ожидать, что на севере страны не придется возделывать уплотненные участки поля, поскольку равновесная плотность, например дерново-подзолистых почв, достаточно высока. При этом на юге можно будет не вспахивать рыхлые зоны, а заниматься уплотнением части земельного надела. Новая технология уже прошла проверку в условиях Ивановской области на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве на яровой пшенице. Полученные данные свидетельствовали о перспективности предложенной разработки. Однако сельхозпроизводителю, планирующему ее внедрение, следует помнить, что разница в плотности соседних сегментов почвы должна составлять 0,2–0,3 г/куб. см. К примеру, для центра Нечерноземной зоны оптимальными будут показатели в 1,1–1,2 и 1,3–1,4 г/куб. см.

Табл. 1. Средняя урожайность яровой пшеницы за 2013–2017 годы на дерново-подзолистой почве

Примечания: ^* по сравнению со вспашкой; ^** по сравнению с минимальной обработкой

Таким образом, все известные способы обработки почвы можно назвать частным случаем объемно-гетерогенной методики, когда она «вырождается» до уровня равенства нулю размеров одного из участков. Отчасти данный факт объясняет, почему минимальная технология и прямой посев имеют преимущество в зонах недостаточного увлажнения, а вспашка — в районах избыточного. При этом предлагаемый способ возделывания представляет не очередную попытку минимизации воздействия, хотя необходимость интенсивной обработки всего поля исчезает, а новый путь повышения урожайности и объемов получаемой сельхозпродукции за счет оптимизации условий развития растений и снижения себестоимости производства.