Эффективность ресурсосберегающих систем обработки черноземов степной зоны Южного Урала

В опыте, проведенном на черноземе обыкновенном, наиболее эффективно влага расходовалась на варианте, где чизельному рыхлению предшествовало мелкое плоскорезное рыхление почвы. Замена плоскорезного орудия на дисковое увеличило коэффициент водопотребления в 1,18 раза, что свидетельствует в пользу сохранения соломенной мульчи на поверхности почвы. Самые высокие коэффициенты водопотребления в среднем за три года были зафиксированы на плоскорезном и чизельном рыхлении почвы.

Следовательно, соломенная мульча благоприятно влияет не только на усвоение осенне-зимних осадков, но значительно повышает эффективность использования накопленной влаги в период вегетации растений, при условии сохранения соломы на поверхности почвы и после посева. Поэтому мульчирование должно занять достойное место среди наиболее эффективных агрономических приёмов, таких как борьба с сорняками и удобрение.

Из 16 систем обработки почвы, изученных в стационарном опыте хорошо зарекомендовал себя 11 вариант, где проводились только плоскорезные рыхления, при этом из 10 обработок 6 - на 10-12 см и 12-14 см. Здесь среднее значение коэффициента водопотребления составило 1081 м³/т, тогда как на лучших вариантах (5-ом и 9-ом) соответственно 1059 и 1071, а на контроле 1074 м³/т. Эффективность потребления воды культурами снижается при введении в систему нулевых обработок.

Исследования показали, что при беспахотных способах обработки влага сосредотачивается в верхних слоях почвы (рис. 1А). Причем преимущество их перед вспашкой в увлажнении верхних слоев почвы сохраняется до фазы кущения яровой пшеницы (рис. 1В).

Такое перераспределение влаги в почве, на наш взгляд, следует рассматривать как положительный фактор по нескольким причинам. Во-первых, в этом случае корневая система зерновых культур, у которых она в основном сосредотачивается в верхних слоях, будет работать более эффективно. Во-вторых, повышение влажности верхних слоев должно способствовать улучшению условий питания растений. В третьих, это в совокупности с мелким посевом должно способствовать образованию вторичной корневой системы. Кроме того, это еще и гарантия более эффективного использования осадков теплого периода года, поскольку в зоне черноземов они чаще всего увлажняют верхний 10-15 см слой почвы.

А В

Рис. 1. Влияние способа обработки на распределение влаги в метровом слое почвы (А - весной, перед посевом яровой пшеницы; В - в фазу кущения яровой пшеницы)

Кажется парадоксальным, что в условиях черноземов, где в течение вегетации выпадает почти половина годовых осадков, а коэффициент их использования обычно бывает достаточно высоким, растения будут использовать влагу и питательные вещества только из глубоких горизонтов. По этому поводу А.М. Алпатьев (1959) пишет, что биологический эффект осадков теплого периода определяется главным образом глубиной залегания корней растений, рыхление же почвы способствует более глубокому размещению их и поэтому не всегда и не во всех природных условиях считается положительным моментом. Главная цель отвальной вспашки, как считает М.Т. Федоровский (1955), заключается, прежде всего, в перемещении плодородного верхнего слоя почвы в зону вероятного размещения корней. Между тем, по данным С.А. Чобану и И.Б. Ревута (1968), основная масса (70-90%) корней растений располагается в верхней части пахотного слоя. Одной из главных причин глубокого укоренения растений, как отмечает Н.А. Качинский (1925), искусственное изменение почвенных условий, в частности перемешивание пахотного слоя почвы. Поэтому нельзя не согласиться с Н.К. Шикулой (1990), по мнению которого глубокое укоренение растений, что служит мотивировкой глубокой вспашки, является не причиной последней, а ее следствием.

Однако влагу, которая сосредотачивается в верхних слоях почвенного профиля, можно потерять за счет физического испарения, если не будут созданы определенные условия для его предотвращения. Традиционные приемы (боронование и культивация КПС-4), используемые с целью закрытия влаги, более приемлемы для вспаханной почвы. На необработанных или обработанных плоскорезом полях такая технология подготовки почвы себя не оправдывает, поскольку не создает необходимую структуру. Почва после культивации остается большей частью глыбистой. А, по мнению Г.И. Казакова (1997) и других исследователей (С.Н. Рыжов, С.И. Долгов, Д.И. Буров), для уменьшения испарения влаги очень важно, чтобы верхний слой почвы состоял в основном из комочков размером от 0,25 до 3-5 мм. Но даже создание такой поверхности не обеспечивает высокой защиты почв от расхода влаги, поскольку почвенные частицы, разрушаясь под ударами дождевых капель, образуют корочку, в результате резко усиливаются потери влаги из почвы. Надежную защиту комочков от разрушения, а почвы от потерь влаги может обеспечить соломенная мульча, которая легко может быть сформирована именно на бесплужных и особенно нулевых фонах.

Таким образом, соломенная мульча и концентрация влаги в верхних слоях почвы, как следствие ресурсосберегающих систем обработки почвы, совместно дополняя друг друга, могут обеспечить наиболее эффективное использование почвенной влаги. Но это возможно при применении определенной технологии посева.

Урожайность сельскохозяйственных культур при различных системах обработки почвы. Установлено, что на черноземах южных при внесении полной нормы органических и минеральных удобрений, тщательном уходе за паром, в качестве основной обработки вместо вспашки можно применять безотвальное рыхление почвы стойками СибИМЭ. За три первых года исследований разница в урожайности озимой ржи между этими способами обработки была несущественной (табл. 14). Достоверное уменьшение урожайности озимой ржи в два года из трех наблюдалось при мелкой плоскорезной обработке на 10-12 см, которая снижала урожай на 0,35 т/га или 9,7%.

Таблица 14

Урожайность (т/га) культур в зависимости от способов, глубины и систем обработки почвы (годы указаны в табл. 1)

При размещении озимой пшеницы по пару в зернопаровом севообороте без внесения органических и минеральных удобрений более эффективным приемом основной обработки пара была глубокая плоскорезная обработка на глубину 28-30 см. Она обеспечила самую высокую в опыте урожайность озимой пшеницы. Не оправдало себя глубокое (38-40 см) чизельное рыхление плугом ПЧ-2,5. Наименьшая продуктивность озимой пшеницы оказалась на вспашке.

Урожайность яровой пшеницы, идущей по озимой ржи, самой высокой была после вспашки на 20-22 см и составила 1,75 т/га. Среди плоскорезных способов глубина обработки не имела значения. Урожайность при рыхлении почвы на 20-22 см составила 1,64, а на 10-12 см - 1,63 т/га, но последнее, в сравнении с первой, обеспечивает повышение производительности труда и снижение затрат ГСМ. Нулевая обработка привела к существенному снижению урожайности. Недобор зерна, в сравнении со вспашкой, составлял 0,43 т/га и 0,34 и 0,35 т/га относительно плоскорезных обработок на 10-12 и 20-22 см. Наихудшим в опыте оказался вариант с сочетанием поверхностной обработки в пару и нулевой под твердую пшеницу, который уступал контролю на 0,51 т/га.

Существенное влияние на величину урожая оказывают погодные условия. В благоприятный по увлажнению 1993 год, когда за май-август выпало 164 мм осадков, в сравнении с 102 и 140 мм соответственно в 1991 и 1992 гг., наибольший урожай (2,16 т/га) сформировался при мелком плоскорезном рыхлении. Остальные способы обработки под пшеницу, в том числе и вспашка, вызвали достоверное снижение урожайности.

На яровой пшенице мягкой способы основной обработки почвы обеспечили одинаковую урожайность культуры. Примечательным является тот факт, что при вспашке по нулевому фону произошло снижение урожайности, а нулевая обработка по вспашке обеспечила даже больший урожай, чем повторное проведение отвальной обработки.

В таблице 14 представлены и результаты применения систем обработки почвы в среднем по двум севооборотам. По существу одинаковая урожайность зерновых культур в среднем за 9 лет получена на контроле с ежегодной вспашкой, на варианте с комбинированной системой (2 вариант) - 1,77 и 1,75 т/га соответственно. Системы с несколькими нулевыми обработками снижают урожайность. Так на 16 варианте, где за период ротации двух севооборотов были проведены 6 нулевых обработок, средняя урожайность зерновых составила 1,57 т/га. Хорошо зарекомендовал себя 11 вариант (1,75 т/га), где проводились только безотвальные обработки, причем 6 раз мелкие рыхления. Агроэкологическую и экономическую эффективность можно повысить, заменив глубокое рыхление вспашкой под кукурузу, мелкое рыхление нулевой обработкой под мягкую пшеницу в паровом и пропашном звеньях севооборота.

В то же время данные показывают, что эффективность изучаемых приемов во многом определяется культурой и местом ее в севообороте, а систем обработки почвы - сочетанием и последействием приемов. Озимая рожь, яровая пшеница твердая по озимым, кукуруза на силос наибольшую урожайность обеспечивают при вспашке. Ячмень достоверно снижает урожай зерна только при повторном отказе от механической обработки (нулевая), обеспечивая равный с контролем урожай зерна при однократной нулевой обработке по вспашке и мелкому рыхлению. Нулевая обработка хорошо зарекомендовала себя и при выращивании яровой мягкой пшеницы, идущей третьей культурой по пару. Просо не снижает урожайности при замене вспашки на мелкое рыхление.

Таким образом, для степной зоны Южного Урала наиболее эффективной системой обработки почвы в зернопаропропашном севообороте является дифференцированная, с использованием мелких рыхлений под зерновые культуры, глубокой вспашки под кукурузу, посева по нулевому фону под вторую культуру в паровом звене севооборота и под ячмень в пропашном, при условии рыхления почвы на 20-22 см под предшествующую культуру. В зернопаровом севообороте целесообразна система обработки почвы, включающая глубокое плоскорезное рыхление под озимую пшеницу, мелкие рыхления под просо и ячмень, а под яровую пшеницу - посев по стерне.

Технологии посева зерновых культур по стерне. Одним из приоритетных направлений исследований агрономической науки является разработка теоретических и практических основ посева по необработанной с осени почве (нулевая обработка). В настоящее время, в большинстве случаев при использовании технологий выращивания сельскохозяйственных культур, основанных на минимизации основной обработки почвы, посев проводится по традиционной технологии. Это на наш взгляд является основной причиной слабого роста урожайности культур, а часто ее снижения, при переходе на ресурсосберегающие технологии, особенно при нулевых обработках. Изучение научной литературы показало, что этому вопросу уделяется очень мало внимания. Особенно слабо освещены теоретические основы. Все это определило направление двух полевых экспериментов.

Эффективность ресурсосберегающих способов посева яровой пшеницы по стерне. Традиционная технология посева зерновых культур, включающая культивацию и сев дисковой сеялкой разработана и адекватна для вспаханной почвы, но не оправдывает себя в условиях необработанной почвы. Качественной работе сеялок мешают органические остатки: стерня и разбросанная с осени солома. Кроме того, культиваторы, обычно используемые при этом (КПС-4), не могут работать по уплотненной почве, а применение тяжелых культиваторов (КПЭ-3,8) часто приводит к образованию крупных комков, что мешает работе сеялки и впоследствии способствует непроизводительным потерям почвенной влаги. Для работы по невспаханной почве требуется специальная техника. Распространенная технология посева по стерневым фонам сеялкой СЗС-2,1 также не в полной мере отвечает агрономическим требованиям. Это подтверждается опытом, проведенным на черноземах обыкновенных в 2002-2004 гг. (опыт №2).

При попадании соломы в почву происходит снижение урожайности культур. Оно обусловлено двумя факторами: наличием в соломе фенолкарбоновых кислот и образованием токсических продуктов при ее разложении в почве, а также ухудшением условий азотного питания растений из-за закрепления азота почвенными микроорганизмами (Е.Н. Мишустин, 1972; И.И. Канивец, 1977).

Лабораторный опыт показал, что при размещении соломы (1,5 т/га) на поверхности почвы она не оказывает влияния на всхожесть яровой пшеницы. На варианте, где солома была перемешана с почвой в слое 0-6 см, всхожесть семян снизилась на 40%, всходы появились на 4 дня позже и были более ослабленными. В другом эксперименте вытяжка из соломы задержала появление всходов на 2-3 дня и сильно их угнетала. Вероятнее всего, аллелопатическое действие вызвано влиянием на растения фенолкарбоновых кислот, содержащихся в соломе и легко переходящих в раствор. Эти опыты убедительно доказывают, что солома после посева должна остаться на поверхности почвы. Отсюда важнейшим требованием к посевной машине должно быть минимальное перемешивание соломы с почвой.

Полевой опыт по испытанию сеялок показал, что после прохода АУП-18.05 с почвой (в слое 0-6 см) перемешивается 27% соломы, а при посеве сеялками СЗС-2,1, СЗТС-2 и ПК-8 «Кузбасс» соответственно - 37,4; 38,3 и 78,9%. И в зону закладки семян меньше всего соломы (5,6%) попадает после агрегата АУП-18.05, а больше всего (28,4%) - СЗС-2,1Л.

Следовательно, с этой точки зрения наиболее благоприятные условия для прорастания семян и дальнейшего роста и развития растений яровой пшеницы создаются при посеве ее АУП-18.05.

Густота стояния растений, удельная площадь питания, а также её конфигурация - важнейшие элементы технологии выращивания культур. Они определяют сбор урожая с единицы площади (П.В. Лаврухин, 2004). Главным приемом формирования заданной густоты всходов является норма высева, и она не вызывает особой трудности в конструкторском исполнении посевной техники. Гораздо сложнее создать оптимальную конфигурацию площади питания. Лучшие условия произрастания для растений создаются при ее квадратной форме. Но такое размещение растений не обеспечивает ни одна из современных сеялок. Близкая к оптимальной форме конфигурация получается при разбросном посеве. Отсюда преимущество сеялки АУП-18.05 перед другими заключается еще и в том, что она осуществляет разбросной посев и более равномерно распределяет семена по площади. В полосе шириной 4 см этот агрегат закладывает 28,7% семян от общего количества взошедших, тогда как СЗС-2,1Л, СЗТС-2 и ПК-8 соответственно 77,6; 73,4 и 44,7%. В результате на варианте с АУП-18.05 улучшаются условия произрастания, о чем свидетельствуют более высокая сохранность - 90,8% и общая выживаемость растений - 71,2%, при 86,1% и 63,8% - рядовом посеве.

Сеялка АУП-18.05 повышает всхожесть семян на 4,4% по сравнению с СЗС-2,1Л и на 6,5% - СЗП-3,6, что объясняется плоской конструкцией сошника, который слабо ворошит почву и лучше сохраняет мульчу, а также наличием в своде лапки планки, благодаря которой в зоне закладки семян практически на всю ширину сошника создается плотный, увлажненный слой. Это после прикатывания создает хорошее соприкосновение семян с почвой. Сеялки СЗС-2,1Л и СЗТС-2 сильно смешивают остатки соломы и верхний сухой слой почвы с влажным нижним слоем, поэтому большое количество семян оказывается в контакте с соломой, что ухудшает их всхожесть, а в последующем азотное питание растений. В итоге при посеве яровой пшеницы сеялкой АУП-18.05 ее урожайность повышается на 0,35 т/га, по сравнению с вариантом, где посев проводился СЗС-2,1Л (табл. 15).

Таблица 15

Урожайность (т/га) яровой пшеницы в зависимости от технологий посева. Опыт №2

Вышеизложенное свидетельствует о преимуществе разбросного перед рядовым и полосными способами посева, и необходимости сохранения соломенной мульчи, а также о том, что наиболее полно агротехническим требованиям посева по стерне отвечает посевной комплекс АУП-18.05.

Технология мелкого мульчирующего посева. Биологически обоснованная глубина посева для яровой пшеницы составляет 2-3 см (В.А. Кумаков, 1988). Однако трудности сохранения влаги в этом слое к моменту посева в степных районах привели к всеобщему убеждению о необходимости заделки семян яровой пшеницы на глубину 6-8 см. Между тем причиной иссушения верхнего слоя является базовая технология подготовки почвы к посеву. Закрытие влаги зубовыми боронами и последующая культивация КПС-4 или КПЭ-3,8 с целью подрезания сорняков и подготовки плотного ложа для семян приводит к высыханию верхнего слоя, делая невозможным посев на биологически обоснованную глубину. Посев по подготовленной таким образом почве дисковыми сеялками СЗ-3,6 приводит к неравномерной по глубине заделке семян и как следствие к недружному появлению всходов. Прикатывание после посева увеличивает контакт семян с почвой, но не устраняет этот недостаток.

Преимущества мелкого посева заключаются в том, что в этом случае междоузлия базальной зоны не удлиняются, узлы на главном побеге сближены и имеют параметры узла кущения, а питательные резервные вещества эндосперма расходуется на рост корней и листьев. При более глубокой заделке семян (5-8 см) конус нарастания хлебных злаков выносится в приповерхностные слои почвы в результате удлинения одного - трех базальных междоузлий. В этих случаях следует говорить уже не об узле, а о зоне кущения, которая может растягиваться на 8 см и более. Происходит расходование энергетических ресурсов семени на растяжение базальной зоны злаков и если такой проросток все же достигает поверхности почвы, его способность к побегообразованию снижена и закладывается малопродуктивная жизненная форма (Н.А. Ламан, 1987, Gattermann, 1984). В результате усиливается поражение корневыми гнилями и резко снижается полевая всхожесть зерновых культур (Ю.Б. Мощенко, 2006).

Существенным недостатком технологии посева на 6-8 см является высыхание 3-4 см слоя почвы, что помимо существенного усиления риска не получить всходы, лишает растения условий образования вторичных корней. А как утверждает В.А. Кумаков (1988 г.), судьба урожая во многом зависит от того, как прошло вторичное укоренение пшеницы, т.е. отрастание узловых корней. Без вторичного укоренения, но при нормальном развитии всех первичных корней урожайный потенциал реализуется не более чем на 60-65%, на 50% - при отсутствии колеоптильных корней и на 25-30% - при наличии только трех зародышевых. Главное условие развития узловых корней - достаточная влажность почвы в районе узла кущения, т.е. на глубине 2-3 см. Она должна быть не меньше удвоенной гигроскопичности (П.М. Фокеев, 1946). В.Ф. Абаимов (2004) также пишет: «Четко прослеживается связь между уровнем увлажнения слоя почвы 0-8 см и числом узловых корней у растений ячменя. При наличии в этом слое 10-15 мм продуктивной влаги отмечено максимальное образование узловых корней, при менее 10 мм - они не возникают. Урожай зерна посевов ячменя, растения которых развивались только на первичной корневой системе, не превышал 0,7-1,0 т зерна с 1 га».

Лучшее увлажнение верхнего слоя почвы в период укоренения колосовых культур заметно сказывается на использовании влаги всего корнеобитаемого слоя и на формировании более высокого урожая. Еще в 1952 году Л.А. Запасникова пришла к выводу, что яровая пшеница, а иногда и озимая, развиваясь только на первичных корнях, снижает урожай, оставляя вместе с тем недоиспользованными запасы воды в корнеобитаемом слое. В условиях засушливого лета 1943 года яровая пшеница, дав урожай в 0,45 т/га, оставила в корнеобитаемом слое почвы 75,3 мм легкодоступной влаги. В благоприятный по весеннему увлажнению 1937 год яровая пшеница дала урожай зерна 2,9 т/га, оставив в почве мертвый запас влаги.

Это неоднократно находило подтверждение и в наших исследованиях. Так, например в 1992 году, когда за счет частых осадков верхний 0-10 см слой поддерживался во влажном состоянии, был получен самый высокий за все годы исследований урожай яровой пшеницы. Причем на мелком плоскорезе при несколько меньших весенних запасах влаги в почве был получен одинаковый со вспашкой урожай зерна - 2,42 и 2,46 т/га соответственно.

Все вышеизложенное свидетельствует о целесообразности мелкого посева зерновых культур. Это резерв, который позволит дополнительно собрать 0,7…1,0 т/га зерна пшеницы.

Важное теоретическое положение - дифференциация пахотного слоя почвы по плодородию, открытое российскими учеными в начале 20 века, доказывающее необходимость вспашки (С.С. Сдобников, 1960), как это ни парадоксально, тоже является обоснованием беспахотной системы обработки почвы и мелкого посева.

Пожнивные остатки и мульча являются универсальными средствами для сохранения влаги на протяжении года. Слой из пожнивных остатков эффективен как для влаго- и снегозадержания, так и для последующей защиты от испарения.

Таким образом, если исходить из вышеописанных положений, то сеять зерновые культуры необходимо не глубже 3-4 см.

Исследования (опыт №5) подтвердили это. Мульчированный посев повышает влажность верхних слоев почвы на 7,6 и 7,7%, в сравнении с традиционной технологией возделывания зерновых культур. При посеве на 3-4 см на 5,4% повышается полевая всхожесть, значительно уменьшается число ослабленных растений, всходы яровой пшеницы появляются на 3-5 дней раньше, чем при посеве на традиционную глубину (6-8 см). Вегетационный период яровой пшеницы при использовании новой технологии посева сокращается на 8 дней. Пшеница на варианте с глубиной закладки семян 3-4 см опережает в росте растения контрольного варианта с первых фаз развития, и это преимущество сохраняется в течение всего вегетационного периода.

Глубокий посев зерновых культур ряд исследователей обосновывают тем, что при этом глубже закладывается узел кущения. Это должно способствовать повышению устойчивости растений к полеганию и обеспечить гарантированное образование вторичных корней, поскольку узел кущения оказывался во влажном слое почвы (цит. по В.Н. Ремесло, 1982). Наши исследования показали, что независимо от глубины посева яровой пшеницы ее узел кущения закладывается на глубине 2,5-3 см. Следовательно, и с этой точки зрения глубокий посев пшеницы не оправдан.

Мелкий посев при совместном использовании его с внесением раундапа после уборочного лущения обеспечил существенную (0,71 т) прибавку зерна, по сравнению с контрольной глубиной (табл. 16).

Таблица 16

Урожайность (т/га) яровой пшеницы в зависимости от глубины посева и способов борьбы с сорняками (Красногвардейский район, 2003-2005 гг.)

НСР₀₅ для фактора А - 0,02… 0,18 т/га;

НСР₀₅ - В и взаимодействия АВ - 0,07…0,13 т/га.

Таким образом, соломенная мульча при сохранении ее на поверхности поля после проведения посева и мелкое рыхление способствуют увлажнению поверхностных слоев почвы. Это в свою очередь дает возможность для мелкого посева и является условием образования вторичных корней зерновых культур.

Известно также, что стерня и пожнивные остатки предшествующих культур хорошо подавляют рост сорняков, за счет прямого затеняющего эффекта соломы и из-за того, что стерня в процессе разложения выделяет вещества фенольной природы, тормозящие прорастание сорняков (А. Фомин, 2001). А это дополнительный фактор повышения урожайности культур. Отсюда наиболее приемлемой технологией посева пшеницы будет та, которая обеспечивает сохранение соломы на поверхности почвы.

Экономическая и энергетическая эффективность способов и систем обработки почвы. Результаты, полученные в стационарном полевом опыте, показали, что отдельные ресурсосберегающие системы обработки почвы (варианты 2, 6, 9 и 11) обеспечивают практически одинаковую с ежегодной вспашкой урожайность зерновых культур. Поэтому экономическая и энергетическая оценка именно этих вариантов представляет, на наш взгляд, наибольший интерес. А варианты 15 и 16, несмотря на некоторое снижение урожайности в них, интересны тем, что здесь многократно применялись мелкие и нулевые обработки.

Экономическая оценка изучаемых приемов показала, что они позволяют значительно сократить материальные и трудовые затраты в сравнении со вспашкой. Например при выращивании яровой твердой пшеницы с применением в качестве основной обработки мелкого рыхления и нулевой обработки производственные затраты снижаются по отношению к вспашке на 15,3 и 31,9% соответственно. Затраты топлива уменьшаются на 14,5 и 19,4 кг/га или 38,6 и 51,6%, а затраты труда на 19,8 и 48,3% соответственно.

Постоянные изменения цен на реализуемую производителями продукцию, на материалы и всевозможные услуги для АПК затрудняют экономическую оценку агроприемов. Поэтому в настоящее время все большую популярность приобретает их биоэнергетическая оценка.

Рис. 2. Энергетическая эффективность выращивания яровой твердой пшеницы при различных способах основной обработки почвы

На рисунке 2 видно, что энергетическая эффективность выращивания пшеницы при применении мелкого рыхления и нулевой обработки почвы по отношению к вспашке повышается: соответственно на 11,1 и 15,2% сокращаются затраты совокупной энергии, при одновременном росте суммы накопленной энергии. В результате на 13,6 и 22,7% увеличивается значения коэффициента энергетической эффективности (КЭЭ).

Снижение материальных и трудовых затрат при минимизации обработок положительно отразилось на эффективности систем обработки почвы в севооборотах. Как видно из данных таблицы 17, по комплексу показателей ресурсосберегающие системы обработки почвы превосходят отвальную систему.

Таблица 17

Экономическая и энергетическая эффективность выращивания зерновых культур в зависимости от систем обработки почвы (среднее за 1989-2002 гг.)

Примечание: 1, 2, 6, 9, 11, 15, 16 - номера систем обработки почвы согласно схеме опыта

Наибольший экономический эффект обеспечивают две ресурсосберегающие системы обработки почвы: вариант 11, где в течение 10 лет проводились только безотвальные обработки, причем 6 раз мелкие рыхления, и вариант 16, где за тот же период были проведены 6 нулевых обработок и два мелких рыхления. При указанных системах производственные затраты на возделывание зерновых культур в среднем за период ротации двух севооборотов снижаются на 8% и 23% (рис. 3). На 27,8% и 33,9% - снижаются затраты на горючее. Соответственно на 402 руб./га и на 60 руб./га увеличивается условно чистый доход. На 24 и 17% повышается рентабельность производства зерна.

Рис. 3. Экономическая эффективность возделывания зерновых культур при различных системах обработки почвы (в среднем за период ротации зернопаропропашного и зернопарового севооборотов)

В среднем за годы исследований наиболее высокие (1,80 и 1,70) коэффициенты энергетической эффективности обеспечивают ресурсосберегающие системы обработки почвы (вариант 11 и вариант 16) при КЭЭ 1,67 в традиционной системе.

Осеннее применение гербицида раундап макс после предварительного рыхления КПШ-9 и без него не обеспечивает роста экономической эффективности, несмотря на существенную прибавку (0,25 и 0,52 т/га) урожая зерна яровой пшеницы, в сравнении с нулевой обработкой почвы, но значительно повышает их энергетическую эффективность (КЭЭ - 2,25 и 2,40 против 2,09 в контроле).

На 27,3…25,0% уменьшается себестоимость 1 т зерна, на 1022,2…937,6 руб. увеличивается условно чистый доход с 1 т зерна, а рентабельность возрастает на 52,5…46,8% при использовании гербицидов в фазу кущения яровой пшеницы.

ВЫВОДЫ

1. Использование ресурсосберегающих способов обработки почвы приводит к уплотнению пахотного слоя. Плотность почвы весной на вспашке колеблется в пределах 1,06…1,10 г/см³, а на вариантах без осенней обработки - 1,15…1,22 г/см³, а осенью перед уборкой урожая 1,14…1,19 г/см³ и 1,18…1,25 г/см³ соответственно. Значения объемной массы почвы при плоскорезной обработке занимают промежуточное положение между указанными вариантами.

При длительном применении ресурсосберегающих приемов происходит увеличение значений плотности почвы до определенного уровня, затем стабилизируется. Но за пределы оптимальных значений строение пахотного слоя выходит лишь в пропашном звене севооборота, после кукурузы, вследствие многочисленных проходов техники по полю при ее выращивании, особенно во время уборки. Это является предпосылкой для применения минимизации обработок почвы на черноземах Южного Урала, включая нулевую обработку.

2. Активное разуплотнение чернозема южного происходит в интервале плотности 1,24-1,30 г/см³. При достижении величины 1,32 г/см³ (критического порога уплотнения - КПУ по И.В. Кузнецовой) почва за один сезон (осень - весна) не способна разуплотниться до равновесной величины. Сверх КПУ почва уплотняется после кукурузы и возникает необходимость в рыхлении почвы.

3. Верхние значения оптимальной плотности чернозема южного по слоям 10-20 и 20-30 см составляют: для озимых - 1,21 и 1,24 г/см³, яровых ранних - 1,23 и 1,24 г/см³ (1,27 г/см³ - для ячменя), кукурузы 1,15 и 1,20 г/см³ соответственно. С увеличением плотности на 0,01 г/см³ от этих значений урожайность озимых снижается на 0,04 и 0,03 т/га, яровой пшеницы - на 0,05 и 0,06 т/га соответственно.

При оценке плотности пахотного слоя почвы необходимо учитывать состояние слоев 10-20 и 20-30 см, так как при оптимальных значениях объемной массы 0-30 см слоя, плотность их часто выходит за верхний предел оптимума. Сложение же верхнего 0-10 см слоя, ввиду обязательной обработки до посева или непосредственно при посеве, бывает рыхлым и редко превышает значения 1,12 г/см³.

4. Равновесная плотность чернозема южного равна 1,23…1,24 г/см³, а верхний предел оптимальной плотности достигает 1,25 г/см³, что при удельной массе 2,61 г/см³ обеспечивает общую пористость 52,1%. В этом случае даже при влажности почвы равной НВ, когда вода занимает 37,5% объёма, пористость аэрации составляет 14,6%. Это обеспечивает достаточный для зерновых культур воздушный режим, хотя для кукурузы она близка к нижней границе оптимального значения. Равновесную плотность следует определять после посева ранних яровых, когда влажность пахотного слоя максимально приближена к величине наименьшей влагоемкости (НВ), независимо от запасов влаги в метровом слое почвы (константа), а дрейф влажности почвы в интервале от НВ до 80% НВ пренебрежимо мал, что исключает необходимость искусственного доведения влажности почвы до НВ. И поскольку плотность почвы рассматривается с позиций оптимального порового пространства, а начало вегетации - важный период в развитии растений - величина объемной массы в этот момент приобретает наибольшее значение. Это тот период, когда мы заранее можем корректировать плотность сложения в нужном направлении.

5. Бесплужные способы обработки, особенно нулевая и посев стерневыми сеялками обеспечивают надежную защиту почвы от ветровой эрозии на весь период от основной обработки до того времени, когда поверхность почвы будет покрыта растительностью, а систематическое применение их улучшает почвозащитные свойства почвы:

- в слое 0-10 см при максимальном уровне минимизации обработок (16 вариант) увеличивается в сравнении с ежегодной вспашкой содержание макроструктуры на 9,9% (с 74,5 до 84,4%), агрегатов размером 0,25-3 мм - на 5,0% (с 59,7 до 64,7%), а коэффициент структурности с 3,0 до 5,7.

- минимизация основной обработки в сочетании с посевом стерневыми сеялками снижает коэффициент эродируемости с 48,4 до 26,7 г/см³ за 5 минут - на мелкой и с 25,0 до 11,6 - на нулевых обработках, по сравнению с технологией предусматривающей раздельное применение культивации и посева сеялкой СЗ-3,6.

- на поверхности поля после безотвального рыхления стойками СибИМЭ на глубину 20-22 см остается 62,6%, при мелком рыхлении - 72,2% от исходной массы стерни. Посев сеялкой СЗС-2,1 позволяет сохранить по этим фонам соответственно 14,8 и 25,5% стерни, тогда как при использовании сеялки СЗ-3,6 с предварительной культивацией - 4,9 и 16,9%. При посеве яровой пшеницы по нулевому фону АУП-18.05, СЗС-2,1, СЗТС-2 и ПК-8 «Кузбасс» на поверхности почвы сохраняется соответственно 67,4; 32,2; 37,4 и 12,1% от исходной массы соломы.

6. Длительное применение нулевых и мелких обработок способствует повышению содержания гумуса в верхнем 10 см слое почвы на 0,5% и в целом в пахотном слое на 0,25%, в сравнении с ежегодной отвальной обработкой почвы, где за 12 лет произошло снижение содержания гумуса в пахотном слое на 0,19%.

7. Численность микроорганизмов изменяется в течение вегетации и в зависимости от обработки почвы. Например - на озимой ржи при вспашке численность сапрофитных бактерий, грибов, целлюлозоразрушающих бактерий и азотобактеров по фазам кущения выметывания и молочная спелость составляет соответственно 40,8; 46,0 и 33,4 млн./г, 21,4; 26,6 и 19,2 тыс./г, 39,5; 47,3 и 42,7% и 49,2; 52,4 и 41,7%;

- по вспашке, безотвальной обработке стойками СибИМЭ, плоскорезному рыхлению на глубину 28-30 см и мелкому рыхлению численность их в среднем за вегетацию в пахотном слое составляет соответственно 40,1; 35,7; 32,9 и 27,3 млн./г, 22,4; 18,3; 16,3 и 12,5 тыс./г, 43,2; 35,5; 33,3 и 24,8%, 47,8; 42,2; 39,8 и 28,8%.

Активность и численность микроорганизмов в том или ином слое почвы определяется количеством пищи (органической массы) для них, поэтому при вспашке формируется пахотный горизонт с наиболее высокой микробиологической активностью среднего 10-20 см слоя почвы и наименьшей - верхнего 0-10 см слоя;

- при бесплужных способах обработки наиболее биологически активным является верхний 0-10 см слой почвы;

- безотвальные способы основной обработки почвы приводят к биологической разнокачественности пахотного слоя чернозема южного, с постепенным угасанием микробиологической активности с поверхности вглубь горизонта, характерной для целинных почв;

- количество микроорганизмов, их активность зависит от влажности и температуры почвы, поэтому наибольшую активность бактерии и грибы проявляют в период года конец весны - начало лета.

8. Наиболее эффективным приемом борьбы с многолетними сорняками является вспашка. При ежегодном применении разноглубинной отвальной обработки почвы перед уборкой ячменя в конце ротации зернопарового севооборота на поле было 0,6 шт./м² многолетних сорняков, ресурсосберегающих систем обработки почвы с шестью мелкими рыхлениями (11 вариант) - 4,0 шт./м², с шестью нулевыми обработками (16 вариант) - 12,0 шт/м². Но использование безотвальных приемов, в том числе мелких, после чистого пара, когда верхний слой был очищен от семян сорняков, наоборот обеспечивает снижение численности малолетних сорняков в 1,5-2,3 раза в сравнении со вспашкой.

Замена отвальной ресурсосберегающими системами обработки почвы приводит к смене видового состава сорняков, с увеличением количества злаковых растений - щетинников и ежовника.

Засоренность полей в севообороте возрастает по мере удаления их от чистого пара, особенно сильно на вариантах где часто применяются нулевые и мелкие обработки.

При возрастании засоренности выше экономического порога вредоносности (ЭПВ) на безотвальных фонах возникает необходимость применения гербицидов. Действенным способом контроля над сорными растениями является использование в посевах зерновых культур препаратов селективного действия, например, чисталана и луварама, техническая и биологическая эффективность которых достигает соответственно 63,3 и 56,6%, и 77,6 и 79,2%, а прибавка урожая зерна от применения этих гербицидов по отношению к контролю - 0,28…0,38 т/га или 36,3…49,4%. Для уменьшения стрессового влияния гербицидов на культуру, их следует применять в баковой смеси с биопрепаратами биосил и бинорам, что позволяет получить дополнительно 0,15 и 0,20 т зерна с 1 га.

Эффективным и экологически безопасным способом борьбы с многолетними сорняками является внесение гербицида раундап осенью, через месяц после лущения стерни. В этом случае достигается наибольшая техническая (83,0%) и биологическая (80,1%) эффективность препарата. Использование раундапа без лущения снижает техническую и биологическую эффективность до 56,9 5 и 61,2 5% соответственно.

Использование раундапа в системе зяблевой обработки почвы под кукурузу позволяет уменьшить засоренность ее посевов корнеотпрысковыми сорняками на безотвальных обработках ниже уровня засоренности на вспашке.

9. Эффективность способов основной обработки почвы в наполнении метрового слоя почвы влагой за осенне-зимне-весенний период во многом определяется сложившимися погодными условиями. Вспашка аккумулирует больше влаги в годы с влажной осенью, быстрым таянием снега и значительными осадками в апреле. В годы с длительными моросящими дождями в летне-осенний период, и с медленным таянием снега преимущество перед вспашкой имеют ресурсосберегающие системы обработки почвы. В условиях осени с небольшим количеством осадков и высокой температурой воздуха, и медленным таянием снега весной больше всего влаги накапливается на варианте с мелким плоскорезным рыхлением и нулевом фоне. Поэтому способы основной обработки почвы в среднем за 12 лет обеспечили одинаковое накопление осенне-зимних осадков (128…130 мм продуктивной влаги), за исключением нулевой обработки, когда из-за уплотнения почвы количество продуктивной влаги в сравнении с другими способами уменьшилось на 12-14 мм.

Меньше всего влиянию погодных условий подвержено чизельное рыхление почвы в сочетании с мелкой обработкой. Обработка почвы КПШ-9 вслед за уборкой предшественника, позволяет максимально сохранить пожнивные остатки, а последующее рыхление плугом ПЧ-2,5 улучшает водопроницаемость почвы, что обеспечивает дополнительное накопление 26 мм влаги.

10. Мелкая и нулевая обработка в сочетании с соломенной мульчей, способствуя локализации влаги в верхних слоях почвы, обеспечивает более рациональное ее использование за счет эффективной работы корневой системы зерновых культур, у которых она в основном сосредотачивается в верхних слоях.

11. Практически одинаковую урожайность зерновых культур в среднем за 9 лет обеспечили система с ежегодной разноглубинной вспашкой (вариант 1) и комбинированная разноглубинная система (2 вариант) - 1,77 и 1,75 т/га соответственно. При применении системы с 6 нулевыми обработками почвы (16 вариант) урожайность зерновых уменьшилась до 1,57 т/га. Зерновые сн...