Министерство сельского хозяйства РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Алтайский государственный аграрный университет»
На правах рукописи
Цветков Михаил Леонидович
Ресурсосбережение с элементами
биологизации и экологизации
в земледелии юга Западной Сибири
Специальность: 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство
Диссертация
на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Барнаул 2014
Оглавление
| Введение…………………………………………………………………….. | 4 |
| Глава 1. Ресурсосбережение в современном земледелии. Обоснование изучения систем обработки почвы в условиях ресурсосбережения…….. | 12 |
| 1.1. Чизельная обработка почвы в условиях юга Западной Сибири…... | 18 |
| 1.1.1. Объекты, методы и условия проведения исследований. Схема опыта, технология возделывания культуры и методики исследований…. | 34 |
| 1.1.2. Результаты исследований. Влияние чизельной основной обработки на режим влажности почвы, динамику элементов питания и засорённость посевов яровой пшеницы……………………………………. | 42 |
| 1.1.3. Влияние чизельной основной обработки почвы на урожайность яровой пшеницы…………………………………………………………….. | 68 |
| 1.1.4. Экономическая и энергетическая эффективность использования чизельного плуга ПЧ-4.5 в условиях юга Западной Сибири……………... | 72 |
| Выводы……………………………………………………………………….. | 75 |
| 1.2. Система ресурсосберегающей основной обработки почвы на основе её минимализации и сочетания со средствами защиты от сорняков………………………………………………………………………. | 77 |
| 1.2.1. Объекты, методы и условия проведения исследований. Схема опыта, технология возделывания культур и методики исследований…… | 98 |
| 1.2.2. Результаты исследований. Влияние приёмов минимализации основной обработки на режим влажности почвы, динамику элементов питания и засорённость посевов возделываемых культур………………... | 100 |
| 1.2.3. Влияние минимализации основной обработки почвы на урожайность и агроэкономическую эффективность возделываемых культур………………………………………………………………………... | 135 |
| Выводы……………………………………………………………………….. | 145 |
| Глава 2. Биологизация земледелия в современных условиях…………….. | 147 |
| 2.1. Обоснование изучения элементов биологизации земледелия региона | 156 |
| 2.1.1. Объекты, методы и условия проведения исследований. Схема опыта, технология возделывания культур и методики исследований……. | 177 |
| 2.1.2. Результаты исследований. Влияние занятых и сидеральных паров на режим влажности почвы, динамику элементов питания, микробиологическую активность и засорённость посевов возделываемых культур……………………………………………………... | 181 |
| 2.1.3. Влияние занятых и сидеральных паров на урожайность и агроэкономическую эффективность возделываемых культур…………… | 219 |
| Выводы………………………………………………………………………... | 223 |
| 2.2. Изучение звеньев севооборотов с горохом и гречихой на юге Западной Сибири ……………………………………………………………. | 224 |
| 2.2.1. Объекты, методы и условия проведения исследований. Схема опыта, технология возделывания культур и методики исследований……. | 233 |
| 2.2.2. Результаты исследований. Влияние предшественников на режим влажности почвы, засорённость посевов, урожайность и экономическую эффективность звеньев севооборотов………………………………………. | 234 |
| Выводы………………………………………………………………………... | 248 |
| Предложения производству…………………………………………………. | 249 |
| Глава 3. Современные вопросы экологизации земледелия……………….. | 248 |
| 3.1. Натурализация чужеродного вида в пределах юга Западной Сибири.. Выводы и предложения……………………………………………………… Основные выводы……………………………………………………………. Предложения производству…………………………………………………. Библиографический список…………………………………………………. Приложения…………………………………………………………………... | 261 270 272 277 279 337 |
ВВЕДЕНИЕ
По производству сельскохозяйственной продукции Алтайский край занимает одно из ведущих мест на востоке страны. Оно базируется на 10,6 млн. га сельскохозяйственных угодий, в том числе на 6,9 млн. га пашни.
Природно-климатические условия весьма разнообразны и в большинстве случаев не благоприятны для возделываемых культур. Часто проявляющиеся суховеи и засухи при малом количестве осадков (от 130 до 640 мм) на почвах с низким естественным плодородием (каштановые на западе края и серые лесные на востоке) обусловливают получение сравнительно низких урожаев зерновых (на уровне 10-15 ц/га) и других культур.
Среди сельскохозяйственных угодий особую значимость имеет пашня. Это наиболее интенсивно используемые земли, поэтому они в наибольшей степени подвержены различным качественным изменениям. На изменения, обусловленные в большей мере природными факторами (повышенная кислотность и щёлочность, переувлажнение и заболачивание, каменистость почв и т.д.) в последнее время накладывается антропогенный фактор. В преобладающем большинстве случаев он стал определяющим. Всё это привело к массовому развитию негативных почвенных процессов.
Широкое развитие ветровой и водной эрозии в значительной мере предопределяет утрату почвами гумуса, составляющую в среднем по краю 0,57 т/га в год (В.В. Вольнов, 2000).
В 70-80 гг. прошлого столетия предпринятые усилия по почвозащитным мероприятиям на территории края в определённой мере снизили эрозионную опасность почв, однако, к радикальным изменениям направленности негативных процессов они всё-таки не привели. Наступившие годы реформ внесли свой негативный отпечаток. Многое из того, что было достигнуто, утеряно. Жёсткие рыночные отношения во многом изменили систему ценностей, в том числе и в сельском хозяйстве.
Вместо лозунга: «... урожай любой ценой» пришло понятие экономической целесообразности возделывания той или иной культуры в условиях конкретного хозяйства и в конкретный год. Совершенно по-другому складываются отношения к севооборотам, обработкам почвы, уходу за растениями, наличием и уходом за паровыми полями и т.д.
В связи с общемировым энергетическим кризисом и безудержным повышением цен на энергоносители, в полной мере, встал вопрос по энерго- и ресурсосбережению. Общеизвестно, что основной потребитель энергии при возделывании сельскохозяйственных культур это обработка почвы. Общемировая тенденция перехода к минимализации обработки почвы является постоянной необходимостью для учёных и практиков региона. Преимущества её очевидны. Это экономия ГСМ, снижение дефицита механизаторских кадров за счёт снижения трудоёмкости выполнения сельскохозяйственных работ, снижение металлоёмкости и т.д. Ограничивающим фактором минимализации обработки почвы служит, как правило, не плотность почв, а высокая засорённость полей. Поэтому важнейшим условием эффективного применения ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур является подготовка паров, борьба с вегетирующими сорняками (в т.ч. гербицидами) в их посевах и т.д.
Наряду с предотвращением физической деградации почв углубляется представление о роли минимализации почвообработки в сдерживании биологической деградации почв в результате снижения темпов минерализации гумуса и, как следствие, ослабление процесса минерализации азота и экологизации земледелия. В последние годы минимализация почвообработки рассматривается как одно из главных 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.
Ряд авторов отмечает, что более перспективной следует считать разработку биологически обоснованных систем земледелия, в которых не исключается использование средств химизации и механизации, но при этом выдвигаются весьма строгие, экологически обоснованные нормативы к дозам, формам, срокам и способам их применения (Н.З. Милащенко, 1989; Н.А. Лопачёв, В.Н. Наумкин, 1999 и др.).
Общеизвестно, что паровое поле наиболее уязвимо процессам эрозии. Решение данной проблемы, наряду с другими моментами, возможно путём возделывания на нём парозанимающих или сидеральных культур. В этом случае, наряду со снижением эрозионных процессов, происходит пополнение органического вещества в почве. В конечном результате это приводит к биологическим методам управления плодородием почвы в земледелии. Переход на данные методы (даже частичный) в ряде стран уже сегодня позволяет решать их продовольственные проблемы получением пусть несколько меньшего, но более качественного урожая.
Весь современный ход развития земледелия предполагает иной подход к понятию севооборота. Не отрицая роли севооборота в целом, в то же время рыночные отношения на селе диктуют внедрение более продуктивных севооборотов (звеньев) с возделыванием в них высокорентабельных культур. В этом отношении определенное практическое значение имеют севообороты (звенья), насыщенные зернобобовыми и крупяными культурами. Возможность насыщения севооборотов (звеньев) зернобобовыми культурами в условиях Западной Сибири обоснована данными ВНИИ зернобобовых и крупяных культур. По их данным насыщение севооборота (звена) зернобобовыми культурами возможно до 25-30 % без отрицательных последствий (А.П. Исаев, А.М. Платонов, 1996).
Зарастание луговых угодий ранее не произрастающим на территории края растением – ячменём гривастым представляет как научный, так и практический интерес. Научный интерес связан с процессом его натурализации в конкретных условиях, а практический – с ограничением данного процесса (т.е. пути его регулирования). При значительной конкуренции вида в луговых ценозах и его непоедаемости после выколашивания, создаётся ситуация недостатка пастбищного и грубого корма при наличии растительной массы.
В связи с вышеизложенным материалом, необходимо совершенствование системы земледелия, особенно таких её элементов, как системы основной обработки почвы, системы защиты растений от вредных организмов. В этом направлении необходимы новые комплексные исследования и обобщения.
Цель работы: Выявить возможность ресурсосбережения при проведении основных обработок почвы и использования элементов биологизации и экологизации земледелия на юге Западной Сибири.
Задачи исследований:
- Выявить возможность использования чизельного плуга ПЧ-4.5 в качестве орудия для основной обработки стерневых фонов в условиях юга Западной Сибири.
- Изучить влияние приёмов минимализации основной обработки почвы и гербицидов в зернопаровом севообороте в условиях Приобья Алтая.
- Обосновать возможность применения занятых и сидеральных паров для возделывания озимых и яровых зерновых культур в восточных районах Алтайского края.
- Определить оптимальную степень насыщенности звеньев севооборотов зернобобовыми и крупяными культурами в условиях Приобья Алтая.
- Изучить вопросы натурализации нового вредоносного чужеродного для условий Алтайского края растения – ячменя гривастого, сделать прогнозную оценку его распространения и обосновать комплекс мер, сдерживающих данный процесс.
Научная новизна. Впервые изучена возможность применения чизельного плуга ПЧ-4.5 в качестве орудия для основной обработки почвы в условиях Алтайского края.
Впервые изучены приёмы минимализации основной обработки почвы на фоне насыщения зернопарового севооборота гербицидами от 0 до 100%. При этом получены новые данные по влиянию изучаемых факторов на элементы почвенного плодородия и урожайность возделываемых культур.
Обоснована возможность применения занятых и сидеральных паров при возделывании озимой ржи и яровой пшеницы в восточных районах края.
Впервые изучена возможность оптимизации насыщения звеньев севооборотов зернобобовыми и крупяными культурами в условиях Приобья Алтая.
Впервые найден и определён новый чужеродный вид сорного растения для условий Алтайского края, изучены процессы его натурализации.
На защиту выносятся:
- возможность использования чизельного плуга ПЧ-4.5 в качестве орудия для основной обработки стерневых фонов под зерновые культуры в условиях юга Западной Сибири;
- возможность ресурсосбережения на основе приёмов минимализации основной обработки почвы в зернопаровом севообороте в сочетании со средствами защиты посевов от сорняков в условиях Приобья Алтая;
- возможность применения занятых и сидеральных паров в восточных районах Алтайского края под озимые и яровые зерновые культуры;
- возможность оптимизации насыщения звеньев севооборотов зернобобовыми и крупяными культурами в условиях Приобья Алтая;
- процесс натурализации ячменя гривастого в Алтайском крае.
Практическая ценность. Использование чизельного плуга ПЧ-4.5 в качестве орудия для основной обработки почвы стерневых фонов в условиях юга Западной Сибири признано нецелесообразным из-за снижения урожайности возделываемых культур, высокой энергоёмкости и других показателей.
Реализация мероприятий по применению приёмов минимализации основной обработки почвы в изучаемом комплексе проблем практически без снижения урожая позволяет перейти к энергосберегающим технологиям возделывания полевых культур в зернопаровом севообороте, значительно биологизировать земледелие восточных районов края введением занятых и сидеральных паров.
Определение нового чужеродного вида сорного растения, его статуса, возможностей и путей натурализации позволяет прогнозировать данный процесс и в определенной мере управлять им.
Реализация результатов исследований. Материалы исследований использованы при разработке рекомендаций «Применение чизельной обработки почвы» (1988), «Меры борьбы с сорно-полевой растительностью в Алтайском крае» (1988).
Разработано в соавторстве шесть учебных пособий: «Системы земледелия» (2003), «Земледелие в Сибири» (2004), «Гибкие наукоёмкие технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Западной Сибири» (2004), «Системы земледелия (на примере Сибирских регионов)» (2005), «Проектирование систем земледелия» (2005), «Практикум по курсу «Системы земледелия (на примере Сибирских регионов)» (2008) и четыре монографии: «Энергоресурсосбережение в земледелии» (2000), «Биологизация земледелия с участием медоносной пчелы: ресурсосберегающий аспект» (2011), «Biological function of agriculture with the honey bee: resource-saving aspect» (2012), «Элементы биологизации и экологизации земледелия с участием медоносной пчелы (2013).
Результаты работы нашли отражение в системах земледелия хозяйств Алтайского края: с-з «Советский» Косихинского района (1976-1981 гг.), с-з «Сорокинский» Заринского района (1982-1984 гг.), к-з «Путь к коммунизму» Рубцовского района (1982-1984 гг.), к-з «Имени Ленина» и «Память Ленина»; с-з «60 лет ВЛКСМ» Ребрихинского района (1985-1988 гг.), к-з «Родина» Топчихинского района (1988 г.), с-з «Заринский» Заринского района (1989 г.), с-з «Чистюньский» Топчихинского района (2000 г.), ОАО «Конезавод «Алтайский» Тюменцевского района (2001 г.), ОАО «Повалихинский комбикормовый завод» (2002 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на XI съезде Русского ботанического общества (Новосибирск – Барнаул, 2003), региональной научно-практической конференции (Барнаул, 1998), Международной научной конференции (Бийск, 2003, 2004), Международной научно-практической конференции (Барнаул, 2003, 2006…2008, 2010… 2014), научно-технической конференции (Челябинск, 2004), Межрегиональной конференции (Омск, 2004), конференции молодых учёных СФО (Улан-Удэ, 2004), Международной научно-практической конференции (Пенза – Нейбранденбург, 2004), Всероссийской научно-практической конференции (Киров, 2004), Международной конференции (Горно-Алтайск, 2007), Международной научно-практической конференции (Улан-Удэ, 2009), Международной научно-практической конференции (Улаанбаатар, 2010), Международной научно-практической конференции (Ульяновск, 2010), Международной научно-практической конференции (Пермь, 2010).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в журналах «Ботанический журнал», «Сибирский биологический журнал», «Вестник Алтайского государственного аграрного университета», «Кормопроизводство», «Защита и карантин растений», «Земледелие», «Аграрная наука», «Зерновое хозяйство России», «Техника в сельском хозяйстве», трудах СО ВАСХНИЛ, материалах конференций различного уровня. Всего опубликовано 94 научных и 31 научно-методических работ, в том числе четыре монографии и шесть учебных пособий. В реферируемых изданиях опубликовано 29 работ.
Объём работы. Диссертация изложена на 454 страницах и включает введение, 3 главы, общие выводы, рекомендации производству, 76 таблиц, 74 приложения на 113 страницах, список литературы из 667 наименований, в том числе 61 на иностранных языках.
В период проведения научно-исследовательской работы (1976-2012гг.) автор лично принимал участие в разработке программ и методик исследований, а также в закладке многолетних полевых стационарных опытов и маршрутных обследований местности на предмет натурализации нового чужеродного вида сорняка для условий Алтайского края.
Исследования начаты под руководством к.с.-х.н., доцента В.Я. Метелёва, которому автор особенно признателен.
За большую помощь в проведении исследований автор также глубоко признателен к.с.-х.н., доценту П.И. Талышеву, В.В. Типцову, М.И. Орликову, Н.С. Шамарину, В.И. Шатохину, Т.Д. Заугольникову, В.Д. Некрасову, С.Г. Шовкуну, И.Н. Одокиенко, З.Ф. Статиной, А.Г. Антипину, С.И. Шостаку.
Автор благодарен докторам с.-х. наук, профессорам В.Е. Мусохранову, В.П. Часовских, кандидатам с.-х. наук В.И. Беспамятному, А.А. Туманову, В.Е. Суховерковой, старшим научным сотрудникам Р.Д. Русиновой, В.А. Юдакову, В.М. Лашкину, Э.В. Гейну, младшим научным сотрудникам А.И. Дудину, О.П. Остокову, а также лаборантам лабораторий защиты почв от эрозии и севооборотов АНИИЗиСа.
Большую помощь в организации и проведении НИР, руководстве и консультировании оказал доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный работник сельского хозяйства Российской Федерации, действительный член Международной академии аграрного образования Н.В. Яшутин и автор выражает ему особую признательность и благодарность.
Глава 1. Ресурсосбережение в современном земледелии. Обоснование изучения систем обработки почвы в условиях ресурсосбережения
Юг Западной Сибири – один из крупнейших регионов России, производящих высококачественное зерно яровой пшеницы и других культур, чему в немалой степени способствует резкая засушливость климата и относительно высокое естественное плодородие почв.
Традиционные, широко распространённые технологии (экстенсивные, полуинтенсивные), основанные на постоянной вспашке уходят в прошлое из-за их высокой затратности, высокой эрозионной опасности, значительного ухудшения агрофизических свойств почвы. Они не позволяют в современных экономических, экологических условиях получать конкурентоспособную продукцию. Без средств химизации они не способны поддерживать плодородие, экологическую безопасность, устойчивую продуктивность агрофитоценозов.
Повышение эффективности агропромышленного производства, конкурентоспособности его продукции на мировом и отечественном рынках остаётся важнейшей задачей. Решение её лежит в разработке альтернативных ресурсосберегающих малозатратных технологий производства зерна, кормов и другой продукции, основанных на глубоком знании биологических процессов в земледелии, закономерностей организации растительных сообществ, развития сорных и культурных растений, вредных и полезных организмов. Её невозможно решить без использования новейших агротехнологий, технического перевооружения производства.
На международных конгрессах по ресурсосберегающим технологиям в сельском хозяйстве (Испания, 2001; Бразилия, 2003) [351, с. 14] использование таких технологий было признано как стратегически важное направление, позволяющее стабилизировать сельское хозяйство и обеспечить растущие потребности в аграрной продукции.
Главный технологический приём сберегающего земледелия – минимальная или нулевая обработка почвы.
Минимальная обработка состоит из одной или нескольких мелких обработок. Солома и стерня в виде мульчи остаются в верхнем слое почвы.
Нулевая обработка предполагает полное исключение всех видов обработки. По необработанному полю, при сохранении стерни и равномерно разбросанной измельчённой соломы, проводится прямой посев.
В России темпы развития современных ресурсосберегающих технологий значительно отстают от общемировых. По технологиям сберегающего земледелия обрабатывается менее 2% с.-х. угодий [351, с. 14].
Реально улучшить ситуацию во многих регионах России, в том числе и в Сибири, может грамотное применение элементов минимализации обработки почвы. Особенно эффективны эти элементы на чернозёмных почвах, которые обладают наилучшими физико-механическими, водно-физическими и химическими свойствами. Равновесные показатели плотности сложения чернозёмов находятся в пределах оптимальных значений для зерновых культур [44, с. 14; 192, с. 24; 191, с. 7 и др.].
Сберегающие технологии не являются новыми для России. Идеи минимализации (отказ от вспашки, сокращение количества обработок и уменьшение глубины основной обработки) были обнародованы и применены в России ещё в конце XIX века И.Е. Овсинским [354, 272с.]. Хотя на определённом этапе исторического развития земледелия важную роль в повышении его эффективности сыграла вспашка. Идея создания мощного культурного пахотного слоя получила своё развитие в России в 70-80 –е годы XIX столетия. К.А. Тимирязев (1948), А.В. Советов (1950), П.А. Костычев (1951), Д.И. Менделеев (1954), И.А. Стебут (1957), обобщив опыт ведения земледелия Европы, включая Россию, пришли к выводу об эффективности глубокой вспашки. Вместе с тем практика накапливала материал, вызывающий либо сомнение в правоте упомянутого тезиса, либо полностью отрицающий его.
В теории «новой системы» И.Е. Овсинский (1911) выделил ряд принципиальных различий, в сравнении с глубокой вспашкой. Суть их заключалась в накоплении в поверхностном слое органических остатков, усилении процессов нитрификации.
Разделяя вышеупомянутую точку зрения, А.А. Измаильский (1937) указывал на необходимость применения мелкой обработки и для условий степи.
В 30-е годы XX столетия Н.М. Тулайков (1963) предложил применять мелкую обработку почвы в засушливых степных районах Поволжья.
Так уж случилось, что в 30-е годы ХХ столетия, проблемами обработки почвы занимался ещё и В.Р. Вильямс. Трудно сейчас пояснить бльшую успешность его идей, остаётся только констатировать данный факт. Его идеи заключались в травопольной системе земледелия, базирующейся на отвальной вспашке всех типов почв страны культурным плугом на 20-22 см [49,447с.; 50,240с.]. Он считал, что никакого прогресса в с.-х. производстве нельзя достичь при глубине пахотного слоя менее 20 см. Данным постулатом новые направления были омертвлены, а отвальная обработка продлила свою жизнь.
Широкое распространение мелкой обработки почвы началось благодаря трудам Т.С. Мальцева, который в начале 50-х годов прошлого столетия пришёл к выводу, что ежегодная вспашка при возделывании зерновых культур не обязательна [284, 47с.; 285,с. 51…67; 286,128с.]. Система обработки почвы и посева, разработанная им, сочетает периодическую (раз в несколько лет) глубокую (до 35 см) безотвальную обработку с ежегодной поверхностной (на 8-10 см) обработкой. По его мнению, ежегодная отвальная вспашка практически на любых типах почв, нарушая нормальное течение естественных процессов, является неосознанной попыткой изменить или отменить закон природы. Он первый подметил и обратил внимание на этот важнейший вопрос теории почвоведения, лежащий в основе экологизации земледелия [178, с.4].
Он понимал и главную причину неудач предшественников – повышение засорённости посевов при мелкой обработке почвы – и видел решение проблемы в построении такой системы земледелия, элементы которой способствовали бы преодолению недостатков. Это, прежде всего, чистый пар и предпосевные обработки, возможность которых возрастает при поздних сроках посева.
Реабилитировав роль однолетних культур в гумусо- и структурообразовании, Т.С. Мальцев выдвинул гипотезу о том, что минимализация обработки почвы способствует данному процессу.
«Отдохнувшая» от пахоты почва улучшается ещё вследствие самоуплотнения. Очевидно, это является отправной точкой минимализации почвообработки [191, с.7].
И работами Т.С. Мальцева, и последователей, стало очевидным, что необходимость регулярного рыхления почвы, особенно глубокого, преувеличивалась, поскольку оптимальная плотность для зерновых культур для большинства типов почв оказалась близкой к равновесной. А излишняя рыхлость почвы в условиях проявления засух приводит к увеличению расхода влаги вследствие испарения. Минимализация же почвообработки способствует улучшению водного режима агроценозов в засушливых условиях.
Принцип чередования глубоких, мелких поверхностных обработок почвы в севообороте, разработанный и теоретически обоснованный Т.С. Мальцевым, направленный на энергосбережение и рациональное природопользование, с годами приобретает всё более глубокий смысл [242].
Новый скачок в развитии минимализации почвообработки был связан с сохранением на поверхности почвы пожнивных остатков и созданием мульчи. Особую роль в этом отношении сыграли исследования ВНИИЗХ, показавшие роль пожнивных остатков в предотвращении ветровой и в определенной мере – водной эрозии, особенно при оставлении на поверхности почвы измельчённой соломы [30, 75с.; 21, с. 3…12; 74, с. 5…8].
Почвозащитная система земледелия, разработанная под руководством А.И. Бараева (1975), отличается от системы безотвальной обработки, предложенной Т.С. Мальцевым тем, что в ней отвергается вспашка почвы отвальными плугами, но рекомендуется её обработка плоскорезами, сохраняющими на поверхности почвы стерню, что способствует улучшению водного режима. Плоскорезная обработка, в зависимости от соответствующих условий, может быть мелкой и глубокой.
С течением времени в практике почвозащитного земледелия стал накапливаться материал, отображающий и негативную сторону данного явления. Было отмечено, что при плоскорезной обработке, иногда больше, чем при безотвальной, происходит уплотнение подпахотного горизонта с образованием, так называемой плужной подошвы [404, с. 18…20; 467, с. 12…23].
Общеизвестным фактом стало явление запаздывания созревания почвы весной, что в условиях короткого вегетационного периода Сибири и Северного Казахстана крайне нежелательно.
Указывается также, что плоскорезная обработка мало оказывала влияние на изменение структурности почвы. Но уже на ранних этапах её освоения было отмечено, что с увеличением длительности её применения происходит дифференциация почвенного профиля по плодородию [76, с. 25…38; 87, с. 189…197; 123, с. 66…89; 277, с.7…11; 365, с. 45…46]. Более поздние исследования в значительной степени закрепили данный тезис [166, с. 35; 224, с. 21; 247, с. 23; 557], углубив его до агрохимических показателей [142, с. 54; 492].
По данным ряда отечественных и зарубежных авторов дифференциация почвенного профиля по плодородию при плоскорезной обработке обусловлена неравномерным распределением растительных остатков и минеральных удобрений в верхней части пахотного слоя [276, 49с.; 390, 304 с.; 447, с. 27…29; 400, с. 56…63; 448, с. 34…41; 305, 17с.; 532, с. 28…31; 71, с. 95…102; 185, с. 13…14; 466, с. 21…25; 467, с. 12…23; 150, с. 52…55; 626, с. 19…29; 654, с. 227…232]. При этом наблюдается ухудшение эффективного плодородия подпахотных слоёв вследствие их уплотнения и прекращения поступления органических веществ. Однако ряд авторов данное явление не считают отрицательным, особенно при возделывании культур сплошного сева (зерновые колосовые, травы), утверждая, что при этом моделируется дерновой почвообразовательный процесс [313, 279с.; 568, с. 10…17] или происходит направленное смещение свойств и режимов почвы в сторону саморегулирующихся почвенных систем по типу целины, с одновременной оптимизацией показателей окультуренности и плодородия в пахотном слое почвы [288, с. 7].
По мнению Н.И. Картамышева (2000) это не что иное, как объективно существующий закон земледелия – закон формирования плодородия почв.
Плоскорезная обработка лучше препятствовала обеднению пахотного слоя почвы гумусом, благодаря снижению темпов минерализации органического вещества по сравнению с отвальной вспашкой (А.В. Ивойлов, 1991).
Однако закономерны и сомнения Л.И. Никифоренко (1989) о расширенном воспроизводстве гумуса в почвах (особенно в верхних её горизонтах) при плоскорезной обработке.
В то же время, в опытах Б.Р. Выблова и др. (1990б), мелкая плоскорезная обработка (на 12…14 см) способствовала повышению гумуса. Поэтому велика роль мелкой плоскорезной обработки почвы в условиях засушливого климата. Она обеспечивает не только защиту почвы от ветровой эрозии, особенно в паровом поле, но и расширенное воспроизводство почвенного плодородия.
Это позволяет сделать вывод о необходимости окультуривания – увеличения содержания гумуса и улучшения агрофизических свойств – самого верхнего слоя почвы (0-5, 0-10 см), то есть о нецелесообразности оборачивания обрабатываемого слоя почвы – отвальной обработки [166, с. 33].
Известно, что в природе почвы способны не только уплотняться и переуплотняться, но и разуплотняться. Это позволяет сохранять благоприятное сложение почвы для зерновых культур без её осенней обработки. Устойчивость почвы к уплотнению – определяющее условие возможной минимализации её обработки. Тип сложения чернозёмов Западно-Сибирского региона можно отнести к устойчивому и недостаточно устойчивому к уплотнению [44, с.15]. Элементы минимализации в системе основной (зяблевой) обработки здесь могут быть вполне целесообразны, о чём свидетельствуют и многочисленные данные, накопленные за последние 30 лет.
В 80-х годах 20-го столетия минимализация почвообработки получила повсеместное развитие, она приобрела глобальный характер, разносторонние представления о минимализации складываются в теорию [191, с. 6].
С 90-х годов в России наметилась тенденция к переходу на технологии мульчированного и прямого посева, но говорить о массовом их внедрении в АПК рано. При системе мульчированного и прямого посева наблюдается возвращение почвенной биоты, повышается микробиологическая активность почвы, что помогает быстрее переводить растительные материалы в питательные вещества, разлагать загрязняющие химические соединения [351, с. 15].
Агроэкологические преимущества ресурсосберегающих технологий: снижение зависимости от погодных условий в результате эффективного влагосбережения, улучшение структуры почвы, уменьшение давления на неё, предотвращение деформации и уплотнения подпочвенных горизонтов, предотвращения эрозии почвы, восполнение плодородия за счёт сокращения темпов минерализации гумуса [44, с. 15; 192, с. 25; 351, с. 15; 433, с. 23].
Внедрение таких технологий должно сопровождаться применением новых высокоурожайных короткостебельных сортов с разными сроками созревания, наряду с использованием пожнивных остатков, применением органических и минеральных удобрений, современных высокоэффективных средств защиты растений (с учётом экологического порога вредоносности). Необходимо техническое переоснащение сельскохозяйственных предприятий. Ресурсосберегающая стратегия использования машин имеет жизненно важное значение.
Существенное значение для перехода на технологию с элементами минимальной обработки почвы имеет засорённость агроценозов.
1.1. Чизельная обработка почвы в условиях юга Западной Сибири
Среди агротехнических приёмов расширенного воспроизводства плодородия почв немаловажная роль отводится научно-обоснованной системе обработки почвы.
Главная цель обработки почвы – способствовать благоприятному ходу культурного почвообразовательного процесса, обеспечивать оптимальные агрофизические свойства почвы. Она является одним из основных положительных факторов управления продукционным процессом в земледелии.
Что-либо дополнительное, к имеющемуся в почве, ни материального, ни резервов энергии, она не вносит. Её влияние ограничивается, прежде всего, созданием условий для активизации процессов, идущих с затратой энергии, улучшения деятельности полезной почвенной биоты, доступа влаги и кислорода в зону «почвенного реактора», генерирующего переход энергии из потенциальной в активное состояние [110, с. 33…39]. В то же время и основные противоречия в земледелии связаны с обработкой почвы. Так, пропорционально степени измельчения обрабатываемого слоя снижается противоэрозионная стойкость почвы, а уменьшение механического воздействия на неё вызывает необходимость применения пестицидов, загрязняющих окружающую среду. Не менее полутора веков продолжаются научные дискуссии по обработке почв. По настоящее время не решен вопрос, какой должна быть обработка почвы, сроки её проведения и глубина, и т.д. Практически на протяжении всего прошлого столетия (кроме работ Овсинского и Тулайкова) в развитии учения об обработке почв господствовало направление на углубление пахотного слоя. Так распорядилась история, что последним значимым моментом в этом направлении в конце прошлого столетия оказалась чизельная обработка. Однако справедливости ради надо отметить, что в нашей стране это её уже второй «виток». Первый был ещё в начале 30-х годов прошлого столетия [461, с. 1011…1012]. В приведённом словаре-справочнике отмечалось, что «…чизель – почвообрабатывающее орудие, применяемое для глубокого рыхления почвы. Им можно обрабатывать почву до 35 см».
Приводя данные Института сельского хозяйства Юго-Востока за 1944г., И.С. Сидоров (1960) упоминает о весьма перспективном для того времени варианте глубокого рыхления почвы с помощью чизеля.
В учебнике «Земледелие с основами почвоведения» под редакцией М.Г. Чижевского (1953) указывается: «… в засушливых районах, чтобы не было потери воды, вместо перепашки зяби на заплывающих тяжёлых почвах следует применять глубокое рыхление … или чизель-культиваторами…». Упоминание цели применения (для глубокого рыхления) даёт нам обоснованное предположение, что это был чизельный плуг. Отсюда тезис В.В. Труфанова (1989) о том, что «… в нашей стране глубокая обработка почвы чизельными плугами – новый технологический приём» считаем не вполне уместным.
Следует отметить, что и за рубежом чизельная обработка имеет уже достаточно давнюю историю. Так, первое поколение чизелей, появившихся в начале 50-х годов прошлого столетия, не претерпело изменений до начала 60-х годов и стало основным (массовым) орудием, используемым при почвозащитной обработке в США и Канаде. Интенсификация земледелия повлекла за собой необходимость увеличения средних размеров чизельного агрегата, чизельная обработка стала приниматься уже за обычную, традиционную обработку и использоваться в исследованиях в качестве контрольного варианта. Современные модели чизелей отличает ряд несомненных технико-экономических преимуществ, значительно расширяющих сферу их дальнейшего применения в почвозащитной обработке [117, с. 53… 56; 567, с. 40].
К началу 80-х годов в одном из местных изданий сообщается о вытеснении по всей стране отвальных плугов чизельными [646, с. 7…24].
Кроме США и Канады чизельные орудия широко применяются и в странах Западной Европы [229, с. 19…21].
Таким образом, и за рубежом, и в России, чизельная обработка почвы в настоящее время является самостоятельным агротехническим приёмом. Основанием для этого стал ряд особенностей, значительно отличающих чизель от плуга и плоскореза. Предельно полно это отличие отображено в «Сельскохозяйственном энциклопедическом словаре» (1989), где сказано, что «… чизель (от английского слова chisel – долото, резец), орудие для безотвального рыхления почвы, с помощью которого осуществляется неполное подрезание обрабатываемого почвенного пласта без образования сплошного дна борозды».
По первым результатам исследований в начале использования чизельных плугов в СССР высказывались мнения о том, что рабочим органом данного орудия разрыхляется пахотный горизонт, плужная подошва и на некоторую глубину уплотнённый подпахотный горизонт [370, с. 15…17; 7; 45; 401; с. 135…152 и др.]. Более поздние исследования подтвердили высказывания вышеупомянутых авторов и обозначили данный факт как основное преимущество чизельного плуга в сравнении с отвальным и плоскорезом и чизельную обработку стали считать эффективным средством создания глубокого пахотного слоя без дополнительных энергозатрат [452, с. 50…52; 230, с.46…56; 593, с. 30…31; 25, с. 16…17; 341; 516 и др.].
Такого же мнения придерживаются и зарубежные исследователи [616, с. 996…1001; 630, с. 53…67; 649, с. 8…9].
Вместе с тем, и в отечественных, и в зарубежных публикациях имеются противоположные мнения [544, с. 54…56; 647].
Как известно, для многих регионов страны, в том числе и Алтайского края, сохранение стерни является очень важным моментом при почвообработке, обусловливающим основу почвозащиты [21, с. 3…12; 390, 304с.; 604, с. 18…24; 605, с. 77…83; 205, с. 26…28].
Чизельная обработка, как способ безотвальной обработки, выполняет почвозащитную роль, так как сохраняет до 60% стерни (растительных остатков) [502, 140с.; 341; 516].
В настоящее время и в отечественных, и в зарубежных публикациях, существует множество суждений (порой противоречивых) по влиянию различных приёмов осенней основной обработки почвы, включая и чизельную на режим влажности. Уже в первых отечественных публикациях по чизельной обработке [511] без достаточной ещё аргументации отмечалось о равномерном распределении влаги по профилю пахотного слоя при обработке почвы чизельным плугом. По мнению автора, это улучшало влагообеспеченность растений в течение вегетации. В последующих публикациях, уже на обширном цифровом материале, показано преимущество чизельной обработки в создании лучшего водно-воздушного режима пахотного, и особенно подпахотного горизонта почвы [42, с. 31…34(а); 404, с. 18…20; 445, с. 41…42; 405, с. 75…86; 408, с. 34…36; 72, с. 49…51; 422, с. 51…55(а), с. 58…60(б); 456, с. 122…129; 458, с. 50…52; 593, с. 30…31; 516; 661, с. 22…25 и др.].
Так, в исследованиях Ю.П. Бурякова и др. (1985а) показано, что глубокое рыхление почвы чизелем поперек склона обусловило усвоение на 27 мм осадков больше, чем вспашка. При такой обработке повышение запасов влаги наблюдалось не только в верхних, но и в нижних слоях почвы, что имеет особо важное значение. Проникновение влаги в глубокие слои почвы позволяет более продуктивно использовать её для формирования урожая, здесь она меньше подвержена непродуктивным потерям от испарения во время засухи. Также считали И.А. Пабат (1986), И.А. Пабат и др. (1990), Е.Л. Ревякин, В.Г. Просвирин (1990а,б). Если И.Н. Панов и др. (1983) без объяснения указывали на несколько лучшие условия для накопления продуктивной влаги при обработке чизельным плугом, то В.М. Кильдюшкин и др. (1986) связывали повышение использования осадков при данной обработке разрушением плотного подпахотного горизонта, а А.П. Спирин (1999) созданием меньшего количества почвенных глыб. Более полное накопление и сохранение атмосферных осадков осенне-зимнего и начала весеннего периодов на чизельной обработке, установлено Г.Д. Беловым и др. (1988), А.И. Головко и др. (1993).
В.Н. Зайцев (1987) отмечал бльшую мощность снежного покрова по почвозащитным, в том числе чизельным, обработкам, в сравнении со вспашкой. Благодаря этому почва на этих вариантах промерзала меньше, что в свою очередь способствовало большему накоплению влаги.
В то же время Л.Н. Иодко и др. (1989) различий в отложении снега не обнаружено, а количество продуктивной влаги зависело от погодных условий года. В увлажнённые годы её количество весной было практически одинаковым, при небольшом запасе влаги осенью зимние осадки лучше удерживались безотвальными обработками, в том числе чизельной.
И.А. Пабат (1986) уточнил, что благодаря неразрыхленным скрытым гребням внутри почвы и прикрытым пожнивными остатками на поверхности, чизельная обработка обеспечивала на склоне 1…50 полное регулирование стока талых вод. Существенное сокращение стока и смыва почвы за счёт увеличения фильтрационной способности, связанной с возрастанием пористости и уменьшением плотности при глубокой чизельной обработке (до 40 см и более) отмечено в ряде работ [182, с. 28…32; 404, с. 18…20; 442, 23с.; 500, с. 32…37; 221, с. 135…138; 366, с. 46…48; 101, 23с.; 368, с. 65…67; 539, с. 19…23; 183].
Как результат большего водопоглощения при чизельной обработке во многих опытах отмечено и большее наличие продуктивной влаги в почве [404, с. 18…20; 366, с. 46…48; 378, с. 22…23; 155, с. 12…15; 476].
При этом в каждом случае динамика её порой имела довольно сложный характер [329, с. 9…12; 330, с. 15…17; 366, с. 46…48; 378, с. 22…23; 544, с. 54…56; 155, с. 12…15; 458, с. 50…52; 183; 516].
И.А. Пабат и др. (1990) указывали, что по накоплению к весне в глубинных слоях (глубже 50 см) чизельная обработка превосходила абсолютные показатели по вспашке и плоскорезному рыхлению на 17…19 мм, а в опытах Н.И. Драгана (1989) на 13…25 мм доступной влаги.
Аналогичный материал приводится в работах К.И. Саранина, В.Н. Шептухова (1985а,б); А.И. Пупонина, Н.С. Матюка (1986); Р.С. Салихова (1987); А.И. Пупонина, Н.С. Матюка, Г.Г. Манолия, Д.В. Верещаки (1988); К.И. Саранина и др. (1989); Е.Л. Ревякина, В.Г. Просвирина (1990а); В.И. Нечаева, В.М. Кильдюшкина (2000).
Наряду с увеличением запасов продуктивной влаги в почве А.И. Пупонин, Н.С. Матюк (1986) отмечали о снижении коэффициента водопотребления на данной обработке у ряда культур. Схожие показатели были получены ими в более поздних исследованиях [408, с. 34…36]. По их мнению, особо эффективно чизелевание воздействовало на элементы водно-воздушного режима в экстремальные по увлажнению годы. Аналогичные данные были получены рядом исследователей [370, с. 15…17; 449, с. 42…50; 450, с. 18…20; 103; 329, с. 9…12; 122; 330, с. 15…17; 366, с. 46…48; 493, с. 64…69; 544, с. 54…56; 153, с. 55…60; 382, с. 28…31; 452, с. 50…52; 368, с. 65…67; 14, с. 30…32; 458, с. 50…52; 183; 68, с. 29…31; 518, с. 39…40], в том числе и зарубежных [665, с. 66…75; 637, с. 1…11; 633, с. 1385…1390; 619, с. 31…44; 628, с. 763…767; 622, с. 25…31 и др.].
В то же время, уже в начальных публикациях по внедрению чизельного плуга в нашей стране в начале 80-х годов прошлого столетия, встречался материал об отсутствии прибавок в запасах продуктивной влаги при данной обработке [370, с. 15…17; 483, с. 14…16]. С накоплением материала их количество увеличивалось. Так, рядом авторов отмечалось, что в годы исследований не наблюдалось резких различий по плотности и влажности почвы на вариантах, где проводилась чизельная обработка [113, с. 67…76; 135, с. 3…6; 239, 23с.; 472, с. 14…15; 23, с. 14…15; 3].
В исследованиях А.Г. Сухачёва и др. (1988), Л.Н. Иодко и др. (1992), С.С. Сдобникова, В.А. Бойкова (1993), В.Л. Дмитриенко (1994) при наличии варианта чизельной обработки практически никаких результатов по обозначенному вопросу не сообщается.
В зарубежных публикациях также имеется ряд сообщений, показывающих ухудшение водно-воздушного режима почвы при чизельной обработке [607, с. 225…231; 638, с. 4…10; 655, с. 7…12; 634, 24с.; 657, 25с.; 627, с. 1515…1519; 641, с. 25…31; 645, с. 773…775].
Несмотря на ряд негативных высказываний, приведённых выше как в отечественных, так и зарубежных публикациях, позитивные выводы всё-таки преобладают.
Проблема почвенной влаги для сельского хозяйства России, включая практически и всю территорию Алтайского края, где большая часть пашни сосредоточена в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, является весьма актуальной. Поможет ли чизельная обработка (и в какой мере) решить обозначенную проблему можно будет увидеть в результатах наших исследований, приводимых ниже.
При анализе любой обработки почвы, в том числе и чизельной, нельзя не коснуться вопросов пищевого режима, поскольку обработка почвы, как и севооборот, оказывает большое влияние на физико-механические свойства, микробиологическую деятельность и динамику почвенных элементов пищи растений. Как известно, питание полевых культур происходит только теми элементами пищи, которые могут быть переведены из потенциальных запасов в доступные формы приёмами агротехники.
Как и в отношении доступной влаги, пищевой режим в зависимости от вида обработки почвы, по исследованиям ряда авторов, складывался по-разному. Так, об общем увеличении содержания питательных веществ в пахотном слое почвы при чизельной обработке отмечали в своих исследованиях Ю.П. Буряков и др., 1985а, И.А. Пабат, 1986, В.И. Санковский, 1986, И.В. Фетюхин, 2000.
Существенное увеличение обеспеченности элементами питания при безотвальных обработках, включая чизельную, в слое почвы 0-10 см в сравнении со вспашкой было отмечено также в других исследованиях [499, 17с.; 199, с. 13…14; 518, с. 39…40; 652, с. 68…75].
В опытах Н.Н. Третьякова и В.А. Шевченко (1989) для слоя почвы 10-20 см не отмечено существенного влияния чизельной обработки на агрохимические показатели почвенного плодородия, а для слоя 20-30 см наблюдалось даже некоторое их ухудшение. Аналогичная ситуация для всего пахотного слоя отмечена в опытах С.И. Сенченко и др. (1986), а в исследованиях К.И. Саранина и В.Н. Шептухова (1985а,б) это касалось только подвижных соединений калия. Не наблюдалось также чёткой зависимости по интенсивности минерализации органического вещества от обработки почвы (включая чизельную) и в исследованиях Л.Н. Иодко и др. (1991).
Как указывали в своих исследованиях В.М. Кильдюшкин и П.С. Трегубов (1986), З.С. Ефимова (1989), при глубокой обработке чизельным плугом ПЧ-4.5 (до 40 см) происходит рыхление без перемешивания, что позволяет избежать обеднения пахотного слоя. При этом улучшаются условия жизнедеятельности микроорганизмов, о чём свидетельствует содержание нитратного азота в подпахотном слое. Аналогичные результаты, только для подвижного фосфора в подпахотных горизонтах, получены в опытах К.И. Саранина и В.Н. Шептухова (1985а,б).
Своими исследованиями А.И. Головко и др. (1993) подтвердили, что при отвальной обработке происходит выравнивание содержания нитратов по профилю пахотного слоя. При безотвальной обработке наблюдалось накопление нитратов в верхних слоях. В этом отношении промежуточное положение занимали варианты с чизельной обработкой. Сравнение вариантов опыта в отношении содержания в почве подвижных фосфатов показало незначительные различия. В слое почвы 20-30 см содержание подвижных форм фосфора было приблизительно одинаковым, наибольшее различие наблюдалось в верхних слоях, особенно в слое 0-10 см.
C. Lewis (1983) в своих исследованиях отмечал, что содержание минеральных форм азота весной под возделываемыми культурами было примерно одинаковым по всем системам обработки, включая и чизельную. Осенью содержание азота по нулевой и обычной (чизельной) обработкам возрастало, а по минимальной обработке уменьшалось. В пару при нулевой и минимальной обработке накапливалось практически одинаковое количество азота, а при обычной (чизельной) в два раза больше.
Содержание аммиачного азота в исследованиях G.A. Agenbag, P.C. J. Marel (1989) не зависело от системы обработки почвы, а нитратного азота было меньше на нулевой и чизельной обработках в сравнении со вспашкой. Аналогичные результаты получены в опытах L.A. Spilde, E.J. Delbert (1986).
J. Moncrief et al. (1984) получено, что без внесения калия его содержание более высокое на чизельной обработке, в сравнении с нулевой.
На более благоприятный пищевой режим почвы при вспашке в сравнении с почвозащитными обработками (включая чизельную) в своих исследованиях указывали J.C. Siemens, J.K. Mitchell (1988), а в исследованиях J.A. Lamb et al. (1985) отмечено, что почвозащитные обработки (включая чизельную) накапливали на 27-36% меньше нитратного азота, чем по вспашке.
Исследованиями W. Hargrove (1985) установлено, что содержание фосфора и калия в растениях при почвозащитных обработках (включая чизельную) было не ниже, чем при отвальной обработке, а в опытах D.H. Mueller et al. (1985) было установлено, что при длительном систематическом применении почвозащитных обработок нет необходимости внесения дополнительного количества азотных удобрений, которые требуются в первые 2-3 года для компенсации возможной иммобилизации азота.
Таким образом, в приведённом анализе литературных источников нет чёткого однозначного суждения о содержании подвижных форм питательных веществ в почве на фонах чизельной обработки.
Известно, что надёжная защита посевов сельскохозяйственных культур от сорных растений должна являться одной из основных задач земледелия.
По мнению большинства исследователей (особенно зарубежных) чизельная обработка почвы отнесена к почвозащитной. Формирование сорного компонента агрофитоценоза при данной обработке имеет ряд особенностей.
Так, по результатам исследований (Summary …, 1982а) отмечена меньшая засорённость посевов кукурузы на вариантах чизельной обработки в сравнении с другими изучаемыми вариантами. На это указывали и другие авторы [511; 335, с. 23…26; 309, с. 18…19; 82, с. 25…26; 516; 621, с. 265…274].
Обработка почвы ПЧ-4.5 способствовала, по исследованию И.В. Фетюхина (2000), снижению засорённости посевов малолетними (на 9-35%) и многолетними (на 7-19%) сорняками в сравнении со вспашкой.
Обобщение результатов своих исследований, проведенное И.А. Пабатом, А.И. Горбатенко (1988б) показало, что способы обработки почвы без оборота пласта (включая чизельную) по сравнению с отвальной вспашкой в борьбе с сорняками имеют преимущество лишь в том случае, если применяются после раноубираемых предшественников – озимой пшеницы, гороха и др.
В опытах И.И. Назаренко, И.А. Тыминского (1990) в период осеннего кущения озимой пшеницы на вариантах с безотвальными обработками (включая чизельную) отмечено на 11-17% сорняков меньше в сравнении с контролем (вспашка). Однако в посевах гороха и сахарной свёклы установлено увеличение засорённости посевов, при этом чизельный вариант характеризовался наименьшей степенью увеличения числа однолетних сорняков. Многолетние сорняки в посевах озимых количественно увеличивались. И в исследованиях Л.Н. Иодко и др. (1991, 1992) отмечалось также, что засорённость посевов однолетними и многолетними сорняками в целом была небольшой и зависела главным образом от возделываемой культуры, а не от вида основной обработки почвы (где она была, примерно, одинаковой). Практически чистыми от сорняков были посевы горохоовсяной смеси.
В исследованиях В.А. Фёдорова, В.А. Воронцова (1995) отмечалось, что на варианте с отвально-чизельной обработкой происходит снижение массы сорняков в сравнении с контролем, а в опытах С.И. Сенченко и др. (1986) практически не было различий по вариантам обработки почвы (включая чизельную) в засорённости посевов подсолнечника. Об этом отмечал в своих опытах и В.И. Санковский (1986).
В своих более ранних публикациях Л.Н. Иодко и др. (1990) отмечали, что засорённость посевов пшеницы по пару в зависимости от способа обработки почвы имела существенные различия. Чизельная обработка на глубину 35-37 см при этом занимала промежуточное положение между обработкой стойкой СибИМЭ на 25-27 см и мелкой плоскорезной обработкой на 12-14 см. На контрольном варианте (вспашка на 25-27 см) засорённость была высокой. По воздушно-сухой массе чизельная обработка вплотную приближалась к наименьшему показателю в варианте мелкой плоскорезной обработки. И в опытах J.S. Conn (1987) чизельная обработка занимала промежуточное положение между нулевой, как наиболее способствующей, и традиционной (дискование осенью и весной), как менее способствующей засорению посевов.
И.С. Кочетов и др. (1994) указывали, что при чизельной обработке почвы общая засорённость сеяных многолетних трав была почти такой же, как при дисковании, однако многолетних сорняков в этом варианте было несколько больше. В июле воздушно-сухая масса сорняков в вариантах вспашки оказалась примерно в 2 раза меньше, чем при дисковании и чизелевании.
По-особому процесс засорения складывался в опытах В.Ф. Кивера и др. (1986). Ими отмечалось, что в первый год возделывания культуры засорённость по минимальному и чизельному фону уменьшалась, зато в следующие годы она значительно возрастала.
Аналогичная ситуация отмечена в опытах А.В. Захаренко (1997).
В ранних исследованиях В.И. Санковского (1985) было установлено, что на вариантах с чизельной обработкой сорняков было больше по сравнению с контролем. Только химическая прополка практически выравнивала количество сорняков по вариантам опыта.
Аналогичные результаты получены в опытах J.W. Hummel, L.M. Wax (1985), где предпосевное внесение гербицидов под кукурузу и сою нивелировало эффективность изучаемых обработок почвы, в том числе чизельной. И в опытах Л.Н. Иодко и др. (1989) также было отмечено, что засорённость посевов пшеницы по безотвальным обработкам (включая чизельную) была несколько выше, однако при применении 2,4-Д и иллоксана преимущество вспашки всё-таки не наблюдалось вплоть до уборки урожая.
Исследованиями А.И. Пупонина, А.В. Захаренко (1999) установлено, что более половины семян сорняков находится в верхней части пахотного слоя (0-10). Выявленная корреляционная зависимость между количеством семян сорняков в верхнем слое почвы и засорённостью посевов – 0,92 для чизельной обработки и 0,43 для отвальной, по нашему мнению, не требует комментариев. По их исследованиям только 20-25% семян сорняков перемещается в слой 5-40 см при обработке чизельным плугом на глубину 38-40 см.
Сильное засорение посевов, особенно вначале вегетации и во влажные годы, наблюдается после поздноубираемых культур [367, с. 44…45]. При этом применение чизелей приводит к дополнительному увеличению степени и пестроты засорённости посевов за счёт преимущественной концентрации семян однолетних и побегов многолетних сорняков в поверхностном слое почвы. Об этом говорят и данные Л.Н. Иодко и др. (1990). Способность многолетников к регенерации здесь существенно возрастала, особенно при более поздних сроках обработки, при этом преобладал бодяк полевой (щетинистый), в то время как на контроле – вьюнок полевой. Ими также отмечено, что на данном фоне появление всходов сорняков задерживалось на 3-6 дней, увеличивалась на 4,7-12,5% доля щирицы запрокинутой и уменьшалась доля злаковых до 4,4-7,5, против 14,7-16,4% в контроле.
В целом ряде исследований отмечалось, что засорённость посевов перед уборкой на вариантах чизельной обработки была в 1,5-2 раза (и более) выше, чем при вспашке [66, с. 43…45; 201, с. 42…43; 199, с. 13…14; 306, с. 22…23; 640, с. 62…67]. Особенно возрастала засорённость многолетними сорняками.
По обобщенным результатам НИУ страны было сделано заключение о том, что на полях, сильно засорённых корневищными и корнеотпрысковыми сорняками, а также пересушенных не следует проводить чизелевание [575, с. 62…63; 179, с. 63…66; 422, с. 58…60(б); 479, с. 22…23]. В то же время, опираясь на результаты своих опытов, Н.Х. Грабак и др. (1989) сделали вывод о том, что по совокупности показателей (продуктивность культур, борьба с сорняками и др.) наиболее приемлемой для Степи УССР является комбинированная (отвально-безотвальная) система обработки почвы. При этом для безотвальной обработки используются плоскорезы и чизельные плуги ПЧ-4.5 и ПЧ-2.5.
Интересный вывод, по нашему мнению, сделали Н.Ф. Михайлова и др. (1989) на основании своих опытов, отметив, что введение новых видов основной обработки нередко сопровождается ростом засорённости посевов (имелась в виду чизельная обработка).
Таким образом, на основании анализа литературы видно, что при недостаточной борьбе с сорняками применение чизельной обработки на почвах, характеризующихся высокой исходной засорённостью, становится весьма проблематичным.
Как известно, интегрированным показателем влияния изучаемых факторов является урожайность возделываемых культур. Самым непосредственным образом это относится и к основной обработке почвы. В течение последних двух с половиной десятилетий с различной степенью интенсивности проводятся исследования по чизельной обработке почвы в качестве основной под многие сельскохозяйственные культуры. По целому ряду исследований данный приём основной обработки почвы повышает урожайность многих полевых, овощных и кормовых культур [448, с. 34…41; 305, 17с.; 445, с. 41…42; 500, с. 32…37; 406, с. 103…109; 407, с. 77…85; 408, с. 34…36; 382, с. 28…31; 422, с. 51…55 (а); 515, с. 18…19; 14, с. 30…32; 155, с.12…15; 156, с. 23…24; 411, с. 3…12; 379, с. 7,10; 459, с. 7…8; 232, 413, с. 3…22; 124, с. 20…22; 341; 516].
Существует множество работ, где на конкретном цифровом материале показано преимущество чизельной основной обработки почвы под ту или иную культуру. Так, имеется ряд работ, сообщающих о повышении урожайности яровых зерновых (пшеница, овёс, ячмень и др.) от 0,2 до 9,3 ц/га, или от 2,3 до 50,0% [399, с. 24…26; 7; 511, 444, с. 40…41; 566, с. 19…26; 406, с. 103…109; 407, с. 77…85; 408, с. 34…36; 13, с. 30…31; 410, с. 12…24; 471, с. 44…47; 70, с. 2…3; 205, с. 26…28; 52, с. 8…18; 620, с. 317…320; 638, с. 4…10; 639, с. 4…5; 661, с. 22…25, 33; 664, с. 919…930].
По ряду исследований установлено положительное последействие чизельной основной обработки от 1 до 3 лет под некоторые культуры [401, с. 135…152; 12, с. 41…47; 405, с. 75…86; 524, с. 57…67; 73, с. 34…35; 456, с. 122…129; 458, с. 50…52].
Большинство из вышеперечисленных авторов изучали эффективность чизельной обработки почвы под отдельно взятую культуру. Вместе с тем, имеется целый ряд исследований, где эффективность чизельной обработки изучалась в целом по севообороту [399, с. 24…26; 404, с. 18…20; 408, с. 34…36; 518, с. 39…40].
Следует отметить, что по ряду исследований эффективность чизельной основной обработки возрастала в засушливые (экстремальные) или с недостаточным и неустойчивым увлажнением годы [408, с. 34…36; 456, с. 122…129; 458, с. 50…52; 471, с. 44…47; 383, с. 22…23; 25, с. 16…17].
Во многих исследованиях была установлена либо незначительная (в пределах ошибки опыта), либо неустойчивая по годам, либо вообще не была отмечена эффективность чизельной основной обработки почвы под различные культуры [370, с. 15…17; 402, с. 20…30; 42, с. 26…30(б); 319; 403, с. 35…44; 563, 16с.; 211, с. 9…12; 451, с. 9…13; 122; 575, с. 62…63; 152, с. 140…149; 32, с. 72…78; 113, с. 67…76; 153, с. 55…60; 328, с. 46…47; 409, с. 31…34; 515, с. 18…19; 13, с. 30…31; 33, с. 60…61; 155, с. 12…15; 410, с. 12…24; 68, с. 29…31; 199, с. 13…14; 412, с. 25…26; 459, с. 7…8; 483, с. 14…16; 413, с. 3…22; 518, с. 39…40; 25, с. 16…17; 476; 615, с. 111…120; 656, с. 1032…1035; 662, с. 5…7; 663; 667, с. 219…229; 609, с 29…30; 613, с. 191…213; 617, 19с.; 618, 18с.; 631, 32с.; 642, с. 1731…1735; 655, с. 7…12; 610; 650, с. 53…55; 629, 9 с.; 660, с. 6…9; 632, с. 247…251; 648, с. 99…114 и др.].
Имеется и множество работ, в которых чизельная обработка по ряду причин (из-за большей засорённости посевов, значительного (чрезмерного) разуплотнения почвы, слабого крошения пласта и т.д.) снижала (иногда значительно) урожай возделываемых культур [449 с. 42…50; 450, с. 18…20; 181, с. 19…20; 287, с. 51…55; 335, с. 23…26; 66, с. 43…45; 165; 386; 56, с. 165…171; 510, с. 5; 135, с. 3…6; 231; 472, с. 14…15; 23, с. 14; 246, с. 11…13; 3; 82, с. 25…26; 612, с. 163…164; 618, 18с.; 655, с. 7…12; 658, с. 14…17; 635, с. 341…353; 659, 23с.; 651, с. 93…99; 623, с. 672…676; 625, с. 417…423; 614, с. 170…174; 645, с. 773…775].
В ряде исследований отмечается о снижении или незначительном влиянии на качество получаемой продукции при использовании чизельного плуга в качестве орудия для основной обработки почвы [563, 16с.; 23, с. 14].
Из множества вышепривёденных работ видно, что эффективность чизельной обработки почвы под возделываемые культуры в различных почвенно-климатических условиях неоднозначна.
Так, В.С. Циков и др. (1990) считали, что рациональным пределом минимализации механической обработки в системе основной подготовки является замена общепринятой в зоне отвальной вспашки безотвальной или чизельной обработкой, а В.И. Кирюшин (1989) отмечал, что применение чизелей эффективно на чистых от корнеотпрысковых сорняков почвах.
Технология обработки почвы требует дальнейшего совершенствования в направлении затрат труда, топлива и энергии. В этом плане, по мнению ряда исследователей, глубокое чизелевание является высокоэффективным приёмом обработки почвы в различных почвенно-климатических зонах и по сравнению с традиционной вспашкой имеет значительные преимущества. Многие исследователи отмечали снижение энергоёмкости чизельной обработки по сравнению с отвальной [84, с. 59…61; 193, с. 59…60; 365, с. 45…46; 377, с. 49…50; 464, с. 47…48; 221, с. 135…138; 378, с. 22…23; 427, с. 19…21; 72, с. 49…51; 179, с. 63…66; 422, с. 51…55(а); 14, с. 30…32; 33, с. 60…61; 411, с. 3…12; 199, с. 13…14; 246, с. 11…13; 516; 642, с. 1731…1735].
При технико-экономической оценке орудий, помимо упомянутой выше энергоёмкости, учитывают также производительность и затраты на выполнение работы, металлоёмкость, расход горючего и смазочных материалов и ряд других показателей.
По данным ряда авторов, в сравнении с отвальными плугами чизельные орудия более производительны (от 5,4 до 63,0%) [84, с. 59…61; 211, с. 9…12; 377, с. 49…50; 464, с. 47…48; 386; 194, с. 73…78; 406, с. 103…109; 407, с. 77…85; 408, с. 34…36; 73, с. 34…35; 422, с. 51…55(а); 14, с. 30…32; 135, с. 3…6; 593, с. 30…31; 476; 443; 642, с. 1731…1735; 653, 22с.].
Анализируя результаты своих исследований, многие авторы пришли к заключению, что данный приём обработки почвы оказался и более выгодным экономически [42, с. 26…30(б); 440; 563, 16с.; 84, с. 59…61; 182, с. 28…32; 377, с. 49…50; 445, с. 41…42; 464, с. 47…48; 122; 378, с. 22…23; 406, с. 103…109; 407, с. 77…85; 544, с. 54…56; 422, с. 51…55(а), с. 58…60(б); 14, с. 30…32; 33, с. 60…61; 135, с. 3…6; 199, с. 13…14; 379, с. 7,10; 412, с. 25…26; 246, с. 11…13; 476; 639, с. 4…5; 624, с. 18…20; 611, с. 233…252 и др.].
В ряде исследований отмечалось о снижении эксплуатационных издержек при чизельной обработке в сравнении с отвальной в пересчёте на 1 га посевной площади (до 25%) [408, с. 34…36; 544, с. 54…56; 33, с. 60…61].
В многочисленных исследованиях указано, также на меньший расход топлива тракторным агрегатом при использовании чизельного плуга ПЧ-4.5 для основной обработки почвы (в пределах 12-350%) [385; 211, с. 9…12; 377, с. 49…50; 229, с. 19…21; 386; 408, с. 34…36; 544, с. 54…56; 179, с. 63…66; 422, с. 51…55(б); 510, с. 4…6; 14, с. 30…32; 33, с. 60…61; 135, с. 3…6; 593, с. 30…31; 476; 624, с. 18…20; 642, с. 1731…1735; 657, 25с. и др.].
Имеется очень много работ и с противоположными точками зрения. Так, в исследованиях Е.И. Рябова и др. (1992) установлено, что удельное тяговое сопротивление чизельного плуга на 25% больше, чем у плугов с отвальными корпусами.
Хотя А.В. Клочков (1986) и отмечал в своих работах, что чизельные плуги менее энергоёмки, но по его же заключению в общей технологии возделывания чизельная обработка не обеспечивает значительных технико-экономических преимуществ.
По данным Н.М. Кувшинова, В.П. Косьянчука (1995) наиболее эффективными (минимальные затраты труда на 1 га и себестоимость, и максимальный условно чистый доход) были варианты с фрезерованием, значительно ниже показатели на вариантах чизельной обработки почвы.
По заключению А.М. Гордеева и др. (1989), Ю.И. Кузнецова (1994) чизелевание требует бльших энергетических затрат, чем вариант вспашки.
И.В. Тринченко (1988) сделал вывод о том, что чизелевание, как приём глубокого рыхления – работа энергоёмкая и в зависимости от условий поля рекомендовал проводить его через 2-3 года и реже – ежегодно.
Из сообщения S.C. Phatak (1987) следует, что чизельная вспашка требовала самых больших энергозатрат и оставляла почвы в крупноглыбистом состоянии, поэтому её рекомендовалось использовать для разрушения переуплотнённых нижних слоёв раз в несколько лет.
Таким образом, чизельный плуг ПЧ-4.5 являлся перспективным почвообрабатывающим орудием для основной обработки почвы, но не во всех почвенно-климатических зонах, не всегда и не для всех культур.
1.1.1. Объекты, методы и условия проведения исследований.
Схема опыта, технология возделывания культуры и методики исследований
Полевые исследования по чизельной обработке почвы проведены в 1982-1985 гг. Объектами исследований служили чизельный плуг ПЧ-4.5, сорт яровой мягкой пшеницы «Целинная- 20» с нормой высева 4,5 млн. всхожих зёрен на гектар и почва – чернозём выщелоченный среднесуглинистый.
Опытное поле бывшего Алтайского НИИ земледелия и селекции с.-х. культур (Алтайского НИИСХ) расположено в Приобской лесостепи края.
Почвенно-климатические условия
Приобское плато находится на высоте 250-280 м над уровнем моря (А.Д. Орлов, 1983). Распаханность территории – 72,3%. В структуре посевов – 71-72% занято зерновыми культурами. Под естественными сенокосами и пастбищами находится около 17% сельскохозяйственных угодий. Облесённость территории – 2,8%. По подверженности почв эрозии все земли распределяются на сильноэродированные (2%), среднеэродированные (21%), слабоэродированные (31%), потенциально опасные к эрозии (46%) (В.В. Вольнов, 2000).
Климат Приобской зоны резко континентальный с умеренно тёплым, чаще засушливым летом и холодной зимой (Агроклиматические …, 1971). Средняя температура самого холодного месяца (январь) – 18оС, а самого тёплого (июль) +20оС. Низкие температуры зимой способствуют глубокому промерзанию почвогрунта (1,5…2,5 м). Среднегодовое количество осадков составляет 350-450 мм. Гидротермический коэффициент зоны равен 0,6-0,9. Сумма положительных температур увеличивается с севера на юг с 1900 до 2150оС. В мае-июне часто наблюдаются атмосферные засухи с высокими температурами, низкой относительной влажностью воздуха, сильным ветром и незначительными осадками. Характерной особенностью климата является быстрое нарастание положительных температур в весенний период (А.Д. Орлов, 1983).
Значительную опасность представляют суховейные ветры. Наибольшее их количество приходится на конец мая – июнь, когда посевы пшеницы находятся в фазе всходы – кущение. В этот период молодые проростки подвержены температурным ожогам, значительно сильнее страдают посевы поздних сроков сева. Отрицательное влияние суховеев обычно сочетается с почвенной засухой.
Нередко к началу вегетации растений почва имеет низкую влажность. Летние атмосферные осадки (в мае – сентябре), составляющие 250-300 мм (60% годовых), часто выпадают в недостаточном количестве и с опозданием к критическим фазам развития колосовых культур. Коэффициент использования осадков не превышает 0,29-0,53 (Б.А. Леконцев, 1990). В общем, характерно недостаточное увлажнение в первую половину лета и часто избыточное – во вторую. В связи с этим во второй половине вегетационного периода наблюдается интенсивный рост сорняков, затягиваются сроки созревания зерна.
Почвообразующими породами в Приобской зоне являются лёссовидные суглинки мощностью 40-50 м. Почвы, сформировавшиеся на данной почвообразующей породе, относятся к категории плодородных и характеризуются довольно широким разнообразием. Наибольшее распространение имеют (преобладают) чернозёмы обыкновенные среднесуглинистые. Подчинённое значение имеют чернозёмы выщелоченные.
Почвенная и агрономическая характеристика опытного участка
Участок расположен на склоне юго-западной экспозиции крутизной 1,0…1,5о.
Для характеристики почв проводилось почвенное обследование (В.Е. Суховеркова, М.Л. Цветков). Территория участка практически однородна в геоморфологическом отношении, преобладающая почвенная разность – чернозём выщелоченный, среднемощный, малогумусный, среднесуглинистый.
Таблица 1
Водно-физические константы чернозёма выщелоченного,
АНИИСХоз (Г.В. Журавлёва, 1970)
| Глубина, см | Плотность, г/см3 | МГ | ВЗ | ВРК | НВ | ПВ | ВЗ | ВРК | НВ | ПВ | ДАВ |
| % от массы абсолютно сухой почвы | мм | ||||||||||
| 0-10 | 0,85 | 7,86 | 8,8 | 17,9 | 30,8 | 76,5 | 7,5 | 15,2 | 26,2 | 65,0 | 18,7 |
| 10-20 | 1,16 | 7,80 | 9,4 | 19,8 | 29,3 | 46,0 | 10,9 | 23,0 | 34,0 | 53,4 | 23,1 |
| 20-30 | 1,17 | 7,72 | 9,2 | 18,4 | 29,3 | 45,9 | 10,8 | 21,5 | 34,3 | 53,7 | 23,5 |
| 30-40 | 1,22 | 7,54 | 9,0 | 16,3 | 24,1 | 42,6 | 11,0 | 19,9 | 29,4 | 52,0 | 18,4 |
| 40-50 | 1,29 | 7,21 | 8,2 | 14,9 | 21,8 | 39,0 | 10,6 | 19,2 | 28,1 | 50,3 | 17,5 |
| 50-60 | 1,36 | 6,97 | 6,7 | 13,3 | 21,0 | 35,2 | 9,1 | 18,1 | 28,6 | 47,9 | 19,5 |
| 60-70 | 1,39 | 6,29 | 6,6 | 11,5 | 20,4 | 33,9 | 9,2 | 16,0 | 28,3 | 47,1 | 19,1 |
| 70-80 | 1,40 | 5,63 | 6,1 | 10,1 | 20,3 | 34,1 | 8,5 | 14,1 | 28,4 | 47,7 | 19,9 |
| 80-90 | 1,40 | 5,63 | 6,5 | 9,4 | 20,1 | 34,8 | 9,1 | 13,2 | 28,1 | 48,7 | 19,0 |
| 90-100 | 1,40 | 5,63 | 5,7 | 9,1 | 19,9 | 34,9 | 8,0 | 12,7 | 27,9 | 48,9 | 19,9 |
| 0-30 | 29,2 | 59,7 | 94,5 | 172,1 | 65,3 | ||||||
| 0-50 | 50,8 | 98,8 | 152,0 | 274,4 | 101,2 | ||||||
| 50-100 | 43,9 | 74,1 | 141,3 | 240,3 | 97,4 | ||||||
| 0-100 | 94,7 | 172,9 | 293,3 | 514,7 | 198,6 | ||||||
