Глава 2. Современные проблемы реализации ресурсосберегающих агротехнологий

2.1. Формирование севооборотов

вусловиях засушливого земледелия

Во многих хозяйствах Южного Урала, Сибири, северных регионов Казахстана применяются в основном четырех, пятипольные севообороты с чередованием зерновых культур и пара, т.е. зернопаровая монокультура. Защита культур в зернопаровом севообороте на основе механических обработок почвы обычно обеспечивается отработанными в производстве стандартными способами:

–от сорняков в пару – механическими культивациями (до пяти обработок);

–от сорняков перед посевом – механическими обработками (до двух обработок);

–от сорняков по вегетации – гербицидами;

–болезней и вредителей по вегетации – фунгицидами и инсектицидами.

Возделывание зерновых культур на основе интенсивных механическихобработокширокопрактиковалосьвтечениенесколькихдесятков лет второй половины ХХ века. В 90-е годы из-за диспаритета цен на энергоносители и продукцию сельскохозяйственного производства сельхозтоваропроизводители региона пошли на сокращение механических обработок, а в начале 2000-х годов после неудачных опытов

снулевой технологией на зернопаровой монокультуре вернулись снова к механическим обработкам. Основой применения зернопаровой монокультуры на основе механических обработок в настоящее время являются следующие доводы производственников:

–зернопаровая монокультура отработана в производстве, она дает возможность получить зерно с высоким содержанием клейковины;

–в хозяйствах имеется необходимая техника и семена;

–механическаяобработканеобходимадляразуплотненияпочвы;

–при минимальном количестве возделываемых культур не требуется возводить большого количества зернохранилищ.

27

При этом в благоприятные по увлажнению годы хозяйства получают неплохой урожай зерновых. Поэтому переходить на возделывание других, недостаточно проверенных в зональных условиях культур сельхозтоваропроизводители не рискуют.

Однако ни ранее, ни в настоящее время сельхозтоваропроизводители не учитывали, что интенсивные механические обработки ведут к истощению плодородия почвы [11].

По данным Рэймонда-Ворда (США), при возделывании зерновых культур при традиционной обработке вынос азота составляет около 1% в год, при обработках летнего пара – около 4% в год [29]. При механической обработке происходит минерализация органического азота в нитраты, которые затем используются растениями. По мере высвобождения азота теряется ранее связанный с ним органический углерод, который окисляется и в виде углекислого газа СО2 уходит в атмосферу. Таким образом, обработка почвы приводит к потере органического материала в соотношении, пропорциональном минерализации азота.

Вторым недостатком зернопарового севооборота на основе механических обработок является его низкая эффективность против однолетних сорняков. Основная мера борьбы с такими сорняками при возделывании зерновых культур по традиционной технологии – механические культивации и боронование. Считается, что их обязательно необходимо проводить перед посевом, чтобы очистить поле от сорняков. Мелкие культивации по борьбе с сорняками предусмотрены и в паровом поле. Однако результаты исследований свидетельствуют о том, что при выполнении механической культивации семена однолетних сорняков обязательно заделываются в почву, а это повышает их всхожесть и сохранность [12, 13] (рис. 2.1).

Из рисунка можно сделать следующие выводы:

1. На поверхности почвы семена сорняков сохраняются

в2–3 раза хуже, чем на глубине 5–10 см.

2.При увеличении времени всхожесть сорняков уменьшается с каждым годом на поверхности почвы наполовину; при заделке на 5 см – на 45%; при заделке на 10 см – только на 33%.

Таким образом, механическая обработка обеспечивает заделку семян однолетних сорняков в почву, что приводит к увеличению их всхожести и сохранности.

28

Рис. 2.1. Сохранность сорняков в почве в зависимости от времени и глубины расположения

На многолетних сорняках низкая эффективность проявляется при механической обработке вьюнка полевого, осотов, молочая лозного [14]. Поэтому из-за недостаточной эффективности механического способа борьбы с сорняками в технологии почвозащитного земледелия с ним всегда сочетался и химический способ.

Третьим недостатком зернопаровой монокультуры на основе механических обработок является уплотнение почвы. С помощью механических обработок земледельцы стремятся разуплотнять почву, укатанную техникой в процессе возделывания, а также комбайнами и автомобилями при уборке урожая. Для этого выполняют глубокие обработки, часто даже с помощью плуга. При механической обработке почвы создается три слоя уплотнения [15]:

– уплотнение на поверхности поля движителями тракторов (площадь уплотнения движителями тракторов при возделывании зерновых по традиционной обработке составляет до 80% площади поля). Величина этого уплотнения зависит от удельного давления движителей на почву. Применяя широкопрофильные или сдвоенные шины (или гусеницы), можно несколько снизить величину этого уплотнения на почву;

29

–«плужная подошва», образуемая рабочими органами культиваторов, глубокорыхлителей и плугов на глубине обработки (обычно находится на глубине 15–25 см);

–уплотнение в подпахотном горизонте 40–50 см. Величина этого уплотнения зависит от массы применяемых тракторов. Поэтому даже поставив мощные тракторы и комбайны на сдвоенные колеса или гусеницы, мы не добьемся снижения уплотнения в подпахотном горизонте.

Парадокс в том, что чем больше рыхлим, тем больше уплотняем. Пройти влаге в весенний период или при выпадении летних осадков через эти три уплотненных слоя невозможно. Также непросто корням растений пробить «плужную подошву» и уплотнение подпахотного горизонта для того, чтобы добраться до влаги

внижних горизонтах почвы при высыхании верхнего слоя почвы. Результаты наших исследований показывают, что при традиционной почвозащитной технологии возделывания зерновых культур в северном регионе Казахстана переуплотненная движителями площадь составляет до 80% от обрабатываемой площади поля.

Четвертым недостатком зернопаровой монокультуры является низкая эффективность накопления выпавших осадков в механическом пару. Ведь наряду с уничтожением сорняков в пару мы пытаемся накопить больше влаги. Однако, как показывают исследования М.К. Сулейменова, накопление влаги в почве в пару составляет всего лишь около 20% от общего количества выпавших осадков [16]. Это крайне неэффективно в условиях засушливого земледелия.

Пятым недостатком зернопаровой монокультуры на основе механических обработок является резкое снижение урожайности

взасушливые годы. Это обусловлено наличием открытой почвы и ее иссушением при механических обработках. Указанное отчетливо проявилось в прошедшем 2020 году.

Вначале 2000-х годов казалось, что избежать всех указанных выше недостатков можно, перейдя на нулевую технологию возделывания зерновых культур. Во-первых, отменялись трудоемкие и энергозатратные механические обработки почвы. Во-вторых, казалось, что отказавшись от рыхления, мы сохраним влагу в почве. Основная борьба с сорняками, вредителями и болезнями по этой технологии

30

предусматривалась увеличением применения химических средств,

втом числе:

–в химическом пару – не менее трех обработок;

–по вегетации – одна предпосевная и не менее двух обработок по вегетации растений.

Однако нулевая технология на монокультуре эффективности не проявила. Первой причиной этого является недостаточная эффективность гербицидов в отношении применяемых сорняков. Согласно исследованиям А.С. Филиппова и В.В. Немченко, нижний порог уничтожения осота в химическом пару при применении гербицидов составляет 83%, вьюнка полевого – 75%, молочая лозного – 76%, гречишных – 85%, злаковых сорняков – 86% [14]. Кроме того, при применении химических средств не учитывался важнейший аспект, заключающийся в том, что при монокультуре возделываются однотипные зерновые культуры, имеющие одинаковые сорняки, болезни и вредители. При этом при постоянном возделывании одной и той же культуры на одном месте происходит приспосабливание сорняков, вредителей и возбудителей болезней к неизменяющимся средствам защиты растений. Например, при применении одного и того же гербицида по овсюгу привыкание последнего происходит в течение 13 лет [17]. Для достижения положительного результата необходимо с течением времени увеличивать дозу внесения гербицида. Многолетнее применение гербицидов на полях Америки и Австралии привело к появлению устойчивых к химии злостных сорняков. Применение пестицидов (гербицидов, фунгицидов, инсектицидов) – это стресс для культурного растения, вызывающий задержку его развития и снижение потенциальной урожайности. Следует также отметить, что в настоящее время арсенал химических средств защиты растений, применяемых в зоне Южного Урала и Северного Казахстана, более широкий, а их воздействие на культурные растения и человека имеет более жесткий характер, чем 30 лет назад в советское время. Этим в значительной мере объясняются потери качества зерна и нестабильность урожайности зерновых в последние годы. Средний уровень потерь урожайности на зернопаровой монокультуре при применении химических средств по этой причине составляет ориентировочно около 20–30%. И возможности исключить эти потери в условиях хозяйств на современном этапе развития не имеется.

31

Очень важной причиной «провала» зернопаровой монокультуры на основе нулевой технологии является то, что применение химии уничтожает почвенную биоту и тем самым ухудшает питание культурных растений.

Третьей причиной неэффективности зернопаровой монокультуры на основе нулевой технологии является то, что отказ от рыхления почвы не дает гарантии накопления и сохранения дополнительной влаги при малом количестве растительных остатков. А при возделывании зерновых культур растительных остатков действительно недостаточно. Тем более, что в нашем регионе пшеница низкорослая

исоотношение массы зерна к массе соломы составляет примерно 1:1,в то время какв условиях Кубани – 1:1,5. Поэтому влага терялась

итеряется не за счет накапливания массы растений, а в основном за счет испарения почвой и транспирации растениями. На фоне малого количества на монокультуре растительных остатков применение химии вместо механических обработок приводит только к ухудшению морфологических, агрофизических и физико-механических свойств почвы (прежде всего влажности, плотности, твердости). По этой причине в засушливых условиях урожай резко снижается из-за нехватки влаги.

Четвертым недостатком зернопаровой монокультуры на основе применения химических средств является то, нулевая технология не работает на солонцовых, глинистых, заплывающих почвах с плохим дренажем. А таких почв, например, в северных областях Казахстана около 30%. При отсутствии рыхления влага не проникает в нижние слои почвы, на полях увеличивается количество лиманов. В жаркие дни происходит интенсивное испарение не впитавшейся в почву влаги. При высыхании таких участков почва самоуплотняется, ее твердость превышает оптимальную в 3–4 раза. Поэтому применение нулевой обработки на зернопаровой монокультуре на солонцовых почвах привело к росту плотности и твердости почв гораздо выше, чем при традиционной технологии с механической обработкой.

Таким образом, указанное свидетельствует о том, что применение зернопаровой монокультуры на основе как механической, так

ихимической обработок не способствует росту плодородия почвы, имеет несовершенную (и экологически не безопасную) систему за-

32

щиты растений от сорняков, вредителей и болезней; ведет к переуплотнению почвы и не обеспечивает стабильных урожаев по годам.

На основании изложенного обоснование севооборотов, систем обработки почвы и защиты растений, обеспечивающих улучшение плодородия, снижение экологической нагрузки на почву и растения, является актуальной проблемой, решение которой востребовано производством.

Почва состоит из минерального вещества (примерно 45%), воздуха (около 25%), воды (до 25%) и органики (в среднем 5% по массе). Естественно, такое рассмотрение возможно только в качестве первого приближения, так как 25% воды в почве находится только

ввесенний период, а в знойные летние месяцы ее гораздо меньше. Однако при высыхании влаги увеличивается доля воздуха в порах и щелях почвы. Органика состоит из неживого органического материала (около 4%), живых корней растений (около 0,5%) и живой почвенной биоты (бактерии, грибы, простейшие и черви – около 0,5% по массе). Неживой органический материал (гумус) – это производная форма отмерших растений и их корней и отмершей почвенной биоты, переработанная живой почвенной биотой. В состав гумуса входит огромная группа химических веществ на основе соединений углерода (ферменты, витамины, гормоны и другие соединения органической природы), а также химические соединения неорганического происхождения на основе минералов (фосфора, калия и других). Почвенные исследования показывают, что в наших почвах достаточно фосфора, только находится в составе гуминовых соединений

внедоступном для растений виде.

Впоследние годы доказано, что живая биота играет важнейшую роль в питании растений (обеспечении водой, азотом, фосфором, калием) и повышении их иммунитета, фильтрации воды и воздуха, снижении плотности почвы. Поэтому на западе в настоящее время проводят не только химический анализ почвы на наличие

вней химических элементов, но и микробиологический анализ на наличие грибов, бактерий, простейших и их активность. Рассмотрим роль биоты в почве подробнее.

Какизвестно,растенияпоглощаютуглекислыйгазизвоздухаи, получая воду из почвы, действием солнечного света превращают их

вглюкозу с выделением кислорода в атмосферу. Одна часть глюкозы

33

используется растениями для наращивания собственной биомассы,

авторая часть направляется для грибов и бактерий, находящихся в почве. Взамен от грибов и бактерий растения получают почвенную влагу и минеральное питание (азот, фосфор, калий и другие элементы). Таким образом, одну часть необходимых питательных веществ растение получает через лист, вторую через корень. По объему эти части примерно одинаковы.

Вгумусе есть все питательные вещества для растений. Но растениям доступен так называемый легкорастворимый подвижный гумус, которого всего 12–15%. Только эту растворимую часть гумуса растения способны впитывать своими корневыми волосками. Запасы подвижного гумуса в почве очень быстро истощаются из-за его доступности не только для культурных растений, но и для сорняков,

атакже для бактерий. Поэтому основную часть питания через корень растения получают из переработанного органического вещества микрофлорой почвы.

Обмен питательными веществами растений и почвенной микрофлоры представляет собой взаимно выгодное сотрудничество, созданное природой. Вокруг корневой системы растений на расстоянии 2–3 мм находятся различные бактерии (ризосферная микрофлора), способные создавать или расщеплять определенный вид органических веществ. Например, ризосферные азотфиксаторы (ризобии, или клубеньковые бактерии) способны доставить растениям только один элемент их питания – азот. Эти бактерии малоподвижны, и возможность охвата их корневой системой растения тоже относительно невелика. Поэтому питание растений при наличии ограниченности видов бактерий в почве получается однообразным и неполноценным.

Для того чтобы растения не голодали, на помощь им приходят микоризообразующие грибы, позволяющие получить доступ к любой точке питания за многие метры вокруг. Взаимодействие растений и грибов происходит при помощи микоризы (грибокорня). Микориза – это обитание грибницы (мицелия) грибов на корневой системе растений. Ножки грибов представляют тонкие нити, которые, сплетаясь, образуют грибницу. Мицелий обволакивает корни растений, иногда даже проникает в ткани корня, и, распространяясь далеко от растения, многократно увеличивает поверхность корня растения. За счет этого растения в десятки раз увеличивают площадь

34

своего питания. Кроме этого, у грибов очень мощный ферментативный аппарат, способный вырабатывать самые различные ферменты. Они способны расщеплять самые разные питательные вещества в почве – как самого детрита (разлагающихся растительных остатков), так и молекул стойких гуминов из запаса питательных веществ. А гумус почвы представлен на 85% стойкими солями гуминовых кислот, т.е. соединениями органической структуры с неорганическими элементами (фосфором, калием и др.), а также азотистыми соединениями.

Итак, растения, выделяя сахара в ризосферу, привлекают грибы и бактерии к обмену. Так же, как выделяя сахара в виде нектара, растения привлекают насекомых для опыления. Причина здесь одна – найти соседа для взаимо выгодного обмена. Микоризообразующие грибы способны реагировать на эти выделения сахаров корневой системой растений. Грибы не могут жить без сахаров, так как не способны размножаться и наращивать без углеводов свои тела. Поэтому грибы дают в обмен на углеводы прежде всего воду. За счет микоризы поверхность корня и всасывающая способность растений увеличивается до 100 раз. При наличии микоризы даже при пониженной почвенной влажности растения не испытывают недостатка во влаге.

Микоризаснабжаетрастениявсемнеобходимымвпитании:минералами, витаминами, ферментами, биостимуляторами, гормонами и другими активными веществами. При наличии микоризы корневое питание растений усиливается до 15 раз.

Но особое значение в питании растений приобретает поступление таких химических элементов, как фосфор и калий. Как известно, эти два элемента напрямую влияют на плодоношение, и при их дефиците снижается урожай. Ферменты микоризы расщепляют труднодоступные соединения гуминовых соединений с фосфором и калием и передают их растениям в обмен на углеводы. Микориза – это самое мощное средство и способ минерального питания растений. Благодаря своей способности переваривать и расщеплять органические и неорганические соединения гумуса микориза очищает почву для растений от избытка солей и кислот.

И еще одно очень важное свойство грибов – их сильные противомикробные и противогрибковые свойства. Например, на злаковых

35

растениях обитают грибы Триходерма лигнорум. Эти грибы способны подавлять около 60 бактериальных и грибковых заболеваний, вызывающих корневые и плодовые гнили, семенные инфекции, макроспориоз, фузариоз, фитофтороз, паршу и другие болезни растений. Грибы выделяют в ризосферу большое количество антибиотиков, подавляющих патогенные организмы разного происхождения, испособствуютоздоровлениюкультурныхрастенийотмногихгрибковых болезней [18].

Таким образом, при развитии живой почвенной микрофлоры – бактерий и грибов – в почве у выращиваемых культур решается целый ряд проблем [18]:

–у растений многократно увеличивается всасывающая способность при обеспечении влагой;

–увеличивается объем поступающих питательных веществ;

–растения приобретают устойчивость к погодным и неблагоприятным почвенным условиям;

–стимулируется рост, цветение и плодоношение культурных растений;

–усиливается иммунитет растений к различным инфекциям;

–растения получают возможность информационного обмена. Процесс гумификации (образования гумуса) происходит сле-

дующим образом. Перерабатывая находящиеся в почве и на почве растительные остатки (детрит), содержащие углерод, а также получая от живых растений углерод в виде глюкозы, почвенная биота растет, множится, умирает. Этот процесс происходит постоянно. Бактериями питаются простейшие (инфузории, амебы, жгутиковые

идр.). Они представляют целую армию хищников в почве. Продукт их переработки – первичный гумус, состоящий из относительно простых соединений углерода. Далее за дело берутся черви, жуки, пауки, клещи. Черви, поедая и перерабатывая погибшие бактерии

ипродукты их жизнедеятельности, делают более сложным по строению, но более плодородным по качеству почвенный материал. Жуки, пауки и клещи также питаются бактериями, грибами, простейшими, мелкими червями. Продуктами их жизнедеятельности являются сложные органические соединения, представляющие собой гумус.

36