Инновационные технологии прямого посева зерновых культур

Введение

Одной из целей Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2025 годы является «обеспечение стабильного роста производства сельскохозяйственной продукции».

Значительную долю в общей посевной площади сельскохозяйственных культур Российской Федерации (79,6 млн га) занимают зерновые и зернобобовые культуры, которые в 2018 г. были посеяны на площади

46,3 млн га, что составляет 58,2% общей площади. Валовой сбор зерна составил 113,3 млн т, средняя урожайность – 25,4 ц/га. В системе мероприятий по обеспечению повышения урожайности зерновых культур важным звеном является рациональная обработка почвы, благодаря которой улучшаются ее воздушный, водный, тепловой и питательный режимы, регулируются в желательном направлении биологические процессы и темпы минерализации органических веществ, уничтожаются сорняки, болезни и вредители сельскохозяйственных растений, создаются условия для защиты почвы от эрозии и проведения высококачественного сева.

Вся история земледелия основана на отвальной системе обработки почвы. Однако в конце ХХ в. такая система перестала удовлетворять потребности человечества. К главным ее недостаткам относятся большая энергоемкость, низкая производительность, снижение плодородия почвы, уменьшение содержания гумуса. Кроме того, данная система не справилась с уничтожением болезней, сорняков и вредителей.

Обработка почвы является самым энергоемким и дорогим процессом в сельскохозяйственном производстве. При неправильном выборе приема или системы обработки проявляются негативные процессы. Почва быстро теряет гумус, распыляется, уплотняется, усиливаются эрозионные процессы.

Обработка почвы является одним из основных элементов земледелия. Наиболее важные ее задачи:

• создание условий для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур;
• сохранение и повышение плодородия почвы;
• создание оптимальных условий для посева и прорастания семян, ухода за посевами;
• изменение строения и агрегатного состава обрабатываемого слоя почвы с целью создания благоприятного для растений водного, воздушного, теплового и питательного режимов, активизации микробиологических процессов;
• очищение почвы от сорных растений, их семян и вегетативных органов размножения, а также возбудителей болезней и вредителей сельскохозяйственных культур;
• заделка в почву растительных остатков и удобрений;
• предупреждение эрозионных процессов и связанных с ними потерь воды и питательных веществ;
• изменение формы поверхности почвы с целью регулирования водного и теплового режимов почвы.

С учетом операции посева выделяют следующие основные технологии или системы обработки почвы: традиционная, минимальная и нулевая (No-Till).

Важнейшей характеристикой традиционной почвообработки является ежегодное рыхление пахотного слоя плугом. При этом сорняки и растительные остатки заделываются в почву и 80-90% запаханных семян погибает. Создаётся рыхлый пахотный слой без растительных остатков, который позволяет применять традиционную почвообрабатывающую и посевную технику. Традиционное земледелие считается энергозатратным, так как на обработку почвы приходится около 30-40% всех затрат на возделывание основных сельскохозяйственных культур.

Минимальная обработка почвы – агротехническая система обработки, позволяющая уменьшить интенсивность механического воздействия на почву и число проходов машин по полю в течение всего технологического цикла возделывания сельскохозяйственной культуры. При этом предотвращаются эрозия и дефляция почв, сокращаются потери влаги и уплотнение почвы, затраты средств и энергии на выполнение работ и единицу получаемой продукции, возрастает устойчивость растениеводства и урожайность сельскохозяйственных культур при проявлении экстремальных погодных факторов (малоснежная морозная зима, засуха и др.), в 1,5-3 раза повышается производительность труда, уменьшается потребность в технике.

Минимализация обработки почвы осуществляется в следующих основных направлениях: замена отвальной вспашки безотвальным глубоким рыхлением; замена сплошного глубокого рыхления полосным (чизельным) разуплотнением нижних слоев или ярусно-полосным, например, плоскорезно-щелевым или щелевым рыхлением мульчированного или стерневого агрофона; ограничение глубины безотвального рыхления верхним (менее 20 см) или поверхностным (на 8-10 см) слоем почвы; совмещение сплошной культивации или дискования необработанной почвы с посевом; полосное рыхление верхнего слоя в зоне высева семян, совмещенное с посевом.

Эффективными приемами минимальной обработки, сокращающими количество проходов агрегатов, также являются совмещение операций основной и дополнительной обработок, основной и предпосевной обработок, предпосевной обработки, а также замена механических обработок химическими.

No-Till представляет собой форму инновационной ресурсосберегающей системы земледелия (от англ. «no-till» – «не пахать») и используется для обозначения технологии возделывания сельскохозяйственных культур без обработки почвы, с сохранением на её поверхности пожнивных остатков. Главные цели – запустить естественные процессы на поле и восстановить естественное плодородие почвы.

Основные принципы технологии No-Till: отсутствие предварительной подготовки почвы; прямой посев; минимальное повреждение структуры почвы; сохранение и накопление растительных остатков на поверхности.

Практика использования No-Till показала, что лучшая структура почвы, увеличение количества дождевых червей, микробиологические процессы достигаются при условии отсутствия какой-либо обработки. Любая обработка почвы приводит к образованию плужной подошвы, которая препятствует естественным процессам и развитию растений. Применение данной технологии позволяет сохранять и накапливать растительные остатки в верхнем слое почвы. С помощью бактерий происходит минерализация растительных остатков и увеличивается органическая масса. Это, в свою очередь, приводит к увеличению основного элемента плодородия почвы – гумуса. Растительные остатки также препятствуют водной и ветровой эрозии. Благодаря им плодородный слой почвы не смывается во время сильных дождей, растительные остатки защищают почву также при суховеях, защищают поверхность поля во время засухи от солнца. Разница температур открытого грунта и почвы, защищенной растительными остатками, колеблется летом между 20 и 30ºC. Таким образом, влага, которую может использовать растение, сохраняется под растительными остатками гораздо дольше.

Практически все преимущества прямого посева обусловлены постоянным покрытием почвы, и лишь немногие из них тем, что почва не обрабатывается. Доказано, прямой посев без остатков на поверхности приводит к неудачам. Поэтому необходимо стремиться к увеличению до максимума производства биомассы. Оптимальный объем сухой биомассы составляет более 10 т/га в год. Если же остатков недостаточно, то нужно посеять быстрорастущее зеленое удобрение. Зеленое удобрение должно не закапываться, а только укладываться на поверхность почвы.

При использовании технологии No-Till сокращаются  расходы на топливо, уменьшается парк используемой сельскохозяйственной техники и эксплуатационные расходы на ее содержание, количество проходов по полям и число операций. В различных условиях и на разных культурах снижение производственных затрат при этом составляет от 25 до 50%.

Одним из элементов технологии No-Till является прямой посев – размещение семян в необработанную почву. Для этого используют сеялки прямого посева, которые способны выполнить эту операцию.

Они имеют свои конструктивные особенности и отличаются от традиционных сеялок. Прямой посев в соответствии с ГОСТ 16265-89 Земледелие. Термины и определения определяется как «...посев без предварительной обработки почвы». Хотя в нашей стране понятия технологий No-Till и прямого посева часто отождествляются, следует отметить, что прямой посев может применяться и в других случаях, например, в 7-польном севообороте 2-3 раза за ротацию, чередовании со вспашкой, мелким или глубоким рыхлением .

Фермеры США, Аргентины, Бразилии и Австралии много десятилетий активно используют систему No-Till, апробированную на примере как влажных, так и сухих регионов мира. Во многих из них она включается в национальные программы развития сельского хозяйства или поддерживается соответствующей политикой.

По рекомендации ФАО технология должна базироваться на трех основных взаимосвязанных принципах: отсутствие какой-либо механической обработки почвы; постоянное присутствие на ее поверхности органических остатков; плодосмен культур (севооборот).

Указанные принципы достаточно универсальны и применимы ко всем сельскохозяйственным ландшафтам. Международный опыт показывает, что их соблюдение – нечто большее, чем просто сокращение механических обработок. В почве, которая  не обрабатывается  в течение многих лет, растительные остатки сохраняются на ее поверхности, что приводит к образованию слоя мульчи, защищающего поверхность от эрозии и создающего благоприятный режим температуры и влажности. Кроме того, при этой технологии особое значение приобретают экономическая составляющая сельскохозяйственного производства, ее рентабельность.

В последние годы наблюдается значительный рост мировых площадей использования технологии, среднегодовой темп с 2008 по 2015 г. составил 10,5 млн га (рис. 1.1).

По данным ФАО, в 2015-2016 гг. почвосберегающее земледелие, основанное на трех отмеченных ранее принципах, практиковалось на площади 180 млн га, что составляет 12,5% площади пахотных земель в мире (табл. 1.1-1.2). Лидерами являются США, Бразилия, Аргентина и Канада (19,9-43,2 млн га), Россия находится на 37 месте (5 млн га). По доле площади почвосберегающего земледелия каждого региона от мировой и площади пахотных земель в регионе на первом месте находится Южная Америка (38,7 и 63,2% соответственно). В России вместе с Украиной эти показатели составляют только 3,2 и 3,6%. В Европе прямой посев не получил широкого применения, она находится на предпоследнем месте с показателями 2 и 5%.

1.1.Объемы использования почвосберегающего земледелия по странам мира

1.2.Объемы использования почвосберегающего земледелия по регионам мира

В России в настоящее время не представляется возможным достоверно оценить внедрение технологии прямого посева. Это связано с разными причинами, одной из которых  является отнесение  к прямому посеву энергосберегающих систем обработки, что искажает учет. Тем не менее в некоторых регионах страны достаточно активно предпринимаются попытки использования технологии, а в некоторых фермерских хозяйствах успешный опыт работы с нулевой обработкой составляет более 10 лет. Довольно успешно продвигаются по пути перехода к нулевым технологиям сельхозтоваропроизводители Республики Башкортостан, Ростовской, Белгородской, Самарской, Оренбургской, Курганской, Волгоградской областей, Алтайского края и Республики Крым.

На Ставрополье систему No-Till применяют 37 сельскохозяйственных предприятий и 22 крестьянских (фермерских) хозяйства. Наиболее активно ее внедряют сельхозорганизации Буденновского,

Ипатовского, Петровского и Советского районов. По площади применения данной технологии Ставропольский край входит в пятерку регионов-лидеров Российской Федерации: Ростовская область – более 400 тыс. га, Белгородская область – более 300 тыс., Волгоградская область – около 350 тыс. и Ставропольский край – 277 тыс. га.

При внедрении технологии прямого посева возникают проблемы, свойственные не только нашей стране, но и всему миру. Во-первых, выбор модели сеялки, адаптированной к почвенно-климатическим условиям, а также направление сева культур, которое необходимо ежегодно менять, чтобы избежать накатывания колеи. Во-вторых, пожнивные остатки необходимо равномерно распределять по поверхности почвы, что достаточно часто не соблюдается. В результате образуются скопления соломы, затрудняющие последующий сев, под которыми происходит «выпревание» семян. В-третьих, чередование культур – использование «длинных в пять-семь лет» севооборотов в условиях меняющейся конъюнктуры рынка представляет собой определенную сложность.

Кроме того, при переходе на технологию прямого посева могут возникнуть следующие проблемы:

• увеличение засоренности посевов, активизация вредителей и болезней вследствие создания благоприятных условий для их жизнедеятельности в оставляемой на поверхности почвы растительной биомассе;
• необходимость увеличения количества обработок посевов пестицидами;
• возрастание потребности в азотных удобрениях (не менее 1-1,5 ц/га физической массы).

По данным ученых и фермеров Канады, Аргентины, Австралии, Украины и Казахстана, полная отдача от No-Till появляется только через 5-7 лет, а естественный биоценоз почвы восстанавливается через 10 лет и начинает активно работать на воспроизводство ее плодородия. В дальнейшем урожайность растет практически без минеральных удобрений, сорняков становится очень мало, в связи с чем применение гербицидов резко сокращается.

Посевные комплексы и сеялки для прямого посева

Сеялка, предназначенная для прямого посева (по технологии No-Till), должна обеспечивать оптимальную глубину заделки семян независимо от того, какое количество растительных остатков находится на поверхности почвы после предшествующей культуры. При этом она должна как можно меньше нарушать строение почвенного профиля, т.е. сделать разрез почвы на необходимую глубину, оставляя нетронутой основную площадь поля. За один проход сеялка должна выполнять следующие операции: производить посев основной культуры, вносить твёрдые минеральные удобрения, а при необходимости создавать бинарный посев с мелкосемянными культурами. При этом основная культура (пшеница, ячмень, подсолнечник и др.) высеваются глубже – на 4-6 см, а мелкосемянная (люцерна, клевер, донник, вика) – на 1,5-2 см. После посева по технологии No-Till прикатывание почвы не проводится, так как каждый сошник имеет прикатывающее и укрывное устройство. Следует отметить, что направление посева необходимо проводить под углом 20-30° к предыдущему направлению посева, это обеспечивает лучшее сохранение растительных остатков на поверхности почвы и некоторое выравнивание ее поверхности.

Сеялка прямого посева отличается от обычной прежде всего своей массой и усиленным давлением на почву. Скорость движения посевного агрегата должна быть не более 7-8 км/ч, так как при большой скорости сеялки не выдерживается глубина заделки семян, а поверхность поля выглядит как задискованная, т.е. сильно нарушается почвенный профиль. В зависимости от конструкции сеялка может иметь в составе сошника колтер (турбонож). Основное назначение колтера – разрезать растительные остатки и почву на необходимую глубину перед рабочим органом сошника. Укрывающее устройство закрывает образовавшуюся щель в почве, что предотвращает испарение влаги из глубоких слоев. В зависимости от типа почвы используется колтер с гладкой или волнистой поверхностью. Гладкий колтер хорошо работает весной при влажной почве. При работе сеялки

с гладким колтером влажная почва не выбрасывается на поверхность и не забивает высевающие диски сошников. Колтер с широкой волной лучше работает осенью при посеве озимых культур, когда почва не очень увлажнена. Комбайны, работающие на полях, где применяется прямой посев, должны быть оснащены измельчителями-разбрасывателями соломы.

Технические данные современных сеялок и посевных комплексов, предлагаемых сельхозтоваропроизводителям в нашей стране, Вы можете рассмотреть в предлагаемом документе:

МСХ РФ: Инновационные технологии прямого посева зерновых культур