Почвозащитная система обработки почвы

Проектирование системы обработки почвы в севооборотах основывается на различиях агроландшафтов, различных требованиях культур к свойствам почвы, мощности пахотного горизонта, проявления эрозийных процессов. В этой связи главным является сохранение плодородия почвы и снижение угрозы эрозионных процессов в том или ином ландшафте.

Принцип почвозащитной направленности системы обработки почвы предполагает её высокую противоэрозийную эффективность. Прежде всего система обработки должна обеспечить сохранение и воспроизводство органического вещества почвы, хотя бы его бездефицитный баланс. С этой целью рекомендуется чередование отвальных, безотвальных, поверхностных способов обработки и прямых посевов.

Доля каждого способа обработки в системе будет зависеть от ландшафта и почвенной разности. В равнинных агроландшафтах отвальная обработка целесообразна под озимый ячмень, предшественником которого является озимая пшеница, под сахарную свеклу, т. е. один раз в пять лет.

В низменнозападинных ландшафтах и на слитых черноземах Южнопредгорной зоны предпочтение отдается глубоким безотвальным способам основной обработки с целью разуплотнения активного корнеобитаемого слоя и увеличение его водопроницаемости

.

Поверхностная обработка и прямые посевы рекомендуются на фоне глубоких и средних отвальных и безотвальных под озимую пшеницу прежде всего по занятым парам или пропашным предшественникам: горох с овсом, соя, кукуруза на силос, подсолнечник, кукуруза на зерно (южные районы,
регионы России).

В агроландшафтах равнинных, подверженных временному переувлажнению и подтоплению осенне-зимними осадками для снижения гидроморфизма в систему основной обработки почвы два раза в ротацию севооборота под глубокоукореняющиеся культуры включается безотвальное глубокое рыхление и на его фоне применяется вспашка, поверхностная обработка и прямые посевы.

Такая обработка способствует сохранению влаги, устраняет перегрев почвы, предотвращает интенсивное испарение, снижает снос почвы ветром. Однако спелость почвы весной наступает позже и в верхнем слое увеличивается засоренность, накапливаются возбудители болезней и вредителей.

Принцип ресурсосбережения реализуется путем минимализации обработки почвы в системе севооборотов. Основой минимализации является состояние агрофизических свойств почвы, высокий уровень плодородия. Оптимальными параметрами плотности является 1,2-1,3 г/см3.

Чернозём выщелоченный в Западной Сибири тяжелосуглинистого гранулометрического состава (северная лесостепь юга Тюменской области) и плотностью 0-30 см слоя почвы от 1,22 до 1,31 г/см3. Черноземы Кубани имеют слабоглинистый гранулометрический состав, т. е. это тяжелые почвы с равновесной плотностью в зависимости от разновидности чернозема от 1,25 до 1,4 г/см3. Содержание гумуса колеблется от 3,4 до 4,0 %.

Уменьшением глубины обработки или применение прямых посевов на фоне вспашки или чизельной обработки почвы. Минимализация системы обработки должна решаться конкретно для каждого агроландшафта и хозяйства с учетом всех выше перечисленных требований.

Создание оптимальных условий питания растений за счет повышения плодородия почвы и рационального применения удобрений – важнейшее условие высокопродуктивного и устойчивого земледелия. К группе наиболее важных для питания растений относятся макроэлементы – азот, фосфор, калий, магний, сера и железо. Для нормального роста и развития растений необходимы микроэлементы: бор, марганец, медь, цинк и кобальт.

Территориально дифференцированная на уровне рабочих участков, полей (а при необходимости и более детально) система удобрения является важной составной частью адаптивно-ландшафтной системы земледелия и взаимосвязана с остальными ее элементами. Поэтому она разрабатывается, опираясь на запроектированную структуру севооборота. запланированные способы обработки почвы, а также материалы анализа агроэкологического качества земель.

Система удобрения проектируется по каждому участку (полю), выделенному при землеустройстве из единых массивов агроэкологических типов земель – однородных по почвенно-геоморфологическим, микроклиматическим условиям, требованиям основных культур и технологиям их возделывания. Состав и структура системы удобрения согласуется с обеспеченностью рабочего участка (поля) природными ресурсами (ФАР, теплом, влагой, плодородием почв) и с технологией возделывания сельскохозяйственных культур.

Особая роль отводится содержанию гумуса в почве, так согласно данных ГСАС «Тюменская» содержание гумуса в почвах пашни 5,3 % и остаётся на одном уровне за последние 10 лет. Однако следует учитывать, что за этот период почв с низким содержание гумуса (<4 %) снизилось с 330 тыс. га до 275 тыс. га или с 27,4 % до 25,2 %. Из этого вытекает заключение, что в почве с более высоким содержанием гумуса – его запасы снизились.

Вместе с этим согласно Тюменьстата на 01.07.2018 г. поголовье крупного рогатого скота на юге Тюменской области составляет в сельскохозяйственных предприятиях 134,0 тыс. голов, свиней – 204,2 тыс. голов, овец, коз – 3,7 тыс., птиц – 8509,8 тыс. голов.

Рекомендуется вносить органические удобрения в полуперепревшем виде. Такое состояние например, навоз дотигает в условиях нашей области при плотном хранении в осенне-зимне-весениий период через 4-5 месяцев, а при рыхлом – через 2-3 месяца. Полуперепревший навоз теряет до 30 % массы от свежего и теряет до 15
% азота. Таким образом, к практическому использованию органических удобрений остается 1 млн. 450 тыс. т., или на гектар пашни 1 тонны.

Существенный резерв использования в качестве органического удобрения для Тюменской области является торф. Запасы его на южной части Тюменской области (без округов) составляют 1,7 млрд.тонн. Следует учитывать, что торфяники области, как правило, кислые, бедные фосфором, а особенно калием и медью. В чистом виде торф может использоваться под картофель и овощи не только для улучшения агрохимических, но и для водно-физических свойств почв, что связано с механизацией производственных процесов. Для этого применяется сильноразложившийся высокозольный (>10 %) торф с рН > 5,5 и высокой нормой – до 1000 т/га.

Экономически и экологически выгоднее органические удорбрения применять после компостирования, особенно если один из компонентов будет торф. Применнеие торфа, навоза и компостов экономически целесообразно использовать на полях расположенных в радиусе до 3-4 км от мегаферм и торфоразработок. Представляет интерес как органическое удобрение в Тюменской области для товаропроизводителя и сапропель.

В пространстве система удобрений ограничена рубежами рабочего участка, а временные границы определяются длительностью одного цикла чередования сельскохозяйственных культур в севообороте на участке. Общая схема технологии проектирования системы удобрений для адаптивно-ландшафтной системы земледелия приведена на рисунке 5. При этом закладывается дифференцированная система удобрений по полям и рабочим участкам хозяйства (Основы АЛСЗ, 2016).

Биологизированные наиболее полно удовлетворяют потребность выращиваемых культур в элементах питания на протяжении всей вегетации, а также обеспечивают сохранение и воспроизводство почвенного плодородия. В основе биологизированной системы удобрений лежит максимальное использование местных ресурсов: органических удобрений и фитомелиорантов и на их фоне внесения в почву средних норм минеральных удобрений.

Выращивание бобовых культур и прежде всего многолетних бобовых трав позволяет за счет биологической фиксации азота воздуха решить проблему растительного белка, сохранить плодородие почвы и значительно сократить затраты на применение минеральных удобрений. Продукция, полученная с участием симбиотически фиксированного азота, отличается высокими пищевыми и кормовыми качествами, безвредна для человека и животных.

После возделывания гороха и сои в почве остается с корневыми и пожнивными остатками 80-100 кг/га азота, а после люцерны до 300 кг т.е. больше, чем растения выносят его из почвы за вегетацию. Этого азота достаточно для того чтобы дополнительно получить с 1 га 3,0-9,0 т зерна за время последействия растительных остатков (2-3 года).

Поэтому, выращивая бобовые культуры, активно фиксирующие азот воздуха, можно решить проблему сохранения и даже расширенного воспроизводства плодородия почвы, а также значительно повысить урожайность зерновых культур без применения удобрений. Кроме этого при отсутствии животноводства, люцерну со второго и третьего укоса, можно использовать в качестве зеленого удобрения, что также существенно снизит себестоимость возделываемых культур.

В биологизированной системе удобрений важное значение имеют органические удобрения. К ним относятся навоз, навозная жижа, птичий помет, солома и зеленые удобрения. Их называют местными удобрениями, так как они используются в хозяйстве на местах получения и содержат небольшое количество азота, фосфора и калия по сравнению с минеральными.

Навоз является основным органическим удобрением. Он содержит все элементы питания, необходимые для растения: азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу, а также микроэлементы – железо, бор, цинк, медь, молибден, марганец, кобальт.

Под влиянием навоза и других органических удобрений улучшаются физико-химические свойства почвы, ее водный и воздушный режим, уменьшается вредное действие почвенной кислотности на рост растений и жизнедеятельность микроорганизмов.

При этом действие навоза повышается с увеличением норм внесения. Так, при внесении 200 т/га навоза под сахарную свеклу положительное его влияние на урожайность полевых культур прослеживалось в течение пяти лет. Результаты многолетних опытов, проведенных в различных почвенно- климатических зонах страны и за рубежом, показали, что наиболее эффективно применять навоз совместно с минеральными удобрениями.

Так, внесение 200 т/га навоза один раз в ротацию 11-польного зернотравяно- пропашного севооборота и применение минимальной нормы минеральных удобрений (в среднем по севообороту N39P32К20) обеспечивает такой же уровень урожайности возделываемых культур, как и одни минеральные удобрения в норме вдвое больше N78P64К40.

Несмотря на непрерывно расширяющееся производство минеральных удобрений, навоз является важнейшим источником питательных веществ для растений. Д. Н. Прянишников писал: «Как бы ни было велико производство минеральных удобрений в стране, навоз никогда не потеряет своего значения как одно из главнейших удобрений в сельском хозяйстве».

Важным приемом пополнения почвы органическими веществами является возврат в почву органического вещества в виде соломы и всех пожнивных остатков в почву, а также выращивание сидератов. Солома и пожнивные остатки других полевых культур содержат 35-40% углерода в форме различных органических соединений и являются важным источником углерода для образования гумуса почвы и углекислоты для воздушного питания растений. Поэтому пожнивные остатки всех возделываемых в хозяйстве культур следует использовать в качестве органического удобрения.

Солому озимых колосовых культур сначала необходимо заделать дисковыми орудиями на глубину 8-10 см, а затем запахать на нужную глубину. При мелкой заделке соломы лучше протекают микробиологические процессы в почве, происходит более быстрая минерализация органических соединений и меньше накопление токсических соединений (летучих кислот). При такой заделке соломы более интенсивно размножаются почвенные микроорганизмы, что способствует ускорению утилизации органического вещества.

Таким образом, применение соломы и корнепожнивных остатков как удобрения улучшает физико-химические свойства почвы, уменьшает потери азота, повышает доступность фосфатов почвы в результате улучшаются условия питания растений.

Зеленое удобрение, или сидерация, применяется для обогащения почвы органическим веществом и азотом. Для этих целей выращивают и заделывают в почву такие культуры как вика, зимующий горох, горчица белая, редька масличная и рапс. Сидеральные культуры можно высевать как парозанимающие и промежуточные.

Из общего объёма потребности органических удобрений Тюменской области 15 млн.тонн для оптимизации минерального питания агроценозов и обеспечения воспроизводства плодородия почвы 4,2 млн. тонн предлагается компенсировать сидератами.

Как и солому их целесообразно применять на удаленных полях от мегаферм, свинокомплексов, птицефабрик. В качестве зеленых удобрений выгоднее использовать бобовые культуры (горох, вика, бобы) и отаву многолетних трав последнего года выращивания (клевер, люцерна, люпин, донник и др.).

Внесение удобрений в системе севооборота намного эффективнее, чем при хаотичном, бессистемном чередовании культур. Это объясняется оптимальным распределением удобрений по культурам севооборота, меньшей засоренностью посевов и улучшением водного режима. Биологизированная система земледелия предусматривает разработку для каждого севооборота системы удобрения с учетом баланса основных элементов питания. Дозы азота, фосфора и калия необходимые для возмещения их выноса урожаем рассчитываются с учетом возврата основных элементов питания с пожнивными остатками возделываемых в севообороте культур и навоза.

По рекомендациям научных учреждений, для сохранения окружающей среды от загрязнения, применяемые дозы азотных удобрений не должны превышать 100 % интенсивности баланса. Интенсивность баланса по подвижному фосфору должна составлять 100-120 %, а допустимый интервал этой величины по обменному калию 50-70 %.

Расчет интенсивности баланса основных элементов питания в примерных системах удобрений полевых севооборотов, разработанных для различных агроландшафтах и почвенно-климатических зон края, показал, что рекомендуемые нормы удобрений обеспечат сохранение окружающей среды.

Система удобрений включает 2 этапа: Первый этап включает разработку и выполнение организационно- хозяйственных и экономических мероприятий, связанных с производством, заготовкой, закупкой, перевозкой и хранением удобрений; Второй этап – это рациональное распределение удобрений по севооборотам и внутри их под различные культуры.

Система удобрений в хозяйстве – это комплекс предусматривающий:

• механизированные складские помещения для правильного хранения минеральных удобрений;
• накопление и правильное хранение органических удобрений;
• наличие транспортных средств для перевозки удобрений;
• комплекс по внесению минеральных и органических удобрений;
• известкование кислых и гипсование солонцовых почв.

Планирование урожайности сельскохозяйственных культур является основой для определения потребности сельскохозяйственных культур в элементах минерального питания. Уровень урожайности может устанавливаться по каждому рабочему участку, ориентируясь на плановые урожаи, принятые в хозяйстве, или рассчитываться (прогнозироваться) – на перспективу.

Можно также запланировать урожайность сельскохозяйственной культуры на рабочем участке (поле), используя зональные и региональные нормативные материалы по окупаемости урожаями показателей плодородия почвы и элементов питания из удобрений.

Рождению раздела науки программирования урожаев предшествовали многолетние экспериментальные исследования по фотосинтезу, минеральному питанию, водному режиму и продуктивности культурных растений.

В основу программирования урожаев положен метод баланса основных факторов жизни растений (солнечная радиация, влага, тепло, элементы питания, кислород, углекислый газ). Программирование урожаев исходит из принципа определения реально возможного урожая и разработки интенсивной технологии, обеспечивающей получение расчетной величины и высокого качества урожая.

Разработка получения расчетной урожайности предусматривает определение ряда величин и понятий реальной урожайности:

• потенциальная урожайность (ПУ), которую можно получить в идеальных метеорологических условиях и при соблюдении технологии 5 возделывания, зависит от прихода и процента использования фотосинтетически активной радиации (ФАР);
• при программировании нельзя ориентироваться на уровень ПУ, так как всегда какой-то фактор находиться в минимуме, поэтому выделяют действительно возможную урожайность (ДВУ), которую можно получить в существующих погодных условиях при достаточно высокой технологии возделывания;
• урожайность в производстве (УП) – уровень фактической урожайности, обеспечиваемый в условиях производства при соблюдении рекомендуемой технологии возделывания для зерновых культур.

Урожайность в производстве часто ниже ДВУ по причине неудовлетворительных прогнозов погоды, повреждения растений болезнями и вредителями. Для программирования необходимо установить, как природа «программирует» урожай через приспособление растений к условиям окружающей среды, которое иначе называется саморегуляция посева.

Принципы избыточности действия и обратной связи взаимно дополняют друг друга: чем больше избыточность, тем меньше необходимости в обратной связи, и наоборот. Каждый из этих принципов имеет свои преимущества и недостатки.

С одной стороны, избыточность влечет за собой нерациональный перерасход внутренних ресурсов растений, с другой – повышает жизнеспособность организма в окружающей среде, то есть избыточность и продуктивность посева обратно пропорциональны: чем выше избыточность, тем ниже урожайность культур.

Преимущество обратной связи состоит в том, что действие её всегда согласуется с конкретной ситуацией на поле. Недостаток её обусловлен несколько замедленной перестройкой структуры растения на изменения факторов внешней среды, что связано с некоторой потерей продуктивности
культуры.

Таким образом, для реализации высокой продуктивности культурного растения необходимо искусственно уменьшить степень неопределенности изменения факторов внешней среды и совершенствовать механизм избыточности и обратной связи, то есть разработать систему программирования урожая.

Правильное применение основных законов и закономерностей земледелия. Биологические потребности растения должны быть строго согласованы с условиями выращивания, что возможно только при правильном применении всех законов и закономерностей земледелия, знание которых обязательно для специалистов сельского хозяйства:

• оптимум факторов – растение должно быть обеспечено всеми факторами в оптимальных количествах;
• равнозначность и незаменимость факторов – нельзя один жизненно важный фактор заменить другим (воду – теплом, солнечную энергию – минеральным питанием и т.д.);
• лимитирующий фактор – величину урожая определяет тот фактор, который находится в минимуме;- взаимодействие факторов – совокупность действия факторов на растения всегда эффективнее, чем сумма эффектов от отдельных факторов;
• возврат – питательные вещества, потребленные растением из почвы для формирования урожая, необходимо возвращать в почву ежегодно с удобрениями;
• физиологические часы – при подборе культур для определенной зоны надо учитывать реакцию растений на длину светового дня;
• плодосмен – чередование культур по полям севооборота всегда способствует повышению урожая;
• регулярная система – необходимо учитывать такую особенность растений, как беспрерывное реагирование замедлением или усилением роста на условия внешней среды, и на основе этого правильно проводить районирование возделываемых культур и сортов.

Для примера потенциальная урожайность зерна яровой пшеницы в условиях северной лесостепи Тюменской области составляет 13,74 т/га. В настоящее время аграрии Тюменской области ставят задачу получить среднюю урожайность зерновых 2,5 т/га, что составляет лишь 18,2% потенциальной продуктивности агроценоза. При получении действительно возможной урожайности сельскохозяйственных культур в лесостепной зоне Тюменской области лимитирующим фактором часто становится влагообеспеченность.

В процессе управления продуктивностью важное значение имеет амплитуда изменчивости интенсивности и продолжительности воздействия на растение фактора внешней среды. В качестве основного критерия адаптивности агроэкотипа принимается продуктивность.

В условиях Тюменской области лимитирующим фактором третьего уровня формирования высокой продуктивности агроценозов оказываются тепловые ресурсы. Они находятся в тесной взаимосвязи с радиационным и водным балансом агроландшафтов. Расчёты действительно возможного урожая яровой пшеницы по тепловым ресурсам в северной лесостепи при благоприятных биогидротермических условиях составляют 8,38 т/га.

Определение потребности в органических удобрениях (ОУ) проводится с учетом не только дополнительного поступления элементов минерального питания растений, но и выполнения ими функции регулирования в почвах баланса органического вещества. Потребность в ОУ находят по результатам расчета в проектируемом севообороте баланса гумуса любым из корректных методов.

Может оказаться, что запланированная исходно структура отдельного севооборота или системы севооборотов в целом не отвечает условиям стабилизации гумусного состояния почв, поскольку расчетная потребность в органических удобрениях превышает экономические возможности хозяйства или выход органических удобрений по хозяйству. В этом случае целесообразно (если позволяют климатические условия и организационно-технические возможности хозяйства) запланировать использование в севообороте дополнительных сидеральных культур, поукосных или пожнивных их посевов, и запахивание нетоварной части урожая.

При программировании урожайности необходимо выполнить три основных этапа:

• первый этап – установление для определенной почвенно- климатической зоны лимитирующего комплекса факторов и обоснование возможного урожая на основе его моделирования;
• второй этап – разработка комплекса соответствующих агротехническихмероприятий с выбором конкретных количественных критериев эффективности производства (максимально возможная урожайность, максимальный доход или минимальные затраты для получения заданной
  урожайности);
• третий этап – обеспечение оперативных наблюдений за фондом формирования урожая и внесения уточнений в систему запланированных
  агротехнических мероприятий в соответствии со складывающимся агрометеоположением.

На новом этапе разработки и совершенствования систем земледелия цель максимального производства продукции остается, но достигаться она должна на основе максимально сбалансированного использования ресурсного потенциала без ущерба для окружающей среды.