Основы системной технологии восстановления почвенного плодородия с использованием незерновой части урожая и сидеральных культур

Введение. Устойчивое развитие сельского хозяйства и всего агропромышленного комплекса должно базироваться на воспроизводстве естественного плодородия почв, однако во многих регионах России этот показатель снижается прогрессирующими темпами в связи с тем, что вынос элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур значительно превышает их внесение в почву [1]. Одна из причин – недооценка роли органических удобрений и сидератов. В настоящее время в южных регионах России органических удобрений вносится всего 0,4–0,6 т на гектар пашни вместо 10–15 т/га [2, 3]. Ввиду несовершенства и дороговизны технологий производства высококачественных органических удобрений, наиболее приемлемым способом сохранения почвенного плодородия является применение сидератов (зеленых удобрений) и использование незерновой части урожая.

Анализ состояния вопроса. Зеленые удобрения производятся за счет быстрого прорастания специфических полевых растений, способствующих улучшению структуры почвы, насыщению её азотом и комплексом микроэлементов. В процессе прорастания сидеральные культуры максимально используют полезные компоненты воздуха, отдавая затем в почву питательные вещества и кислород. Установлено, что их применение существенно повышает насыщенность почвы азотом, гумусом, способствует структурированию всего продукционного горизонта почвы [4, 5]. Также к очевидным преимуществам использования сидератов можно отнести дешевизну их применения; неприхотливость сидеральных культур, которые быстро прорастают и практически не нуждаются в уходных работах; корни сидератов глубоко проникают в почвенный слой, структурируя и обогащая его минералами; густой покров из зеленых удобрений предотвращает рост сорняков и способствует удержанию влаги, оберегает растения и землю от солнечных лучей.

Другим важным направлением сохранения почвенного плодородия является использование незерновой части колосовых культур в качестве источника органического вещества, дополнительно обеспечивающее ряд преимуществ в условиях засушливого земледелия [6, 7].

На основании совокупности этих положений целью представленного исследования является разработка системного подхода к применению сидеральных культур и использованию незерновой части урожая в засушливых условиях юга России.

Условия и методы исследований. В полу-аридных условиях сельскохозяйственного производства юга России применение сидератов в качестве фи-томелиоративных культур связано с существенными техническими и технологическими сложностями. В связи с интенсивной потерей влаги почвой в таких зонах операция посева должна осуществляться по стерне, практически одновременно с уборкой урожая. Поэтому предложенная системная технология предусматривает уборку колосовых культур очесом на корню, посев сидеральных культур в стеблестой незерновой части урожая (НЧУ), послеуборочную основную обработку почвы, позднеосеннюю заделку вегетативных масс НЧУ и сидератов, обеспечивающих сохранение и повышение почвенного плодородия.

При внедрении системы фитомелиоративных промежуточных засевов особая роль отводится выбору рациональных с точки зрения агроклиматических условий сортов и гибридов сидеральных культур. Они должны быть климатизированы к гидротермическому коэффициенту зоны применения, в краткий период между посевами «основных» культур фитомелиора-тивные посевы должны обеспечить эффективное накопление в почве азота, гумуса и других важных составных почвенного плодородия [4].

Важным элементом предложенного технологического процесса является применение очесывающей жатки. В отличие от широко применяемых в настоящее время прямоточных и валковых жаток, очесывающие адаптеры отделяют от растений зерновых культур только их колосовую часть, практически не разрушая стебли. Основные достоинства очеса: солома остается на корню, а в убранной хлебной массе доля зерна составляет 80%, т.е. в 2 раза больше, чем при традиционной уборке; снижаются на 40% затраты на ГСМ; повышается производительность комбайна; незерновая часть урожая способствует сохранению почвенного плодородия после заделки её в почву [8]. Важную роль также играют машины для посева сидеральных культур, их заделки в почву.

В основу предложенного комплекса машиннотракторных агрегатов (МТА) на базе системной технологии уборки зерновых колосовых культур очесом с одновременным посевом сидеральных культур была положена структурная схема (рисунок 1) процесса восстановления почвенного плодородия на основе оригинальных технических средств и технологических операций.

Управление технологическим процессом восстановления почвенного плодородия (ПП)

Рисунок 1 – Структурная схема процесса восстановления почвенного плодородия на основе системной технологии уборки зерновых колосовых культур очесом стеблестоя с одновременным посевом сидеральных культур

Из рисунка 1 видно, что в предложенной схеме можно выделить следующие основные элементы:

– уборка очесом на корню предусматривает накопление надкорневой массы НЧУ (Мнк) и наличие корневой массы НЧУ (Мк). После уборки почвенное плодородие ПП→min, содержание (NPK)→min и наличие почвенной влаги WП→min;

– посев сидеральной культуры предусматривает последующее увеличение её надкорневой ( М нк ) и корневой ( М к ) массы. На этом этапе по-прежнему ПП→min, содержание (NPK)→min и наличие почвенной влаги W П →min;

– заделка НЧУ и сидеральной культуры в почву предусматривает восполнение её некоторыми недостающими питательными элементами, а в сочетании с предварительной глубокой обработкой почвы – накопление и сохранение почвенной влаги, т.е. ПП→opt, содержание (NPK)→opt и наличие почвенной влаги W П →opt;

– предпосевная обработка почвы и посев семян основной сельскохозяйственной культуры с учетом реализации предыдущего этапа происходит на фоне ПП→opt, содержание (NPK)→opt, наличие почвенной влаги W П →opt.

Эффективность реализации предложенного системного подхода требует управления технологическими процессами на всех этапах и контроля за их выполнением.

Результаты исследований и их обсуждение. Для реализации рассматриваемого системного подхода предлагается комплексная структура МТА на базе мобильного энергетического средства (МЭС) пятого поколения [9] для уборки зерновых колосовых культур очесом стеблестоя и посева сидеральных культур, а также МТА, обеспечивающие выполнение основной обработки почвы с пожнивным стеблестоем НЧУ и сидератами с последующим посевом основной культуры (рисунок 2).

На первом этапе реализации технологии предложено применение многопроцессного МТА с очесывающим адаптером; прицепным комбайном и бункером-прицепом для накопления и перегрузки зерна [10] (рисунок 2.1).

В сравнении с применяемыми самоходными зерноуборочными комбайнами предложенный зерноуборочный агрегат имеет ряд преимуществ:

• –    возможность использования отдельных элементов агрегата (энергосредство, навесное почвообрабатывающее орудие, транспортное устройство) в производстве во внеуборочный период;

• –    сокращение удельного давления на пахотный слой почвы, предотвращение уплотнения пахотного и подпахотного слоев почвы;

• –    совмещение процессов уборки урожая и поверхностной обработки почвы (при необходимости) позволяет исключить разрыв во времени между выполнением этих операций, снизить их суммарную трудоемкость;

• –    в сочетании с использованием покровного слоя соломы почвообработка одновременно с уборкой позволяет снизить потери влаги испарением в наибо-

• лее жаркий послеуборочный период, повысить способность почвы к накоплению атмосферной влаги. При этом сокращается количество проходов агрегатов по полю в сравнении с традиционными технологиями.

Посев семян сидеральных культур (второй этап разрабатываемой технологии) предложено проводить многопроцессным МТА на базе многофункционального МЭС пятого поколения, на которое навешены распределитель семян с вертикально-роторными бросковыми аппаратами (в передней части) [11] и широкозахватная борона-мотыга (рисунок 2.2).

По сравнению с классическими посевными агрегатами применение предложенного многопроцессного МТА позволяет добиться ряда преимуществ:

• –    существенного повышения производительности МТА (как за счет повышения рабочей скорости, так и за счет увеличения ширины захвата агрегата);

• –    возможности использования отдельных элементов агрегата (энергосредство, распределитель, борона-мотыга) в реализации других технологий;

• –    возможности работы по любым фонам;

• –    возможности сохранения стерни на поверхности поля;

• –    применения борон-мотыг, что позволит выполнить комплекс мероприятий по сохранению почвенной влаги и аэрации почвы.

Для основной обработки почвы (третий этап) предполагается использовать чизельный плуг-глубокорыхлитель (рисунок 2.3) с продольно- и поперечно-попарным расположением рабочих органов [12]. Благодаря такой компоновке достигается ряд преимуществ:

• –    второй по ходу движения рабочий орган рыхлителя будет перемещаться в открытой борозде, образованной впереди идущим рабочим органом. Это приводит к сокращению расхода ТСМ на разделку верхнего, пронизанного корневой системой стерни и сидератов почвенного горизонта. Кроме того, снижение числа борозд, нарезаемых стойками рабочих органов, будет содействовать росту сохранности стерни, сокращению испарения влаги через борозды;

• –    продольно- и поперечно-попарное расположение рабочих органов позволяет существенным образом уменьшить количество открываемых на поверхности поля борозд, повысить степень сохранности стерни и сидератов, сократить забиваемость рабочих органов;

• –    повышается степень крошения (интенсивность рыхления) почвы.

В отличие от стерни прямое измельчение и заделка массы сидеральных культур дисковыми боронами и дискаторами малоэффективны. Это связано с тем, что спутанная, густая масса забивает рабочие органы, наматывается на вращающиеся узлы. В таких условиях предлагается использовать предварительное уплотнение и частичное раздавливание сидеральной массы тяжелыми кольчатыми катками.

Рисунок 2 – Комплекс МТА для реализации предложенной технологии возделывания сельскохозяйственных культур

Причем применение многопроцессных МТА позволяет ориентироваться на однопроходную реализацию процессов «плющения» и дискования массы (рисунок 2.4).

При посеве основной культуры , например, озимой пшеницы, применение МЭС пятого поколения также позволит сформировать многопроцессный (комбинированный) агрегат, способный работать по самым различным фонам и типам почв, совмещая операции посева с обработкой почвы (рисунок 2.5). При этом возможно комплектование агрегата, позволяющего за один процесс производить измельчение и заделку сидератов, а также посев семян основных культур и их прикатывание (рисунок 2.6).

Заключение. В исследовании представлена структурная схема процесса восстановления почвенного плодородия на основе оригинальных технологических операций и технических средств для их реализации. В предложенной схеме выделяются следующие основные элементы: уборка зерновой культуры-предшественника очесом на корню; посев сидеральной культуры по стерне в сочетании с глубоким рыхлением почвы; заделка НЧУ и сидеральной культуры в почву, а также сочетание предпосевной обработки почвы и посева семян основной сельскохозяйственной культуры. В статье рассмотрена комплексная структура МТА для реализации системной технологии восстановления почвенного плодородия с использованием НЧУ и сидеральных культур, основанная на применении многопроцессных мобильных энергосредств пятого поколения. При уборке зерновых культур предполагается применять МТА с очесывающим адаптером; прицепным комбайном и бункером-прицепом для накопления и перегрузки зерна. Посев семян сидеральных культур предложено проводить с использованием многофункционального МЭС, на которое навешены распределитель семян с вертикально-роторными бросковыми аппаратами (в передней части) и широкозахватная борона-мотыга. Для основной обработки почвы (третий этап) предполагается использовать чизельный плуг-глубокорыхлитель с продольно- и поперечнопопарным расположением рабочих органов. Перед заделкой сидератов и НЧУ в почву предусмотрено предварительное уплотнение и частичное раздавливание сидеральной массы тяжелыми кольчатыми катками, причем применение многопроцессных МТА позволяет ориентироваться на однопроходную реализацию процессов «плющения» и дискования массы. При посеве основной культуры, например, озимой пшеницы, применение МЭС пятого поколения также позволит сформировать многопроцессный (комбинированный) агрегат, способный работать по самым различным фонам и типам почв, совмещая операции её обработки и посева культуры. В сравнении с традиционными технологиями и техническими средствами предложенная система позволяет добиться ряда преимуществ: снижение суммарной стоимости применяемого машиннотракторного парка; возможности использования отдельных элементов уборочного агрегата во внеубо- рочный период; сокращения удельного давления на пахотный слой почвы, предотвращения уплотнения пахотного и подпахотного слоя почвы; сокращения трудоемкости технологического цикла за счет совмещения ряда операций; повышения способности почвы к влагонакоплению и одновременного снижения потерь влаги испарением в наиболее жаркий послеуборочный период за счет наличия покровного слоя соломы и сидератов на поверхности глубоко взрыхленного почвенного пласта; обеспечения системного подхода к максимально эффективному использованию растительных органических удобрений, что будет способствовать системному восстановлению почвенного плодородия при достаточно высокой рентабельности производства зерновых культур.