Биоэнергетическая оценка минимализации системы основной обработки почвы в зернопаропропашном севообороте

7. Шахматов, С.Н. Технологическая схема для термического обеззараживания и сушки семян зерновых культур энергией ВЧ-поля / С.Н. Шахматов, Г.И. Цугленок// Науч.-техн. бюл.; СО ВАСХНИЛ. - М., 1986. - Вып. 26. - С. 38-40.

8. Шахматов, С.Н. Применение ВЧ-энергии в энергосберегающих процессах сушки семян сельскохозяйственных культур при их термическом обеззараживании / С.Н. Шахматов, Н.В. Цугленок // Сб. тр. ВНИИПТИМЭСХ. - Зерноград, 1989.

9. Шахматов, С.Н. Термический модуль: патент РФ № 2097945 пр. 20.02.95 / С.Н. Шахматов, Н.В. Цугленок, А.В. Арляпов.

10. Шахматов, С.Н. Способ обработки семян и устройство для его осуществления: патент РФ № 2051552 пр. 22.04.92 / С.Н. Шахматов, Н.В. Цугленок, Г.И. Цугленок.

УДК 631.51: 631.582 Н.В. Цугленок, В.К. Ивченко

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МИНИМАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОМ СЕВООБОРОТЕ

В статье приведены результаты исследований по эффективности различных приемов основной обработки почвы в пятипольном зернопаропропашном севообороте. Полученные данные свидетельствуют, что минимализация системы основной обработки почвы под зерновые культуры позволяет получить максимальный прирост валовой энергии на 1 кг топлива, израсходованного для ее проведения, по сравнению с другими вариантами.

Интенсификации производства продукции растениеводства существенно изменяет количественные характеристики антропогенного энергетического потока. Применение мощных технологических комплексов, новых высоко затратных технологий способствует росту суммарной продуктивности растениеводства. Однако наряду с этим, отмечено и увеличение совокупных антропогенных энергозатрат. Расчеты показывают, что количество затрачиваемой энергии на производство единицы продукции растениеводства в этом случае также возрастает. Это приводит к излишней затратности сельскохозяйственного производства, необоснованному росту потребления топливных и материальных ресурсов. При существующей дороговизне топливно-энергетических ресурсов такой путь развития сельскохозяйственного производства не отвечает современным условиям.

Только на основе системного анализа современных методов и технологических приемов производства продукции растениеводства можно сформировать и спрогнозировать эффективные, с энергетической точки зрения, технологические комплексы в растениеводстве [3].

В нынешних условиях ключевой проблемой сельскохозяйственного производства является рациональное использование природных ресурсов. Вполне очевидно, что основой эффективного развития земледелия является разработка и применение энергосовершенных технологических приемов возделывания сельскохозяйственных растений.

Как известно, механическая обработка почвы оказывает самое разнообразное, прямое и косвенное влияние на условия выращивания культурных растений. В то же время она занимает одно из ведущих мест по энергозатратам среди агротехнических мероприятий, направленных на получение высоких и устойчивых урожаев полевых культур.

Из литературы известно, что на обработку почвы приходится 40-50% всех энергетических затрат по выращиванию культуры. Совершенно очевидно, что максимальную эффективность в ресурсосбережении можно получить за счет рационализации приемов основной обработки почвы и, в частности, посредством замены отвальной вспашки на менее затратное плоскорезное или поверхностное рыхление. Ведь безотвальная обработка почвы экономнее вспашки на 15-20% [2].

С целью оптимизации системы основной обработки почвы в пятипольном зернопаропропашном севообороте (пар чистый кулисный - яровая пшеница - ячмень - кукуруза - яровая пшеница) были проведены многолетние исследования в учхозе «Миндерлинское» КрасГАУ. Почва - чернозем выщелоченный, среднемощный, тяжелосуглинистый. Содержание гумуса 7,1%, подвижных форм фосфора 15 мг/100 г почвы, обменного калия - 21 мг/100 г почвы.

Агротехника культур общепринятая для данной зоны. Гербициды вносили по мере необходимости. Борьба с сорняками выходит на передний план при внедрении безотвальной обработки почвы.

И в этом случае механической обработке почвы по праву принадлежит определяющая роль. Ведь от выбора системы обработки почвы зависит распределение семян и вегетативных зачатков сорных растений в обрабатываемом слое. Кроме того, правильная система обработки почвы, улучшая условия роста и развития культурных растений, повышает конкурентоспособность последних.

По нашим данным, засоренность посевов изменяется в зависимости от места культуры в севообороте и технологии обработки почвы.

Результаты изучения степени засоренности культур пятипольного зернопаропропашного севооборота представлены на рис. 1.

180

Пшеница по пару

I I Вариант 11 I Вариант 3 I I Вариант 4 I I Вариант 5 I I Вариант 6 —♦—Вариант 2

Рис. 1. Засоренность посевов зерновых культур (шт/м2) в пятипольном зернопаропропашном севообороте в зависимости от системы основной обработки почвы:

1 - отвальная в паровом поле на 25-27 см, под остальные культуры на 20-22 см; 2 - отвальная в паровом поле на 25-27 см, плоскорезная на 20-22 см под остальные культуры; 3 - отвальная в паровом поле и под кукурузу на 25-27 см, плоскорезная на 20-22 см под остальные культуры; 4 - отвальная в паровом поле на 25-27 см, плоскорезная под остальные культуры на 12-14 см; 5 - плоскорезная в паровом поле на 25-27 см, под остальные культуры на 12-14 см; 6 - плоскорезная в паровом поле на 8-10 см, нулевая под остальные культуры

Полученные данные показывают, что наиболее чистыми были посевы яровой пшеницы после чистого пара. При этом существенной разницы по количеству сорных растений в посевах яровой пшеницы между различными технологиями подготовки чистого кулисного пара практически не установлено.

Под посевами ячменя количество сорных растений увеличивается в 1,2-3,0 раза по сравнению с предшественником. В наименьшей степени (в 1,2 раза) возросла засоренность посевов ячменя при проведении отвальной вспашки (вариант 1). На вариантах с плоскорезной и минимальной обработками установлен более существенный рост (в 2,0-3,6 раза) этих показателей.

Тем не менее, минимализация основной обработки почвы под вторую зерновую культуру - ячмень -не привела к заметному увеличению засоренности посевов по сравнению с отвальной вспашкой и плоскорезным рыхлением.

Обращает на себя внимание тот факт, что засоренность посевов второй зерновой культуры после чистого пара увеличивается незначительно. Это связано с тем, что тщательно обработанный чистый пар сохраняет свое положительное действие на ограничение засоренности посевов в течение двух лет. Отме-

ченное обстоятельство открывает широкие возможности для минимализации системы основной обработки почвы под вторую зерновую культуру

В наибольшей степени возросла засоренность посевов в замыкающем поле севооборота. Минимальный рост численности сорных растений отмечен на варианте с отвальной вспашкой на 20-22 см (в 8,2 раза по сравнению с посевами яровой пшеницы по чистому пару).

Внедрение плоскорезных обработок способствовало существенному увеличению количества сорняков в посевах яровой пшеницы. На тех вариантах, где плоскорезные обработки выполнялись на постоянную глубину (варианты 6; 2 и 5) численность сорняков возросла соответственно в 26,7; 26,2 и 21,7 раза. Там же, где плоскорезное рыхление проводилось в сочетании с отвальной вспашкой на разную глубину, количество сорных растений увеличилось в меньшей степени (в 16,7 и 17,1 раза).

Наши данные согласуются с результатами исследований многих авторов. Аналогичный факт установлен в исследованиях А.М. Берзина [1].

А по данным Е.Я. Чебочакова [4], особенно много сорняков насчитывалось в посевах яровой пшеницы после пропашного предшественника. В частности, если в посевах яровой пшеницы по чистому пару их насчитывалось 60-111 шт/м2, то после кукурузы в зернопаропропашном севообороте в 2-4 раза больше, а в бессменных посевах пшеницы - в 4-6 раз. Необходимо отметить, что, несмотря на значительное количество сорняков, в среднем за 4 года доля их в общей биомассе не превышала 15%. Автор объясняет это тем, что щетинники и другие малолетние сорняки в посевах культур бывают слаборазвитыми, низкорослыми и поэтому существенно не влияют на урожайность культур. В посевах кукурузы доля их составила 28,3%, а при бессменном посеве пшеницы - 50,6%.

Результаты наших исследований показывают, что варианты с плоскорезными обработками характеризовались также повышенной массой сорных растений по сравнению с контрольным вариантом (рис. 2).

200

Пшеница по пару Ячмень Пшеница по кукурузе

] Вариант 1l I Вариант 3l I Вариант 4l I Вариант 5l I Вариант 6 —Вариант 2

Рис. 2. Засоренность посевов зерновых культур

Представленные данные свидетельствуют, что биомасса сорняков наиболее заметно увеличилась на варианте с минимальной обработкой. В частности, если при проведении отвальной вспашки биомасса сорняков в посевах яровой пшеницы в конце ротации возросла в 8,2 раза по сравнению с началом ротации, то при применении плоскорезной обработки в 13,9 раза. Минимализация основной обработки способствовала росту биомассы сорных растений в 26,7 раза. Промежуточное положение занимают варианты с комбинированной системой основной обработки почвы.

Результаты учета урожайности зерновых культур по вариантам в среднем за годы исследований представлены в табл. 1.

Таблица 1

Урожайность зерновых культур в пятипольном зернопаропропашном севообороте под влиянием различных технологий основной обработки почвы и удобрений

№ варианта Технология обработки почвы в севообороте Фон удобрений

Без удобрений И40Р 40К40

1 Отвальная вспашка в паровом поле (25-27 см), под остальные культуры 20-22 см 20,3 21,9

2 Отвальная вспашка в паровом поле (25-27 см), плоскорезная под остальные культуры (20-22 см) 22,3 23,7

3 Отвальная вспашка в паровом поле и под кукурузу (25-27 см), плоскорезная на 20-22 см под остальные культуры 22,1 24,2

4 Отвальная вспашка в паровом поле (25-27 см), под кукурузу плоскорезная на 25-27 см, под остальные культуры плоскорезная на 12-14 см 22,0 22,6

5 Плоскорезная в паровом поле (25-25 см), под остальные культуры на 12-14 см 20,7 21,7

6 Плоскорезная в паровом поле (8-10 см), нулевая под остальные культуры 18,6 19,3

Установлено, что самая высокая урожайность зерновых культур на неудобренном фоне получена при сочетании отвальных и плоскорезных обработок в севообороте (2-, 3- и 4-я технологии основной обработки почвы).

При внесении минеральных удобрений эта разница между изученными технологиями основной обработки почвы сглаживается.

Самая низкая продуктивность зерновых культур отмечена при минимальной технологии основной обработки почвы.

Из [1] известно, что система основной обработки почвы в севообороте должна быть обязательно дифференцированной в зависимости от типа почв и их гранулометрического состава, от складывающихся погодных условий, степени засоренности полей севооборота и видового состава сорняков.

Полученные данные свидетельствуют о том, что самый высокий выход зерна с 1 га посевной площади получен на вариантах 2-4 с разноглубинным сочетанием отвальных и плоскорезных обработок почвы. Им в значительной мере уступала отвальная система основной обработки почвы. Так, на варианте при сочетании глубокой отвальной вспашки в паровом поле и плоскорезного рыхления на 20-22 см под остальные культуры севооборота на неудобренном фоне выход зерна с одного гектара посевной площади был выше на 2,0 ц/га по сравнению с системой отвальной обработки почвы. Если же в пятипольном зернопаропропашном севообороте в системе обработки почвы включить две глубокие отвальные обработки в паровом поле и под кукурузу, а под остальные культуры проводить плоскорезное рыхление на 20-22 см, то прибавка составит

1,8 ц/га.

Чередование глубокой отвальной вспашки в паровом поле с плоскорезным рыхлением на 25-27 см под кукурузу и неглубокими плоскорезными рыхлениями на 12-14 см под остальные культуры (вариант 5) не способствует получению ощутимых прибавок урожая по сравнению с отвальными обработками.

Переход на минимальную обработку почвы в севообороте заметно снижает продуктивность культур севооборота по сравнению с отвальной вспашкой.

Внесение минеральных удобрений оказало положительное влияние на рост прибавок по выходу зерна с одного гектара посевной площади на вариантах с разноглубинной комбинированной обработкой почвы (варианты 2-4) и отвальной вспашкой под все культуры севооборота.

В то же время при уменьшении глубины плоскорезного рыхления и, тем более, отказа от основной обработки почвы, действие минеральных удобрений практически не прослеживается.

Таким образом, результаты проведенных исследований еще раз убеждают нас в том, что максимальная продуктивность зерновых культур формируется на вариантах с комбинированной системой основной обработки почвы в севообороте. В частности, в пятипольном зернопаропропашном севообороте наиболее эффективна разноглубинная обработка почвы, сочетающая глубокую отвальную вспашку и плоскорезное рыхление.

Наименьшую продуктивность культуры севооборота сформировали на варианте с минимальной системой обработки почвы.

Результаты биоэнергетической оценки различных приемов основной обработки почвы в пятипольном зернопаропропашном севообороте представлены в табл. 2.

Полученные данные показывают, что отвальная вспашка является самой энергоемкой по сравнению с другими вариантами.

Внедрение комбинированной системы основной обработки почвы способствует снижению затрат совокупной энергии на ее проведение по сравнению с отвальной вспашкой.

Самые низкие затраты совокупной энергии характерны для варианта с минимальной системой основной обработки почвы.

Таблица 2

Биоэнергетическая оценка возделывания зерновых культур при использовании различных приемов основной обработки почвы

№ варианта Технология обработки почвы в севообороте Затраты совокупной энергии, МДж/га Выход валовой энергии, МДж/га Энергети- ческий коэффи- циент Приращение валовой энергии, МДж/га

1 Отвальная вспашка в паровом поле (2527 см), под остальные культуры 20-22 см 7127 67639 3,3 60511

2 Отвальная вспашка в паровом поле (2527 см), плоскорезная под остальные культуры (20-22 см) 7000 72727 3,7 65727

3 Отвальная вспашка в паровом поле и под кукурузу (25-27 см), плоскорезная на 2022 см под остальные культуры 7073 72836 3,6 65763

4 Отвальная вспашка в паровом поле (2527 см), под кукурузу плоскорезная на 2527 см, под остальные культуры плоскорезная на 12-14 см 6926 68999 3,7 62173

5 Плоскорезная в паровом поле (25-25 см), под остальные культуры на 12-14 см 6946 63434 3,4 56488

6 Плоскорезная в паровом поле (8-10 см), нулевая под остальные культуры 6554 56675 3,3 50121

По выходу и приращению валовой энергии, абсолютной величине энергетического коэффициента наиболее предпочтительно выглядят варианты с комбинированной системой основной обработки почвы.

Наиболее низкими показателями биоэнергетической оценки характеризуется вариант с минимальной системой основной обработки почвы.

В то же время необходимо отметить, что максимальный расход горючего на проведение основной обработки почвы отмечен на варианте с отвальной вспашкой. Замена отвальной вспашки на плоскорезное рыхление (вариант 2) приводит к снижению этого показателя в 1,3 раза. Минимализация основной обработки почвы уменьшает расход горючего в 2,4 раза.

Расчеты показывают, что на 1 кг горючего, израсходованного на проведение отвальной вспашки, получено 4550 МДж/га дополнительной валовой энергии. Внедрение плоскорезной обработки почвы способствует получению 6381 МДж дополнительной валовой энергии на 1 кг горючего. Минимализация системы основной обработки почвы позволяет получить на 1 кг топлива, затраченного на проведение основной обработки, дополнительно 9113 МДж валовой энергии.

Применение минеральных удобрений способствует не только росту продуктивности зерновых культур (в 1,07-1,04 раза), но и увеличивает затраты совокупной энергии (в 1,28-1,37 раза) и выход валовой энергии (в 1,08-1,04 раза).

При внесении полного комплекса минеральных удобрений в варианте с отвальной вспашкой 1 кг топлива, истраченный на проведение основной обработки почвы, позволяет получить 4822 МДж дополнительной валовой продукции. В варианте с основной плоскорезной обработкой почвы этот показатель составляет

6087 МДж. Наиболее предпочтительно (на 1 кг топлива получено 9081 МДж дополнительной энергии) в данном случае выглядит вариант с минимальной системой основной обработки почвы.

Таким образом, с биоэнергетической точки зрения, замена отвальной вспашки на плоскорезное рыхление, или минимальную обработку почвы в пятипольном зернопаропропашном севообороте, является эффективной.

Минимализация системы основной обработки почвы под зерновые культуры позволяет получить максимальный прирост валовой энергии на 1 кг топлива, израсходованного для ее проведения.

Литература

1. Берзин, А.М. Зональные особенности обработки почвы в Приенисейской Сибири: учеб. пособие / А.М. Берзин; Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2001. - 192 с.

2. Солодун, В.И. Особенности и принципы построения систем основной обработки почвы в адаптивноландшафтных системах земледелия Предбайкалья // Севообороты, ресурсосберегающие технологии и воспроизводство плодородия почв в адаптивно-ландшафтном земледелии Приангарья: мат-лы между-нар. конф. / В.И. Солодун. - Иркутск: Изд-во ИрГСХА, 2005. - С. 137-141.

3. Цугленок, Н.В. Формирование и развитие технологических комплексов растениеводства / Н.В. Цугленок // Вестн. КрасГАУ. - 1997. - №2. - С. 1-4.

4. Чебочаков, Е.Я. Совершенствование степного почвозащитного земледелия Хакасии / Е.Я. Чебочаков. -Абакан, 2003. - 296 с.