Земледелие, 2013, № 7: 3-6

УДК 631.51:631.42

Проблема минимизации обработки почвы: перспективы развития
и задачи исследований

В.И. Кирюшин, академик РАСХН
РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49
Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Минимизация обработки почвы имеет глобальную тенденцию. В России ее развитие осуществлялось от безотвальной обработки Т.С. Мальцева и почвозащитной системы А.И. Бараева до разработки региональных комбинированных систем различной степени минимизации. В рамках адаптивно-ландшафтных систем земледелия наметился процесс дифференциации их применительно к различным почвенно-ландшафтным условиям. Имеются обширный, но недостаточно систематизированный научный материал и противоречивый практический опыт. Для дальнейшего развития проблемы требуются системное обобщение и значительное углубление научных исследований. Обосновываются задачи исследований и предлагаются подходы к их решению.

Ключевые слова: минимизация обработки, прямой посев, No-till, равновесная и оптимальная плотность почвы, пожнивные посевы, мульча, почвенные режимы, биогенность почвы.

Проблема обработки почвы – одна из самых актуальных в земледелии и самых дискуссионных на протяжении более полувека. Из номера в номер журнал «Земледелие» публикует статьи, по которым можно проследить становление почвозащитных систем обработки почвы, предложенных Т.С. Мальцевым и А.И. Бараевым, и дальнейшую историю внедрения минимизации в практику, включая известный полтавский эксперимент широкого освоения минимальной обработки, проводимый под руководством Ф.Т. Моргуна в 70-х годах ХХ в. В эти и последующие годы появились способы обработки, включающие комбинации отвальных, безотвальных, плоскорезных, чизельных и других разноглубинных приемов.
В 80-х годах в процессе освоения зональных систем земледелия научными учреждениями РАСХН и сельхозвузами страны были разработаны дифференцированные системы обработки почвы для различных природно-сельскохозяйственных провинций. Эти работы получили широкое практическое применение, особенно в восточных районах страны. Они отражали глобальную тенденцию минимизации почвообработки.
В период аграрного реформирования в 90-е годы влияние науки на практическое земледелие сильно ослабилось. Задержалось развитие и самой сельскохозяйственной науки, в то время как в мире наметился новый качественный скачек в развитии данной проблемы, что выразилось в широком использовании прямого посева, нулевой системы обработки почвы (No-till), создании высокопроизводительных посевных комплексов для этих операций. Этот процесс поступательно реализуется в разных странах.
В России в связи с отсутствием внятной аграрной научно-технической политики научные рекомендации часто подменяются рыночными рекламами машин, пестицидов и т. п. Под лозунгами энергосбережения и ресурсосбережения проходят кампании удешевления обработки почвы. Шаблоны оборачиваются разочарованиями, приводящими к крайностям: маятник мнений, высказанных с той или иной категоричностью, раскачивается от нулевой обработки до вспашки. Довольно широкое распространение получила основная обработка полей дисковыми орудиями. Такая примитивная минимизация приводит к усилению эрозионных процессов, повышению засоренности посевов. Особую опасность представляет экспансия дискаторов в восточных степных районах страны, что может привести к возврату пыльных бурь, забытых благодаря освоению плоскорезной обработки почвы.
Таким образом, в практическом земледелии сложилась весьма противоречивая обстановка. Она нашла отражение во множестве публикаций последних лет, в том числе в журнале «Земледелие». В 2006-2007 гг. здесь была организована научная дискуссия, начатая и завершенная моими статьями [1, 2]. В ней приняли участие 28 авторов из 16 научных учреждений. Дискуссия отразила весьма пеструю картину фактов и представлений, как и последующие довольно многочисленные публикации в этом и других журналах. В качестве иллюстрации к сказанному можно процитировать позиции, сформулированные представителями крупных научных центров по земледелию.
По мнению руководителей головного института по земледелию (ВНИИЗиЗПЭ), «минимальные обработки во всех разновидностях (нулевая, поверхностная, мелкая отвальная и безотвальная) не могут являться системами обработки в севооборотах любого региона России» [3]. В том же номере журнала представители Краснодарского НИИ сельского хозяйства заявляют: «Мы можем предложить различные варианты систем мульчирующей минимальной и нулевой обработки почвы с учетом региональных почвенно-климатических условий». Более того, они подчеркивают, что «системы традиционной плужной обработки и систему мульчирующей минимальной и нулевой совместить в каком-либо звене севооборота в течение всей ротации ни в коем случае нельзя» [4]. Как ни странно, в первой декларации авторы забыли, что мелкая плоскорезная система обработки почвы давно разработана и освоена на больших площадях, особенно в восточных районах страны. Во второй очень не хватает ссылок хотя бы на какие-нибудь экспериментальные данные.
Не принимая во внимание полемические издержки дискуссии, следует отметить наличие большого фактического материала. К сожалению, значительная часть его не сопровождается режимными наблюдениями, а иногда не имеет достаточной почвенно-ландшафтной идентификации. Тем не менее, есть реальная возможность дать анализ состояния проблемы, скорректировать существующие рекомендации и определить задачи исследований. Последнее чрезвычайно важно, поскольку теория обработки почвы существенно отстает от требований производства, особенно в районах с давней историей земледелия, неоднозначно повлиявшей на плодородие почв и состояние агроландшафтов.
В отличие от восточных районов страны (Зауралье, Сибирь, Заволжье), для которых системы обработки почвы разработаны довольно разносторонне (за исключением прямого посева), в Европейской части страны, особенно в Черноземной зоне, проблема обработки не получила должного развития, в особенности те ее аспекты, которые касаются размещения растительных остатков на поверхности почвы, их защитной способности по отношению к водной эрозии, влияния на почвенные режимы, фитосанитарное состояние агроценозов, биогенность, биологическую активность почв. Практически не изучалась проблема прямого посева и систематической нулевой обработки (No-till), в то время как в ряде стран мира это направление получило интенсивное развитие. Лишь в самое последние время некоторые научные учреждения и сельскохозяйственные вузы сумели приобрести дорогостоящие посевные комплексы и заложить полевые опыты. Тем временем ряд производственных предприятий успешно применяют прямой посев. В Белгородской области создана производственная программа биологизации земледелия с преимущественной ориентацией на прямой посев. Сложилась ситуация, когда производство продвигается вперед путем проб и ошибок, а наука не располагает экспериментальными данными.
В целом по проблеме минимизации почвообработки в ЦЧР нет достаточно аргументированной научно обоснованной позиции из-за ограниченности убедительного экспериментального материала. При всей своей традиционной дискуссионности в данном регионе проявляется повышенный консерватизм и явное предубеждение против усиления минимизации обработки почвы. По поводу прямого посева высказывается много сомнений, скепсиса, акцентируется внимание на недостатках этого метода. Вопрос, однако, в том, как преодолеть эти недостатки ради проявления его достоинств, таких как защита поверхности почвы от разрушения, подобно тому как она защищена в природе лесной подстилкой или степным войлоком.
В данной связи необходима, прежде всего, проверка ряда гипотез и недостаточно обоснованных представлений.
Одна из основных гипотез была высказана еще И.Е. Овсинским более 110 лет назад. Он считал важнейшим достоинством мелкой обработки почвы так называемое «биологическое саморыхление», обусловленное повышением биогенности почвы, развитием мезофауны. Перенося растительные остатки с поверхности вглубь почвы, дождевые черви, насекомые формируют канальцы, которые вместе с ходами отмерших корней способствуют саморыхлению почвы. Это высказывание часто цитируется в литературе, но стационарных систематических исследований по этому поводу не проводилось. Учитывая необходимость применения пестицидов при минимизации почвообработки, важно знать их влияние на мезофауну и, соответственно, критические уровни пестицидной нагрузки.
Важнейшим условием, определяющим структурное состояние почвы, является поступление в нее лабильного органического вещества (ЛОВ). Поскольку возможность минимизации обработки почвы зависит от структурного состояния, а следовательно, и от режима органического вещества, важно определить соответствующие его параметры. В этой связи в программе биологизации земледелия Белгородской области, например, рекомендуется обеспечивать поступление в почву 10 т/га органического вещества за счет соломы, сидератов и т. д. Разумеется, названная величина требует уточнения и экспериментального обоснования применительно к различным условиям. Данная работа должна получить развитие путем создания оценочных шкал поступления ЛОВ в почву после различных культур с целью оптимизации севооборотов и систем обработки почвы. Для этого нужны исследования динамики продукционных и деструкционных процессов в агроценозах.
Особое значение в процессах, определяющих продуктивность и устойчивость агроценоза, имеет сохранение на поверхности почвы растительных остатков. Известна решающая их роль в защите почвы от ветровой эрозии. Разработаны эмпирические связи эродируемости почв и количества стерни на поверхности. Определенное значение пожнивные остатки имеют и в защите почвы от водной эрозии, однако эта их роль изучена крайне схематично. Важно определить соответствующие количественные связи.
Влияние стерни, и особенно измельченной соломы, существенно сказывается на температурном и водном режимах почвы. Усиление альбедо, количественные оценки которого имеют важное практическое значение, приводит к заметному снижению температуры почвы.
Чрезвычайно актуальна оценка влияния возрастающего количества растительной мульчи на сокращение испарения воды с поверхности почвы. По некоторым зарубежным данным сокращение потерь влаги может достигать 50-70 мм при том высоком количестве измельченной соломы, которое остается после уборки высокоурожайных культур (кукурузы, сорго и др.). Это обстоятельство выводит земледелие при нулевой обработке на качественно новый уровень, если сокращение непроизводительного расхода влаги совпадает с благоприятными условиями ее накопления, что имеет место в структурных почвах с невысокой плотностью сложения. Пропаганда No-till наиболее активно ведется из Аргентины, где складываются именно такие условия, особенно при возделывании кукурузы и сорго.
На менее структурных уплотняющихся почвах условия накопления влаги ухудшаются, глубина промачивания уменьшается. При нулевой обработке вследствие большего, чем после глубокой, уплотнения почвы запасы влаги оказываются меньше, особенно в условиях повышенного поверхностного стока. Влага концентрируется в меньшем слое и быстрее испаряется. В таких случаях при отсутствии достаточного количества мульчи нулевая обработка проигрывает по сравнению с глубокой. Преимущество плоскорезных обработок проявляется в засушливых районах с активным ветровым режимом за счет задержания снега стоячей стерней. Благодаря этому в сухие годы урожайность при плоскорезной обработке обычно выше, чем по вспашке.
Влияние плоскорезной обработки на водный режим почв было обстоятельно изучено в период разработки и освоения почвозащитной системы земледелия А.И. Бараева в восточных районах страны, чего нельзя сказать о большинстве других регионов. Сегодня проблема водного режима в связи с дальнейшей минимизацией обработки и разработки приемов его регулирования приобретает особую актуальность.
В условиях ЦЧР с достаточно длительным теплым периодом есть возможность регулирования водного режима с помощью пожнивных посевов горчицы, рапса и других культур. Создание стеблестоя этих культур, уходящего в зиму, благоприятствует задержанию и накоплению снега и соответственно влаги в почве. Увеличение количества растительных остатков на поверхности почвы в дополнение к измельченной соломе способствует уменьшению поверхностного стока и аккумуляции влаги в почве, а в дальнейшем – к уменьшению ее испарения. Разумеется, данное решение реализуется с помощью посевных комлексов для прямого посева. Таким образом, применение пожнивных посевов приобретает новый смысл наряду с традиционным сидеральным назначением.
Сопряжение прямого посева с пожнивными культурами открывает новые возможности совершенствования почвозащитных агротехнологий. Например, введение пожнивных посевов горчицы после озимой пшеницы, убираемой с оставлением измельченной соломы, предшествуя посеву кукурузы по технологии прямого посева, позволяет интенсифицировать земледелие на склоновых землях. При этом после уборки кукурузы остается достаточно большое количество измельченных растительных остатков, защищающих почву. Их количество дополняется пожнивным посевом горчицы. Таким образом, кукуруза из пропашной эрозионно опасной культуры превращается в почвозащитную. Благодаря улучшению условий теплообеспеченности на южных склонах появляется возможность использовать более поздние гибриды. Работа в данном направлении весьма перспективна при адекватном научном и инновационном сопровождении.
Применительно к эрозионно опасным агроландшафтам ЦЧР с интенсивным весенним и летним ливневым стоком создание эффективной растительной мульчи на поверхности почвы должно рассматриваться как безусловное требование как в системе безотвальной обработки (стойками СибИМЭ), так и минимальной или нулевой.
Достоинства минимизации почвообработки и прямого посева часто сопровождаются недостатками. В частности, снижение интенсивности процессов минерализации органического вещества почвы способствует уменьшению потерь гумуса, что рассматривается как положительное явление. Однако негативным следствием этого процесса является снижение интенсивности минерализации азота. На относительно бедных почвах усиливающийся дефицит минерального азота приводит к снижению урожайности. На богатых почвах данный процесс имеет положительное значение, поскольку способствует уменьшению потерь азота. По этому поводу имеется обширная научная информация, однако она не используется при формировании систем удобрения сельскохозяйственных культур из-за неразработанности соответствующих нормативов. В результате снижения интенсивности процессов минерализации органического вещества уменьшается выделение СО2 из почвы, что отмечено в ряде работ, в том числе наших. Это обстоятельство сказывается также на снижении концентрации парниковых газов в атмосфере и заслуживает специального изучения как один из аспектов экологизации земледелия.
Особого изучения требует глобальная проблема минимальных и нулевой обработок – повышение засоренности посевов. Существует представление о снижении засоренности при длительном применении No-till. Однако в условиях чередования ухоженных полей с заброшенными или запущенными едва ли такая тенденция будет устойчивой.
Отдельная исследовательская задача – внесение фосфорных и калийных удобрений при нулевой обработке. Энтузиасты No-till часто обходят эту проблему или, в лучшем случае, рекомендуют припосевное внесение. Его достаточно на почвах с высокой обеспеченностью подвижным фосфором и калием, особенно при внесении удобрений ниже семян. Однако на полях с низкой обеспеченностью почвы этими элементами необходимо прменение их в достаточно больших дозах с заделкой на оптимальную глубину. Очевидно, речь должна идти о периодическом «врезании» фосфорных удобрений комбинированными агрегатами на глубину 10-12 см или внесении под вспашку в полях пропашных или других культур в дозах, рассчитанных на последующие культуры, возделываемые при прямом посеве.
Требуют совершенствования способы посева при нулевой обработке с учетом размещения семян на твердом ложе без перемешивания их с растительными остатками во избежание контакта с токсичными продуктами разложения.
В целом минимизация почвообработки представляет частный случай ее оптимизации с учетом системных связей со всеми элементами земледелия и агроэкологическими условиями. Эти связи устанавливаются в многофакторных полевых опытах и служат основой для построения моделей земледелия и обработки почвы. В качестве основных факторов выступают биологические требования растений, гидротермический режим, плотность и структурное состояние почв, рельеф и почвообразующие породы. С этими факторами, так же как и с элементами земледелия, сопряжены функции почвообработки: рыхление почвы; регулирование водного режима; борьба с сорняками, болезнями и вредителями; мобилизация питательных веществ, особенно азота; заделка органических и минеральных удобрений; создание условий для посева. Эти функции в той или иной мере могут быть заменены севооборотом, удобрениями, пестицидами. Исключение составляет рыхлительная функция в том случае, когда равновесная плотность почвы превышает оптимальную для конкретной сельскохозяйственной культуры. Если почва имеет оптимальную плотность, то единственной незаменимой функцией обработки остается заделка в почву фосфорных и калийных удобрений.
Таким образом, выбор оптимального способа обработки почвы – многоплановая задача, решение которой начинается с выявления соответствия равновесной плотности почвы оптимальному значению для определенных агроэкологических культур, которые можно разделить на три группы:
– корнеплоды, клубнеплоды, подсолнечник (наименее устойчивые к повышенной плотности);
– зерновые злаки, особенно озимые (относительно устойчивые к повышенной плотности);
– зернобобовые, капустовые, занимающие промежуточное положение между первыми двумя группами (ближе к первой вследствие наличия стержневой корневой системы).
При проектировании способов обработки почвы в адаптивно-ландшафтных системах земледелия учитывается группировка видов земель по шести категориям (с подкатегориями) по пригодности для возделывания сельскохозяйственных культур. По каждой культуре составляются электронные карты пригодности. Чем полнее культура соответствует агроэкологическим условиям земельного участка, тем больше возможностей минимизации почвообработки. Чем хуже качество почвы, тем интенсивнее обработка. Лимитирующими факторами минимизации являются солонцеватость, гидроморфизм, слитность и другие неблагоприятные свойства почвы.
Эти и другие неблагополучные физические факторы преодолеваются различными приемами регулирования сложения пахотного слоя, которые со временем должны сформироваться в энергосберегающие системы обработки почвы. В данной связи представляют интерес появляющиеся в последние годы различные системы полосной обработки почвы (Strip-till и другие) [5]. В России данное направление также получает развитие [6]. Особый интерес представляют экспериментальные работы А.А. Конищева [7] по созданию оптимальной плотности почвы в различных частях пахотного слоя и оценке ее влияния на урожайность зерновых культур при различных погодных условиях. В качестве исходных позиций прецизионной обработки почвы этот исследователь исходит из необходимости оптимизировать плотность почвы, в первую очередь, в подсеменном слое, оптимального крошения обрабатываемого слоя, максимального приближения начала посева к моменту поспевания почвы, соответствия технологии гидротермическому режиму. А.А. Конищевым разработана теория объемно-гетерогенной обработки, обеспечивающей такое сложение почвы, при котором чередуются относительно рыхлые и уплотненные участки, благодаря чему сглаживается влияние погодных условий на продуктивность посевов.
Таким образом, необходимо значительное усиление научных исследований по проблеме оптимизации обработки почвы, в том числе для решения следующих задач:
– определение оптимального структурного состояния и плотности почвы для основных сельскохозяйственных культур при различных гидротермических режимах;
– оценка изменений водного, теплового и газового режимов почв при минимизации обработки;
– оценка динамики накопления и разложения растительных остатков на поверхности почвы под различными культурами;
– использование пожнивных посевов для накопления мульчи;
– оценка влияния растительной мульчи на свойства почвы, структурное состояние, водный и тепловой режимы, поверхностный сток, биологические процессы, фитосанитарное состояние;
– оценка биогенности почвы, динамики мезофауны при минимизации обработки и прямом посеве;
– оценка микробиологического режима, биологической, ферментативной активности почвы, режима азота и минеральных элементов при переходе к прямому посеву;
– обоснование способов внесения удобрений в системах обработки с использованием прямого посева;
– оценка динамики развития сорняков, болезней и вредителей при минимизации обработки почвы, ее регулирование;
– определение пестицидной нагрузки на агроценозы в севооборотах для оптимизации их фитосанитарного состояния при минимизации обработки почвы;
– разработка технологических регламентов обработки почвы в эрозионных агроландшафтах;
– разработка агротребований к машинам для прямого посева;
– определение эколого-экономической эффективности различных систем обработки почвы.

Литература

1. Кирюшин В.И. Минимизация обработки почвы: перспективы и противоречия//Земледелие, 2006. – № 5. – С. 12-14.
2. Кирюшин В.И. Минимизация обработки почвы: итоги дискуссии//Земледелие, 2007. – № 4. – С. 28-30.
3. Черкасов Г.Н., Пыхтин И.Г. Комбинированные системы основной обработки наиболее эффективны и обоснованы//Земледелие, 2006. – № 6. – С. 20-22.
4. Романенко А.А., Васюков П.П. Кто поставит точку в войне с землей?//Земледелие, 2006. – № 6. – С. 23-25.
5. Рекубрацкий Г.М. Современные технологии сева и машины для их выполнения//Земледелие, 1987. – № 4. – С. 62-63.
6. Слесарев В.Н., Власенко А.Н. Способ плоскорезной полосной разноглубинной зяблевой обработки почвы. – Патент № 2367132 (RU), от 05.06.2007.
7. Конищев А.А. Способ обработки почвы. – Патент № 2453091 (RU).

The problem of minimization of soil cultivation: prospects
and challenges in research

V.I. Kiruyshin

Minimization of soil cultivation has global trend. In Russia its development was carried out from boardless tilling of T.S. Maltsev and soil-protective system of A.I. Baraev to the development of regional combined systems of varying degrees of minimizingn. As part of the adaptive-landscape systems of agriculture there has been a process of differentiation for different soil and landscape conditions. There are extensive, but not enough systematic scientific material and contradictory experience. For the further development of the problem requires systematic generalization and significant deepening of scientific research. The article explains the objectives of research and suggests approaches to their solution.

Keywords: minimization of cultivation, direct sowing, No-till, equilibrium and optimum density of soil, stubble-feeding crops, mulch, soil regimes, biogenic soil.