«кандидат технических наук РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ И ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В СИСТЕМЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ (в условиях Дальневосточного региона) ...»

Российская академия сельскохозяйственных наук

Дальневосточный научный региональный центр

Г осударственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский институт сои

На правах рукописи

СЮМАК АНАТОЛИИ ВАСИЛЬЕВИЧ

кандидат технических наук

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ

ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ И ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

В СИСТЕМЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

(в условиях Дальневосточного региона) Специальность: 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ Доценко С. М.

Благовещенск -

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ И

ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

1.1. Севообороты и их роль в повышении плодородия почвы 1.2. Особенности и преимущества короткоротационных севооборотов 1.3. Технологии и технические средства, применяемые при возделывании сои и зерновых культур в короткоротационных севооборотах 1.3.1. Анализ существующих технологий возделывания сои 1.3.2. Анализ существующих технологий возделывания зерновых культур 1.3.3. Анализ технических средств для обработки почвы и внесения минеральных удобрений 1.3.4. Анализ машин и агрегатов для посева зерновых и сои 1.3.4.1. Анализ машин для посева зерновых культур 1.3.4.2. Анализ машин и агрегатов для посева сои 1.4. Состояние научных разработок по исследуемой проблеме

2. ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ И ЗЕРНОВЫХ

КУЛЬТУР В СИСТЕМЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ИХ

РЕАЛИЗАЦИИ 2.1. Разработка общей экономико-математической модели биотехнологической системы «почвенно-травяной субстрат ^ растение ^ машина» возделывания сои и зерновых культур Теоретическое обоснование процесса получения почвенно­ травяного субстрата заданного состава и свойств Обоснование параметров процесса разрушения биологической массы исходного стебельного сырья в системе «почва^-стебель и корень растения^-машина»

Обоснование критериев оценки процесса возделывания сои и зерновых культур на основе биотехнологического улучшения плодородия почвы Обоснование параметров роторного орудия с активным рабочим органом Обоснование параметров машины многофункциональной универсальной с сошниками стрельчатого типа Обоснование параметров сопротивления движению сошника Обоснование технологических и конструктивных параметров машины многофункциональной Обоснование параметров бороны с пружинно-пальцевыми Обоснование параметров пружинно-пальцевой бороны Разработка модели процесса удаления растений Выводы по главе

ПРОГРАММА И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

Методика исследований по обоснованию параметров роторного Методика лабораторных исследований по обоснованию геометрических и кинематических параметров лапового сошника Определение расстояния отскока высеваемого материала от Определение неравномерности распределения минеральных Определение коэффициента объемного смятия почвы Определение коэффициента трения скольжения «металл-почва»

Методика лабораторных исследований рабочего процесса Выбор формы распределяющего устройства сошника Определение дальности отскока частицы в зависимости от угла а наклона рабочей поверхности треугольной вставки и высоты Оценка влияния наклона семяпровода на равномерность Методика исследований распределяющего устройства сошника в Общие и частные методики лабораторно-полевых исследований процессов рыхления и разрушения корневой системы сорняков Методика определения влияния режимов работы секции Методика определения выбороненности искусственных Методика производственной проверки Методика планирования многофакторного эксперимента Методика планирования многофакторного эксперимента Методика обработки экспериментальных данных Выводы по главе

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПО ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ И

ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ И

ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В 3-ПОЛЬНОМ СЕВООБОРОТЕ

Результаты экспериментальных исследований по обоснованию параметров роторного орудия с активным рабочим органом Результаты экспериментальных исследований по изучению процесса рыхления почвенного субстрата во время посева Посевная секция и сошник для посева зерновых культур на Результаты лабораторно-полевых исследований Макетный образец экспериментальной сеялки Экспериментальная проверка длины козырька Определение размеров почвенного вала сходящего с лапового Определение тягового сопротивления сошников 4.4.4. Результаты эксплуатационно-технологической оценки 4.5. Исследование влияния технологий посева на урожайность 4.6. Результаты экспериментальных исследований по изучению широкополосного посева семян сои Выбор формы распределяющего устройства сошника 4.6.1.2. Исследование дальности отскока частицы в зависимости от угла а наклона рабочей поверхности пирамидоидальной вставки и Определение коэффициента восстановления к сои 4.6.1.4. Исследование влияния наклона семяпровода на равномерность 4.6.1.5. Исследования по оптимизации параметров распределительного оборудованной комплектом сменных рабочих органов на посеве 4.9. Результаты экспериментальных исследований и их анализ по изучению процесса боронования 4.9.1.1. Исследования по оптимизации параметров работы бороны БПРЗ-1,2 при удалении сорняков в состоянии искусственных 4.10. Оценка качества выполнения технологического процесса при полевых исследованиях бороны прополочной с регулировкой 4.11. Результаты производственной проверки бороны прополочной экспериментальных исследований тягового сопротивления

5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. К настоящему времени сельскохо­ зяйственные производители России, в том числе и Дальневосточного региона, оказались и находятся в очень сложном положении из-за складывающегося диспаритета цен между стоимостью сельскохозяйственной продукции и стои­ мостью энергоносителей, средств химизации, машин и оборудования. Выходом из сложившейся ситуации является резкое снижение себестоимости сельскохо­ зяйственной продукции за счет роста производительности труда земледельца с привлечением достижений науки и передового опыта. При современном состо­ янии сельскохозяйственного производства основной целью науки является не только расширение объемов исследований, но и в осмыслении уже накоплен­ ных ранее знаний, а также их обобщении в одну научно обоснованную систему для получения максимально возможного, в конкретных для данного региона климатических условиях урожая, при постоянно возрастающей окультуренности почвы.

Проблема состоит также в том, что и до настоящего времени интенсивные технологии возделывания любых сельскохозяйственных культур базируются в основном на многократных проходах машинно-тракторных агрегатов, приме­ нении химических средств интенсификации и защиты растений, вызывающими негативную трансформацию биологических физических свойств почвы, с по­ следующим развитием процессов ее деградации.

Многолетние данные по урожайности сои и зерновых культур в Амурской области показывают, что, несмотря на применяемые средства интенсификации, урожайность в среднем по области остается невысокой, практически на одном уровне: соя - 0,96 т/га, зерновые - 1,22 т/га [1, 2].

Связано это прежде всего с тем, что базовые технологии возделывания сои и зерновых культур основаны на глубокой (20...22 см) обработке почвы, вклю­ чающей многократные проходы почвообрабатывающих, посевных и других сельскохозяйственных машин агрегатируемых с тяжелыми колесными тракто­ рами массой 12 тонн и более, что приводит к переуплотнению пахотного слоя и поверхностному застою влаги, значительно снижая активность почвенной мик­ рофлоры. Кроме того, тяжелые машинно-тракторные агрегаты (МТА) весной в условиях Амурской области при обработке почвы создают две зоны переуплот­ нения. Одну на глубине 8 0.1 0 0 см под весом агрегата, другую на глубине об­ работки по дну борозды, где формируется плотная плужная подошва [330]. Эти два уплотненных слоя перекрывают движение влаги в обоих направлениях, и усиливает засуху в первый период вегетации.

Уплотненная почва, в свою очередь, приводит к нарушению водно­ воздушного режима и ухудшению роста растений. Наибольший ущерб сельско­ хозяйственному производству приносит работа тракторов на влажной почве.

При сложившейся системе земледелия в Амурской области потери гумуса ко­ леблются от 0,25 до 0,45 т/га в год, причем наивысшие показатели относятся к плодородным луговым черноземовидным почвам [396, 397]. Этот показатель зависит от типа почвы, культуры земледелия, применения севооборотов, внесе­ ния органических и минеральных удобрений. В этой связи разработка и освое­ ние высокорентабельных технологий и технических средств, обеспечивающих воспроизводство плодородия почвы, а также сокращение в земледелии прямых затрат является важной, требующей решения, народно-хозяйственной пробле­ мой.

Отдельные элементы работы выполнены в рамках заданий Российской академии сельскохозяйственных наук «Разработать элементы технологии зо­ нальной технолого-технической системы биологического земледелия в соево­ зерновом севообороте с полем питательного субстрата», шифр задания 09.01.02, Государственное научное учреждение Дальневосточный научно­ исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяй­ ства Россельхозакадемии ( ДальНИИМЭСХ), № госрегистрации 01200606705.

В целом, изложенный в диссертации материал - итог многолетней (1985­ 2012 гг.) работы автора во ВНИИ сои и ДальНИИМЭСХ.

За этот период под руководством автора выполнены и защищены 5 канди­ датских диссертаций по исследованию процессов возделывания сои и зерновых культур. По данным материалам опубликована в открытой печати научная мо­ нография [349].

Некоторые материалы диссертаций аспирантов и соискателей (в настоящее время кандидатов наук) А.И. Шкурина, Г.И. Орехова, В.А. Мунгалова, А.А.

Цыбань и А.В. Селина использованы в данной работе для обобщения и разви­ тия автором собственных научных положений.

Предложенные на основании исследований технологические и техниче­ ские решения (в соавторстве с аспирантами и соискателями) по совершенство­ ванию рабочих процессов возделывания сои и зерновых культур защищены од­ ним авторским свидетельством, тринадцатью патентами на изобретения РФ и двумя патентами РФ на полезную модель.

Научная гипотеза сформулирована так: повышение эффективности возде­ лывания сои и зерновых культур возможно и целесообразно в трехпольном звене севооборота (соя - зерновые культуры - сидеральный пар) путем установления и использования закономерностей и зависимостей для создания оптимальных усло­ вий жизнедеятельности микрофлоры на измельченном почвенно-травяном субстра­ те и специальных ресурсосберегающих технических средств, обеспечивающих ка­ чественное выполнение процессов приготовления этого субстрата и поддержания оптимального водно-воздушно-температурного режима в среде обитания культур­ ных растений.

Цель исследований - разработка технологии и новых средств механиза­ ции возделывания сои и зерновых культур в системе биологического земледе­ лия (без применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений), обеспечивающих повышение урожайности путём интенсификации про­ цессов приготовления почвенно-травяного субстрата из естественного травостоя и поддержания оптимального водно-воздушно-температурного режима зоны обита­ ния культурных растений.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследова­ ний:

1. Разработать общую экономико-математическую модель биотехнологи­ ческой системы почвенно-травяной субстрат ^ растение ^ машина для возде­ лывания сои и зерновых культур.

2. Теоретически обосновать механизированный процесс получения поч­ венно-травяного субстрата из естественного травостоя заданных состава и свойств.

3. Обосновать конструкционные параметры и режимы работы новых тех­ нических средств по критериям эффективности и ресурсосбережения, включая:

- роторное почвообрабатывающее орудие с активными рабочими органа­ ми;

- машины многофункциональной универсальной со сменными комбини­ рованными рабочими органами, предназначенными для предпосевной обработ­ ки почвы, посева зерновых культур, сои и ухода за посевами;

- бороны с пружинно-пальцевыми зубьями.

4. Провести производственную проверку основных результатов исследо­ ваний, дать им технико-экономическую оценку и разработать рекомендации производству.

Научную новизну исследований представляют:

- общая экономико-математическая модель биотехнологической системы «почвенно-травяной субстрат ^ растение ^ машина» для возделывания сои и зерновых культур;

- математические модели для формирования механизированного процесса получения почвенно-травяного субстрата из естественного травостоя заданных состава и свойств;

- конструктивно-технологические схемы новых машин: почвообрабаты­ вающего орудия с активным приводом рабочих органов для основной обработ­ ки сидеральных паров и залежных земель с одновременной заделкой зеленой или сухой массы в верхний слой почвы; машины многофункциональной уни­ версальной для предпосевной обработки почвы, посева сои и зерновых культур, бороны пружинно-пальцевой с регулировкой зубьев по глубине обработки поч­ вы и углу атаки для боронования посевов;

Теоретическую значимость работы составляют:

- теория механизированного процесса получения почвенно-травяного субстрата из естественного травостоя заданных состава и свойств, включающая обоснование параметров процесса разрушения биологической массы исходного стебельного сырья в системе «почва^-стебель и корень растения^-машина»;

- математический аппарат для расчета параметров операционной техно­ логии возделывания сои и зерновых культур с использованием для ее реализа­ ции новых технических средств;

- теория и методы расчета новых машин: почвообрабатывающего орудия с активными рабочими органами, машины многофункциональной универсаль­ ной для предпосевной обработки почвы, посева сои и зерновых культур, боро­ ны пружинно-пальцевой для боронования посевов.

Практическую ценность работы представляют новый способ воспроиз­ водства плодородия почвы и новые технические средства для его реализации при возделывании сои, зерновых культур и картофеля.

Методология и методы исследования Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего рассмотрение процессов возделывания сои и зерновых культур в трехпольном звене севооборота с учетом взаимосвя­ зей технологических и конструктивных параметров технических средств. В аналитических исследованиях использованы методы и положения теоретиче­ ской механики, сопротивления материалов и теории вероятностей.

Экспериментальные исследования проводились на пилотных установках с использованием методов планирования многофакторных экспериментов и ма­ тематического моделирования. Анализ и обработка полученного эксперимен­ тального материала осуществлялись с помощью методов математической ста­ тистики.

Положения, выносимые на защиту:

- технологические и методологические подходы к обоснованию получен­ ной экономико-математической модели оценки эффективности технологий и технических средств, используемых в системе биологического земледелия;

- аналитические и эмпирические зависимости и модели, позволяющие обосновать параметры и режимы процессов получения почвенно-травяного субстрата, посева, боронования и культивации при возделывании сои и зерно­ вых культур в системе биологического земледелия;

- новый комплекс технологических и технических решений, направлен­ ный на повышение плодородия почвы в трехпольном звене севооборота.

Степень достоверности и апробация результатов исследований Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтвер­ ждена сходимостью результатов теоретических исследований и эксперимен­ тальных данных, а также положительными результатами приемочных испыта­ ний новых машин.

Предложенный способ прошел многолетнюю апробацию: при возделыва­ нии картофеля в КФХ «Деметра» (1994-2011 гг.), сои и зерновых культур в КФХ «Жуковина С.А.» (2008-2010 гг.) без применения гербицидов.

Выпущены малыми сериями три типа новых машин и орудий для обра­ ботки почвы, агрегатируемых с тракторами классов 1,4 и 2,0.

Основные положения диссертации опубликованы в 91 печатной работе общим объемом 139,44 печ. л., включая 16 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

По результатам исследований разработаны рекомендации по высокоэф­ фективному использованию техники нового поколения в соево-зерновом сево­ обороте, нашедшие отражение в научных работах, опубликованных в «Системе технологий и машин для комплексной механизации растениеводства Амурской области на 2011-2015 гг.». Издана в открытой печати научная монография «Повышение эффективности возделывания сои и зерновых культур в системе биологического земледелия».

Основные положения диссертации доложены и получили положительные оценки на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ДальГАУ (Дальневосточный государственный аграрный университет) (2003­ 2010 гг.), региональных научно-практических конференциях по результатам го­ довых НИР в области механизации сельского хозяйства (1987-2011 гг.), крае­ вых и областных совещаниях и семинарах специалистов сельского хозяйства, а также на Всероссийских и Международных научно-практических конференци­ ях (2003-2012 гг.).

Разработанные образцы машин и сменных рабочих органов неоднократно экспонировали на Амурской ВДНХ, где были отмечены серебряной медалью и дипломами.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 415 наиме­ нований (14 источников на иностранных языках), и приложений.

Работа изло­ жена на 412 страницах компьютерного текста, содержит 140 рисунков и 43 таб­ лицы.

Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту, за­ ведующему лабораторией технологии переработки сельхозпродукции, руково­ дителю инженерно-технологического центра ВНИИ сои, доктору технических наук, профессору С.М. Доценко; доктору технических наук, профессору, членукорреспонденту РАСХН А.А. Артюшину; директору ВНИИ сои, академику РАСХН В.А. Тильбе; доктору сельскохозяйственных наук В.В. Русакову; зав.

лабораторией севооборотов и технологии возделывания сои ВНИИ сои, канди­ дату сельскохозяйственных наук А.Н. Гайдученко; а также руководителям кре­ стьянско-фермерских хозяйств Амурской области Ю.П. Кириленко (КФХ «Де­ метра» Благовещенского района) и А.Т. Жуковину (КФХ «Жуковина» Иванов­ ского района) за оказанную всестороннюю помощь и поддержку при выполне­ нии данной диссертационной работы.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ

И ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО

РЕГИОНА

1.1. Севообороты и их роль в повышении плодородия почвы В Дальневосточном регионе России Амурская область занимает ведущее место в производстве сельскохозяйственной продукции, основными культура­ ми которого являются соя и зерновые.

Задача повышения урожайности этих культур может быть решена успешно лишь на основе системы мероприятий, ведущее место среди которых принад­ лежит научно обоснованным севооборотам и техническим средствам нового поколения для их реализации.

О таком агротехническом приеме, как севооборот культур, известно уже давно. Его польза бесспорна и объясняется многими факторами.

Во-первых, правильное чередование культур устраняет возможность раз­ множения и накопления вредителей и болезней, специфичных для отдельных видов растений.

Во-вторых, при чередовании культур с различной глубиной залегания ос­ новной массы корней, с разной усвояемостью микро- и макроэлементов дости­ гается более полное и равномерное расходование питательных веществ пахот­ ного и подпахотного слоев, создаются условия для пополнения их запасов. За счет чередования растений этих двух групп, уменьшается вынос с урожаем элементов питания и создаются условия для восстановления их запасов, сокра­ тившихся после выращивания культур с глубоким расположением корней.

Корни растений осуществляют в почве многообразную непрерывную работу.

Они активно воздействуют на нее, стимулируя жизнь почвенной микрофлоры, создавая комковатую структуру.

В-третьих, правильное чередование культур в севообороте позволяет с большим экономическим эффектом использовать органические удобрения.

В-четвертых, с помощью чередования культур можно значительно умень­ шить количество сорняков, улучшить экологическое состояние среды обитания и получить высококачественную продукцию [1].

Многолетние травы улучшают структуру почвы, ее водопрочность. Этими свойствами, но в меньшей степени, обладают и однолетние растения с мощно развитой корневой системой.

Междурядные обработки пропашных культур способствуют уничтожению сорняков в посевах и очищению почвы от их семян и вегетативных органов размножения. Кроме того, благодаря обработке уменьшается засоренность по­ следующих культур. Еще быстрее уничтожаются сорные растения в пару. Че­ редование культур сплошного сева с пропашными и паром служит важным средством борьбы с сорняками.

Вопросам специализированных севооборотов в условиях Приамурья по­ священо большое количество работ [65, 69, 71-74, 251, 292, 326, 327, 339, 341].

В настоящее время изучены севообороты включающие от 2 до 10 полей с удельным весом сои от 20 до 66% [123, 124], а также бессменные посевы, эф­ фективность чистых, занятых, сидеральных паров и многолетних трав в севооб­ оротах.

Установлены предшественники под основные культуры, чередование, со­ отношение и размещение культур по предшественникам. Наиболее приемле­ мыми являются севообороты с насыщением сои до 40%, а также универсальные севообороты со 100% использованием пашни под основные культуры и по­ жнивным возделыванием зеленой массы на сидерат [316-318].

Несмотря на то, что проблема по рациональному использованию пашни, сохранению ее почвенного плодородия хорошо изучена в новых экономических условиях хозяйствования в аграрном секторе, возникает достаточно много во­ просов, требующих совершенствования севооборотов и продолжения исследо­ ваний по разработке теоретических основ севооборотов. Однако нет самого лучшего севооборота и никто не сможет разработать севооборот, который бу­ дет работать каждый год и в любых условиях.

Учитывая резкое расширение посевов сои в Приамурье, как приоритетной и экономически наиболее выгодной культуры, создание и внедрение в произ­ водство новых интенсивных ее сортов, изменение набора полевых и кормовых культур в сельскохозяйственном производстве, с учетом экономической целе­ сообразности их возделывания, стабильной продуктивности и адаптивности к почвенно-климатическим условиям и изменение их соотношения в структуре посевных площадей, вызывает необходимость разработки новых специализиро­ ванных сое-зерновых короткоротационных севооборотов с увеличением удель­ ного веса сои до 40...66%о и зерновых до 50%. С увеличением удельного веса сои и зерновых культур в севообороте до 50% повышается выход продукции с га севооборотной площади в среднем на 1 0,8.1 2,3 ц зерна и 6,2...6,5 ц сои.

Включение в севообороты многолетних трав, поукосных и промежуточных по­ севов на сидерат способствует накоплению гумуса от 0,48 до 0,89 ц/га (в зави­ симости от севооборота) [73].

Результаты исследований ВНИИ сои свидетельствуют о том, что структура посевных площадей в области в зависимости от категории хозяйств, их специа­ лизации, формы собственности должна обеспечивать в первую очередь эконо­ мическую эффективность. Необходимо осуществлять производство различной растениеводческой продукции с приоритетным возделыванием набора эконо­ мически выгодных культур, с учетом их хозяйственной ценности и адаптивно­ сти к почвенно-климатическим условиям, имеющих высокий уровень продук­ тивности, фитосанитарной и почвозащитной способности. Предлагаемые 3-х, 4­ х, 5-типольные и др. севообороты должны использоваться с учетом площади пашни, состояния семеноводства данных полевых культур в зоне возделывания, направлений деятельности и производственных ресурсов аграрных предприя­ тий.

Лучшими предшественниками в условиях Амурской области для сои и зерновых являются пласт и оборот пласта многолетних трав, а также сидеральные или занятые соево-овсяной смесью пары [123, 124].

В Приморском крае наукой установлено и практикой подтверждено, что при размещении сои по обороту пласта многолетних трав, кукурузы на зерно, под которую вносятся высокие дозы минеральных удобрений, ее можно возде­ лывать без применения минеральных удобрений, что обеспечивает сбережение значительной части ресурсов [65].

Из зерновых культур наиболее чувствительным к плодородию почвы явля­ ется ячмень. Поэтому его целесообразно размещать первой культурой после паров или однолетних трав.

Овес имеет более мощную корневую систему, чем ячмень и пшеница, об­ ладает повышенной пластичностью к условиям произрастания. Размещается эта культура в третьем звене, замыкая севооборот.

Соя - культура высокой агротехники, требует чистые от сорняков плодо­ родные земли. Высевать ее лучше всего по зяби, обработанной по типу полупа­ ра, по паровым предшественникам, а также по своевременно вспаханному и об­ работанному пласту многолетних трав.

Результаты исследований по заданию 02.01.02.01 «Усовершенствовать специализированные севообороты с оптимальным насыщением приоритетными культурами на основе эффективного использования ресурсного потенциала па­ хотных земель» лаборатории севооборотов и технологии возделывания сои, под руководством заведующего этой лабораторией кандидата сельскохозяйствен­ ных наук А.Н. Гайдученко [124], подтверждают, что за период исследований (2006-2010 гг.) плотность почвы под полевыми культурами незначительно из­ менялась в зависимости от предшественников и находилась в пределах оптимальных значений для роста и развития растений от 1,08 до 1,27 г/см - под со­ ей, от 1,07 до 1,22 г/см - под зерновыми культурами.

Снижение почвенной влаги от 40 до 20% полной полевой влагоемкости (1111В) в отдельные годы в ответственные периоды роста и развития полевых культур отрицательно повлияло на формирование урожая.

В четырехпольном севообороте с пожнивным выращиванием соево­ овсяной сидеральной массы после уборки ячменя и в пятипольном с двулетним использованием эспарцета песчаного за ротацию, по сравнению с исходными показателями, установлено повышение гумуса на 0,42 и 0,21%, соответственно за счет использования пожнивных и корневых остатков. В остальных севообо­ ротах отмечено его снижение на 0,02-0,33%.

Содержание подвижного фосфора по всем севооборотам и при бессменном возделывании культур изменялось незначительно. Содержание азота снижалось к концу вегетации. Наименьшее снижение минерального азота отмечено в се­ вооборотах с чистым паром, которое составило 3,8...4,5 мг/кг почвы, и наибольшее (15,6 мг/кг) в севообороте с пожнивным возделыванием сидерата.

Другие показатели агрохимической характеристики почвы в зависимости от се­ вооборотов изменялись незначительно.

Наименьшая засоренность сои установлена в севообороте: кукурузаячмень, ячмень-однолетние травы - 16,9%. Наибольшая - при повторном воз­ делывании сои - 30,6%. Наименьшие колебания засоренности посевов по сево­ оборотам наблюдаются у ячменя от 17,8 до 23,4%, у пшеницы от 16,1 до 30,7%, у кукурузы от 2,09 до 32,9%. Бессменные посевы сои и пшеницы были засоре­ ны на 56,4 и 42,8% соответственно.

За период исследований густота стояния растений сои была удовлетвори­ тельной в полях севооборотов. Полевая всхожесть для сои составила 68-81%, зерновых 61-81%.

Наибольшее нарастание надземной массы и прирост сухого вещества у сои наблюдается в 5-польных севооборотах, контрольном и с возделыванием куку­ рузы. При повторном и бессменном посевах прирост сухой массы был ниже, чем в севооборотах в 1,5.2,6 раза. Наибольший прирост надземной массы у ячменя (5,3 т/га) отмечен в севообороте с многолетними травами, у кукурузы (3,0 т/га) в 5-польном севообороте, пшеницы (4,73 т/га) в контрольном севообо­ роте.

Наибольшая урожайность сои (1,64 т/га) в среднем за 5 лет исследований сформирована в 5-польном севообороте двухлетнего использования эспарцета песчаного. При повторном и бессменном возделывании продуктивность сои была ниже на 0,2.1,4 1 т/га и 0,2 7.1,7 3 т/га, чем по другим предшественни­ кам. Урожайность ячменя в среднем за 5 лет в полях севооборотов составила 1,8 7. 1,97 т/га; пшеницы 1,3 0. 1,44 т/га, при бессменном посеве в 1,6. 1,8 ра­ за ниже, а кукурузы 2,2 3.3,0 8 т/га.

Наибольший выход семян в среднем за 5 лет исследований получен в 4­ польном севообороте (1,56 т с 1 га севооборотной площади). При монокультуре этот показатель составил 0,97 т/га, однако, урожайность ее за пятилетку в 1, раза была ниже, чем в севообороте. В бессменных посевах пшеницы выход се­ мян составил всего 0,8 т с 1 га.

Наибольшая прибыль по севооборотам в среднем за 5 лет от производства сои (3,77 тыс. руб. на тонну корм. ед. с 1 гектара севооборотной площади) по­ лучена в четырёхпольном севообороте с пожнивным возделыванием сидерата, при себестоимости 3,1 2.3,2 4 тыс. рублей.

Бессменное возделывание сои и пшеницы обеспечивает получение прибы­ ли соответственно 2,98 тыс. и 2,48 тыс. рублей на тонну кормовых единиц.

За годы исследований выявлен лучший специализированный 4-польный короткоротационный севооборот с пожнивным возделыванием соево-овсяной массы на сидерат по агрохимическим свойствам почвы, формированию про­ дукционных процессов, продуктивности и экономической эффективности воз­ делывания сои.

1.2. Особенности и преимущества короткоротационных севооборотов На сегодняшний день особо остро стоит актуальный для сельскохозяй­ ственного производства вопрос - как снизить затраты производства при одно­ временном повышении урожая? При изменившихся ценах на энергоносители и продукцию растениеводства продолжается выполнение рекомендаций зональ­ ной технологии, разработанной ещё в 80-е годы прошлого столетия. Выход один - в снижении основных затрат при одновременном поддержании урожай­ ности на достигнутом уровне, а при возможности и ее повышении. Какие затра­ ты можно снижать без ущерба для урожая? Самые высокие затраты связаны с подготовкой почвы для посева и, принятой в настоящее время на вооружение системой удобрений и защиты растений от сорняков и болезней, которые в сумме включают до 70% всех затрат на выращивание культуры. Можно ли их уменьшить? Вполне возможно, путем включения в производственный процесс природных источников повышения продуктивности растений, заменяя ими не­ которые факторы интенсификации [213, 220, 230, 231].

Надо признаться самим себе, что ранее выбранные интенсивные техноло­ гии сейчас - это путь в никуда. И дорого, и частые ошибки приносят иногда не­ поправимый вред природе. Растительное царство развивалось без нашего вме­ шательства многие миллионы лет, и каждое выжившее до наших дней растение самодостаточно, в нем нет ничего лишнего или недостающего. Здесь все сба­ лансировано. И любой биоценоз способен без вмешательства человека суще­ ствовать и развиваться. Но при замене биоценоза на необходимый нам агроце­ ноз производители сталкиваются со всевозможными проблемами. Растениям начинает недоставать каких-то элементов питания, возникают проблемы с их защитой от сорняков, болезней. Почему? Да потому, что растения в дикой при­ роде не существуют сами по себе, а живут в тесном содружестве с представите­ лями других классов растительного и животного мира: грибами, бактериями, вирусами и т.д. Наиболее острые проблемы, возникающие практически еже­ годно в наших условиях следующие:

1. Недостаток влаги в весенний и раннелетний периоды. Эту особенность нашего климата знают все, об этом предубеждал П.И. Колосков [166] и предла­ гал переходить от выращивания ранних яровых хлебов к поздним - «серым»

хлебам.

При неравномерном распределении влаги в течение вегетации - основная часть осадков приходится на вторую половину лета. Они особой роли в форми­ ровании урожая текущего года не играют, но являются важным резервом и по­ могают сглаживать негативные последствия весенне-летних засух. Но в по­ следние годы эффективность использования этого резерва существенно сниже­ на. Основная роль в этом принадлежит, на наш взгляд, тяжелым колесным тракторам типа К-700 и орудиям основной обработки почв, образующих «плужную подошву», то есть, по большому счету, горизонтальной обработке почвы - плугам и культиваторам. В годы с избытком влаги во вторую половину вегетации необходимо обработку почвы и посев переносить на более поздние сроки и переходить на посев поздних культур. Надо менять систему основной обработки почвы с горизонтальной на вертикальную, с постепенным увеличе­ нием водопроницаемости наших зональных тяжелых почв. Это одно из воз­ можных, но, на наш взгляд, главное условие ухода от периодических засух.

2. Использовать механизм росообразования. Агротехнические приемы включения этого явления разработаны русским агрономом И.Е. Овсинским [235] - необходимо уплотненное ложе для семян на глубине не более 5 см и обязательно постоянно рыхлый слой почвы над этим уплотненным ложем.

Конструкция дискового сошника не предусматривает создание такого ложа и, даже более того, разрушает ранее созданное предпосевной культивацией. Тре­ буется разработка сошника, отвечающего этим требованиям и разработка спе­ циальной бороны для ухода за посевами. Бороны легкой, с регулируемой глу­ биной хода зуба. Такая борона не предназначена для подготовки почвы и долж­ на иметь более частое размещение зуба, а зуб - диаметром 6 мм - должен бо­ роться с сорняками в фазе проростков, разрушать почвенную корку, и не уни­ чтожать культурные растения [258, 285, 377-380].

Это по первому уровню проблемы.

По второму - оптимизировать условия для роста растений. Это значит обеспечить достаточное количество влаги, макро и микро элементов питания, защиту от болезней за счет создания высокого пула всех видов спонтанной био­ ты почвы. В природе устроено все рационально, нет ничего лишнего и ненуж­ ного. В воздухе - азот, углерод, водород, кислород. В почве - валовые запасы даже такого для нас остродефицитного элемента как фосфор составляют 0,25.0,33%, или от 6 до 10 тонн, в то время как доступного для культурных растений фосфора только сотни килограмм или на порядок и даже два ниже.

Валовые запасы доступны для сорняков, которые хорошо растут на тех полях, которые оказались выбракованными. Сорняки сохранили генетически обуслов­ ленную способность совместной работы с микроорганизмами. Разнообразные виды микроорганизмов не только разлагают органику, но и фиксируют необхо­ димое количество азота и извлекают из труднодоступных соединений необхо­ димые элементы минерального питания. Долгой целенаправленной селекцией культурные растения «отучены» от взаимодействия с нужными микроорганиз­ мами, взяв все заботы о питании и защите на себя. Г лавная задача сейчас - мак­ симально увеличить разнообразие всех видов микроорганизмов и их пул, чтобы и под культурными растениями биота почвы работала так же, как под сорной растительностью. Причем, за счет биоты почвы не только повышается урожай, но и также иммунитет растений, сохраняются запасы почвенного азота и, кроме экономических выгод, в этом случае можно получить еще и улучшение эколо­ гической обстановки. Но для активной работы микроорганизмов необходима энергия - питание. По данным Гюнтера Канта [144], для вспышки пула микро­ организмов в почве необходимо не менее 6 тонн легко разлагаемого углерода в нашем случае зеленых растений, лучше всего сорняки, так как они не потеря­ ли еще способности к активной совместной работе с микроорганизмами. Мик­ роорганизмы не только разлагают органику, но и образуют внешнюю и внут­ реннюю микоризу, могут быть ассоциативным азотфиксатором, выполняют роль ризосферной микрофлоры, выделяют биологически активные вещества, регулирующие рост и развитие растений [352]. По данным института микро­ биологии АН РФ, заделывать растительную массу необходимо в верхнюю 1/ пахотного слоя. По их же данным при разложении органики в верхнем слое почвы выделяются гиббереллины и ауксины, провоцирующие прорастание се­ мян сорняков, которые уничтожаются последующими обработками. Е.Н. Мишустин с сотрудниками установили, что полное разложение органики заверша­ ется за три года, и в этой работе участвуют практически все микроорганизмы [220].

Ученые Сибирского института генетики и цитологии установили, что большинство используемых сейчас сортов культурных растений утратили спо­ собность к синергическим взаимоотношениям с ассоциативной микрофлорой [151, 315].

Более того, нам известно несколько периодов роста и развития растений, которые оказывают существенное, если не основное, влияние на величину бу­ дущего урожая. У всех культур эти периоды различны. Ф.Ю. Г ельцер выделяет один, общий для всех культур период прорастания семян. Если в этот период на семя достаточно активно действуют выделения ризосферных микроорганиз­ мов, то в семени активизируется эндофиты, которые, образуют внутреннюю микоризу. В своих опытах Ф.Ю. Г ельцер получала прибавку урожая у яровой пшеницы на 45% больше по сравнению с растениями, не прошедшими обра­ ботку ризосферными микроорганизмами [75].

Таким образом, это еще одно подтверждение, того что необходимо повы­ сить содержание всех микроорганизмов в почве. Это возможно сделать только используя сидерат, («питательный субстрат») из сорных растений, еще сохра­ нивших способности к совместной жизнедеятельности с различными микроор­ ганизмами. С учетом одновременного получения других преимуществ (биоло­ гическое рыхление подпахотного слоя, улучшение водопроницаемости почвы, вовлечение в биологический круговорот азота воздуха и других элементов из трудно доступных соединений, повышение микробиологической и биологиче­ ской активности почвы), переход на биологическую систему земледелия позво­ лит при существенной экономии затрат, повысить урожайность полевых куль­ тур.

Однако для этого необходимо разработать оптимальную схему севооборо­ та и систему обработки почвы, способствующие созданию и сохранению высо­ кого пула всех видов спонтанной биоты почвы, исключающую применение всех видов минеральных удобрений и химических средств защиты растений.

Этим требованиям отвечает трехпольный севооборот, в первом поле кото­ рого выращивается сидерат из сорняков. Задача не только получить высокий урожай зеленой массы, а как можно большее разнообразие микроорганизмов.

Для этих целей служит пар. Кроме того, при обработке этого пара не должны нарушаться условия жизни этих микроорганизмов. Одновременно с этим необ­ ходимо создать условия для активного разложения органики. Этим требовани­ ям не отвечает ни одно орудие из существующей системы машин. Получение рыхлого верхнего слоя почвы способствует активной работе сапрофитной мик­ рофлоры и быстрому разложению надземной части сидерата.

Второе поле должно быть занято зерновыми культурами, которые в доста­ точной степени обеспечены элементами минерального питания за счет разло­ жения растительной массы сидерата с обеспечением оптимального водного ре­ жима в засушливый весенне-летний период. Эта задача решается за счёт вклю­ чения в работу физического закона росообразования. Однако и для этих целей в настоящее время с.х. товаропроизводитель не имеет машин.

Зерновые освобождают поле в конце июля первой половине августа и поз­ воляют подготовить его под следующую культуру по типу полупара.

В третьем поле севооборота размещается соя, культура, которая является главным засорителем полей, очень поздно созревает и имеет генетически обу­ словленную способность к синергическим взаимоотношениям с микроорганиз­ мами. Защиту от сорняков можно обеспечить агротехническими мероприятия­ ми.

Данный севооборот способствует созданию и поддержанию высокого пула всех видов спонтанной биоты почвы и, вместе с тем создает оптимальные усло­ вия для роста и развития растений.

Однако этот севооборот эффективен только при наличии специальных технических средств, которые на сегодняшний день отсутствуют.

1.3. Технологии и технические средства, применяемые при возделывании сои и зерновых культур в короткоротационных севооборотах 1.3.1. Анализ существующих технологий возделывания сои Изучению агротехники возделывания сои повсеместно уделяется большое внимание. К настоящему времени ВНИИ сои, ДальГАУ, ДальНИИМЭСХ и другими учреждениями разработана достаточно полная базовая технология возделывания сои [2, 134, 135, 316].

Базовая (типизированная) технология предназначена в основном для ис­ пользования в условиях значительного ограничения гидротермических ресур­ сов. Следовательно, данная технология предполагает применение хорошо адап­ тированного к зональным условиям сортового набора сои.

Особенностью машинного обеспечения агротехники возделывания сои яв­ ляется использование технических средств, предназначенных преимущественно для выращивания зерновых культур.

В ДальНИИМЭСХе, ДальГАУ и ДальНИИСХе созданы машины и агрега­ ты для использования в соеводстве. При их постепенном внедрении эффектив­ ность отрасли должна значительно повыситься [135, 349].

На основе базовой технологии сои в настоящее время разработано и внед­ рено несколько модификаций соевого агротехнического комплекса. Данные модификации различаются в первую очередь способами посева. Наиболее ши­ роко в настоящее время распространен рядовой (сплошной) способ посева, ко­ торый позволяет существенно снизить затраты на механические уходы за посе­ вами, но требует применения системы мер борьбы с сорняками с помощью гер­ бицидов. Сохраняет свое значение и широкорядный способ посева сои (с ши­ риной междурядий 45 см или двухстрочный 51 см на 15 см). Данный способ можно применять при недостатке гербицидов и наличии агрегатов для между­ рядных обработок посевов. Относительно хорошо изучен гребневой способ по­ сева сои, который дает положительные результаты преимущественно в север­ ной зоне соесеяния Амурской области. Во всех вариантах со способами посева следует учитывать сортовую специфику сои. В каждом конкретном случае при выборе способа посева предусматриваются соответствующие изменения нормы высева, набора сельскохозяйственных орудий, меры борьбы с болезнями и сор­ няками, системы удобрений и т. д.

Еще одним фактором, определяющим ряд модификаций базовой техноло­ гии возделывания сои, является способ основной обработки почвы. В зависи­ мости от того, используется ли бесплужная обработка почвы, обработка с обо­ ротом пласта (в том числе после многолетних трав) или обработка по типу по­ лупара, существенно меняется набор и очередность проведения некоторых эле­ ментов в агротехнике, приемы и сроки внесения удобрений, гербицидов, мето­ дов предпосевной обработки почвы.

Следует отметить, что сравнительные научные данные, полученные в При­ амурье и мировой опыт соесеяния свидетельствуют о том, что различные мо­ дификации технологий возделывания сои при правильном использовании су­ щественно не различаются по влиянию на интенсивность продукционных про­ цессов в посевах, а, значит, мало различаются и по итоговой урожайности сои.

Различия между вариантами указанных технологий в первую очередь про­ являются в затратности, уровне окупаемости и экономичности. Главным в дан­ ном случае является подбор и реализация агротехнических элементов, макси­ мально соответствующих зональным и даже микрозональным особенностям на территории товаропроизводителей, их хозяйственным (техническим) возмож­ ностям и сортовой специфичности культуры. Поэтому в настоящее время раз­ работана многовариантная технология возделывания сои, которая должна учи­ тывать все виды прогнозов в каждый конкретный год. Из различных вариантов (моделей) каждый соевод может выбрать оптимальный набор агроприемов.

Вместе с тем в каждую модель технологии включаются базовые агротехниче­ ские приемы, которые хорошо изучены и опробированы в производстве.

Лучшими предшественниками сои являются пласт многолетних трав, заня­ тые удобренные пары, зерновые идущие после многолетних трав.

Под посев сои целесообразно готовить раннюю зябь, обработанную с осе­ ни по типу полупара. После уборки предшествующей культуры и предвари­ тельного лущения стерни (через 10 дней) проводят вспашку на глубину пахот­ ного слоя плугами с предплужниками в агрегате с приспособлениями для кро­ шения и выравнивания почвы. Предварительно осуществляют опрыскивание многолетних сорняков гербицидами. На маломощных почвах следует осу­ ществлять почвоуглубление путем припахивания 3. 4 см подпахотного гори­ зонта с обязательным внесением органических удобрений. На бурой лесной и лугово-черноземовидной почвах под сою эффективно глубокое безотвальное рыхление на глубину 2 5.3 0 см. Его можно проводить плугами или плоскоре­ зами-глубокорыхлителями. Нижние малогумусируемые горизонты следует раз­ рыхлять раз в три-четыре года.

В южных и центральных районах Амурской области все более широкое применение находит (как основная) бесплужная обработка, проводящаяся в двух поперечных направлениях.

Подготовка ранней зяби предусматривает дискование на полях с однолет­ ним типом засоренности по мере появления всходов сорняков, а при многолет­ нем типе засоренности проводится культивация. На полях, где не использовали гербициды, при засорении зяби многолетними сорняками необходимо прово­ дить сплошную культивацию на глубину 1 0.1 2 см культиваторами, оборудо­ ванными комбинированным набором рабочих органов и одновременное боро­ нование.

Весной, по мере оттаивания почвы, зябь боронят, прикатывают кольчаты­ ми катками ЗККШ-6А с целью сохранения влаги, выравнивания поверхности пашни и провоцирования прорастания сорняков. Позднее проросшие сорняки уничтожаются культивацией. Перед посевом сои проводится предпосевная культивация на глубину 8. 1 0 см на полях, засоренных многолетними сорня­ ками. При однолетнем типе засоренности проводится дискование на глубину 6. 8 см с одновременным боронованием непосредственно перед посевом.

К севу сои приступают, когда почва прогреется на глубину 10 см до 8.1 2 °С. Семена сои, имеющие низкую всхожесть, микротрещины, заблаго­ временно протравливают контактными протравителями. При всхожести семян выше 90% эффективна обработка нитрагином, который препятствует распро­ странению инфекций. При обработке семян необходимо соблюдать рекоменду­ емую норму расхода рабочего раствора ( 6. 8 л/т семян). Сроки сева должны определяться зональными особенностями и скороспелостью сорта (от 10 мая до 5 июня). Подбор сортов проводится с учетом агроклиматических факторов и, в первую очередь, зависит от ресурсов тепла.

Прежде всего, засевают поля чистые от сорняков. Наиболее распро­ страненные способы посева - рядовой и широкорядный. Посев производится в основном трехсеялочными агрегатами, скомплектованными из трактора класса 30 кН, жестких сцепок и трех комбинированных сеялок (марки СЗСШ-3,6, С3ПС3-3,6) [344, 355].

В хозяйствах области широко используется рядовой (сплошной) способ посева сои. Его следует применять на относительно чистых от сорняков полях при наличии гербицидов и боронований после посева и появления всходов в фазу первого настоящего листа. Нормы высева рассчитывают с учетом после­ дующих работ по уходу за посевами, чтобы к периоду уборки на 1 м2 было не менее 5 5.6 0 среднеспелых и 6 0.6 5 растений скороспелых сортов. Для этого необходимо высевать среднеспелые сорта с нормой высева 7 5 0.8 0 0 тыс., а скороспелые 8 0 0.9 0 0 тыс. всхожих семян на 1 га. На тяжелых почвах семена заделывают на глубину 4. 5 см, на легких - 5. 6 см. Сев ведут поперек пахо­ ты, соблюдая прямолинейность рядков. При посеве рядовым способом остав­ ляют технологическую колею. Посевы сои прикатывают кольчатыми или глад­ кими катками.

Система мер по уходу за посевами сои состоит из химических и агротех­ нических способов. Химические способы борьбы с сорняками предполагают применение системы гербицидов. Вредители при высокой численности уни­ чтожаются краевыми обработками и выборочным опрыскиванием.

Система агротехнических мер борьбы с сорняками в посевах сои включает боронования до и после всходов и междурядные обработки. Сроки проведения до- и послевсходового боронований зависят от интенсивности прорастания сорняков и времени посева сои. Очень важно провести эту работу в стадии проростков (белых нитей) или начала появления всходов сорняков. Довсходо­ вое боронование эффективно в борьбе с ранними сорняками, а послевсходовое - с более поздними. Боронования проводят агрегатами, состоящими из тракто­ ра тяги 3 0.4 0 кН (типа Д-75, Т-4), сцепок СГ-21 и средних борон БЗСС-1,0, в один след. Для уменьшения повреждения сои зубья борон необходимо устанав­ ливать скошенной стороной вперед. Обработка производится поперек или по диагонали посева со скоростью не выше 6. 8 км/ч до всходов и 4. 5 км/ч - по всходам. Первую культивацию посевов сои необходимо начинать при полных всходах, но не позднее развертывания первого тройчатого листа. Она прово­ дится культиватором КРН-4,2 с набором бритвенных лап на глубину 5. 6 см, при защитной зоне - 8. 1 0 см. Для боронования рядков и междурядий уста­ навливают прополочные боронки КРН-70. Через 8. 1 0 дней после первой про­ водится вторая культивация. Прополочные агрегаты по числу культиваторов и ширине захвата должны строго соответствовать посевным, поэтому расстанов­ ку и регулировку рабочих органов агрегатов необходимо проводить на разме­ точной площадке. Лапы культиваторов следует систематически очищать от сорняков. При высокой культуре земледелия и слабой засоренности посевов возможно сокращение операций, как в период предпосевной подготовки почв, так и при уходе за посевами сои.

При гребневом способе посева, а также при уходе за посевами использует­ ся сеялка-культиватор конструкции ДальНИИСХ. Этот способ возделывания позволяет начать сев сои в северных районах на 5. 7 дней раньше при норме высева 6 0 0.6 5 0 тыс. всхожих семян на 1 га. На менее переувлажненных поч­ вах в этих зонах можно возделывать сою на грядах, это менее трудоемко и бо­ лее производительно, чем при возделывании на гребнях. Для посева сои на гря­ дах 140 см используются переоборудованные сеялки СЗП-3,6 [360].

Убирают сою прямым комбайнированием, переоборудованными на низ­ кую высоту среза комбайнами, с установкой заданных оборотов первого и вто­ рого барабанов поперек рядков или по диагонали при полной спелости с влаж­ ностью семян 1 2. 18% [360].

Таким образом, технология возделывания сои является достаточно трудо­ емкой и затратной. Главная задача при реализации агроприемов - добиться их максимально высокой экономичности. Поэтому в зависимости от условий хо­ зяйствования, технологической оснащенности и экономического состояния предприятия рекомендуется использовать одну из трех технологий или комби­ нацию из трех приемов [134].

Технология А соответствует термину «интенсивная технология». Она предусматривает всестороннюю современную (научно-обоснованную) систему основной, предпосевной и послепосевной обработки почвы, подготовки семен­ ного материала, высококачественное выполнение агротехнических операций, систематизированный контроль за состоянием посевов в течение большей ча­ сти вегетационного периода (по аналогии с мониторингом) и оперативное воз­ действие на состояние посевов с целью оптимизации условий для осуществле­ ния продукционных процессов до максимально возможного уровня. Одновре­ менно решается задача систематического повышения эффективного плодоро­ дия почвы в соево-зерновом севообороте и улучшения экологической обста­ новки.

Технология Б рассчитана на осуществление основных операций по возде­ лыванию сои (бесплужная или отвальная обработки, применение одного-двух гербицидов, ограниченный набор приемов по уходу за посевами, уборка уро­ жая до наступления устойчивых заморозков). В отличие от технологии А, в данном комплексе не предусматривается получение максимально высокого урожая. Технология Б предполагает сохранение равновесного состояния пло­ дородия, тогда как первая технология направлена на расширенное повышение уровня эффективного плодородия.

Технология В предусматривает необходимость всесторонней экономии ре­ сурсов в условиях нехватки материально-технических ресурсов в зонах риско­ ванного земледелия. Агротехнические приемы при данной технологии сводятся к упрошенной схеме «посев-уборка», и при получении заведомо невысокого урожая окупаемость его должна (за счет снижения затрат) быть существенной.

При реализации технологии В необходимо стремиться замедлить снижение почвенного плодородия.

Во всех случаях предлагаемые технологии должны быть рассчитаны на получение экономической отдачи.

При этом ни одна из этих технологий не имеет системы биологического улучшения плодородия почвы.

1.3.2. Анализ существующих технологий возделывания зерновых культур Зерновые культуры являются основными компонентами зерно-соевых се­ вооборотов в Амурской области. Площади их посевов представленытакими яровыми культурами, как пшеница, ячмень и овёс. Эти культуры менее требо­ вательны к основным факторам роста и развития по сравнению с теплолюби­ выми пропашными культурами.

Семена пшеницы начинают прорастать при 1,5.2,0°С. Всходы переносят непродолжительные заморозки до минус 6,0°С. Интенсивное кущение проис­ ходит при температуре плюс 1 0.1 2 °С. Почвенная засуха отрицательно влияет на рост в начальные фазы развития (особенно во время кущения - выхода в трубку), когда формируются репродуктивные органы. Колосовые злаки требо­ вательны к почвенному плодородию. Использование питательных веществ начинается с первых дней жизни растений. Максимальное количество азота и фосфора потребляется в фазу кущения и колошения, калия - в фазу от выхода в трубку до налива зерна. Семена овса прорастают при 2.3 ° С, переносят весен­ ние заморозки минус 3.4 ° С. Корневая система у овса весной развивается быстрее, чем у пшеницы и ячменя, поэтому он сравнительно легко переносит весеннюю засуху. Овес не боится переувлажнения почвы во второй половине вегетации. Благодаря хорошему развитию корневой системы, обладающей вы­ сокой способностью к усвоению питательных веществ, овес лучше пшеницы и ячменя поглощает питательные вещества из почвы, а потому менее требовате­ лен к ее плодородию и кислотности.

В севооборотах зерновые культуры размещаются по занятым, сидеральным и чистым (центральная и северная зоны) парам, пласту и обороту пласта многолетних трав, сои. Основная обработка почвы предполагает зяблевую вспашку плугом с предплужником. Многие хозяйства Амурской области широ­ ко практикуют бесплужную обработку полей из-под сои, которую выполняют тяжелыми культиваторами, плоскорезами, комбинированными машинами, дис­ ковыми орудиями. После обработки почву обязательно боронят. Весенняя предпосевная обработка почвы должна быть направлена на обеспечение каче­ ственной разделки полей для проведения посева на необходимую глубину за­ делки семян и, как правило, сохранения почвенной влаги.

Обработанные с осени поля весной боронят поперек или по диагонали к направлению предшествующей обработки почвы. На невыровненной, глыби­ стой зяби весной проводится культивация или дискование (в зависимости от типа засоренности) и боронование.

Вследствие высокой вредоносности болезней семян, посеянных в холод­ ную почву, распространения листовых и семенных инфекций в течение вегета­ ции технология возделывания ячменя и пшеницы, в первую очередь, преду­ сматривает обязательное протравливание семян системными химическими и биологическими препаратами в комплексе с регуляторами роста растений.

Для получения стабильно высоких урожаев зерновых культур важное зна­ чение имеют условия минерального питания растений, посев в оптимальные сроки настроенными на расчетную норму высева сеялочными агрегатами и обеспечение оптимальной глубины заделки семян. В зависимости от потребно­ стей зерновых культур в элементах питания дробно вносят минеральные туки.

Под основную обработку почвы - фосфор и калий. Поступление азота в расте­ ния обеспечивается внесением его до посева под боронование или при посеве в смеси с небольшим количеством фосфора (30-40 кг/га азота и 10-20 кг/га фос­ фора).

Лучшими сроками посева зерновых культур (ячменя, пшеницы и овса) яв­ ляются вторая и третья декады апреля. Овес в меньшей степени реагирует на сроки посева, поэтому посев его проводят после ячменя и пшеницы. На тяже­ лых почвах оптимальная глубина заделки семян составляет 3...4 см, на легких см. Способ посева рядовой с междурядьями 15 см. Однако, в зависимости от материально-технической базы и наличия у сельхозтоваропроизводителей соответствующей техники, возможно применение узкорядного или перекрест­ ного посевов. При рядовом и узкорядном способах посева в целях недопущения огрехов необходимо обязательное применение маркеров. Для качественного выполнения технологических операций по уходу за посевами оставляют техно­ логическую колею.

Рекомендуемая норма высева для районированных сортов пшеницы со­ ставляет 6,5.7,0 млн. всхожих зерен на 1 га; ячменя и овса - 5,0.5,5 млн.

всхожих зерен на 1 га. На более плодородных почвах южной зоны используют­ ся при посеве меньшие пределы нормы высева, на малоплодородных (цен­ тральная и северная зоны) - более высокие. После посева почву прикатывают катками.

Следует иметь в виду, что при низких запасах почвенной влаги эффект от допосевного внесения азота снижается. Целесообразно вносить азот или при посеве, или путем подкормки растений в фазу кущения. В жидком виде под­ кормку совмещают с опрыскиванием гербицидами. Внесение большого количе­ ства азота или нарушение его баланса способствует росту вегетативной массы, растения полегают, возрастает восприимчивость к болезням и заселенность тлей. Чтобы предотвратить полегание, посевы до полного выхода в трубку об­ рабатывают одним из регуляторов роста растений (РРР): цецеце, 46% в.к.

(1,5.2,0 л/га); крезацин, 95% к.р.п. (4,0.6,0 л/га); фуролан, 98,9% ж. (3,4.5, л/га).

Уборку необходимо начинать раздельным способом в фазу восковой спе­ лости пшеницы и ячменя и при созревании 2/3 метелки овса, на чистых от сор­ няков полях уборка ведется прямым комбайнированием при полной спелости зерна. В местных условиях обычно убирают зерно с повышенной влажностью (от 18 до 20%). Сырое зерно необходимо немедленно очистить и просушить до влажности 1 3. 14%, не снижая его жизнеспособности.

Из анализа видно, что основной способ посева зерновых остается преж­ ним (рядовой с междурядьем 15 см), который способствует сильному испаре­ нию влаги, требуется разработка нового способа посева с равномерной задел­ кой семян по глубине и по площади с сохранением почвенной влаги.

1.3.3. Анализ технических средств для обработки почвы Рационализация обработки почвы в направлении ресурсосбережения и адаптации к природно-производственным условиям является одним из основ­ ных факторов повышения эффективности сельскохозяйственного производства.

В Амурской области основная обработка почвы под все культуры должна быть осенней и способствовать накоплению влаги, ослаблять ветровую эрозию, уси­ ливать биологическую активность почвы, проводиться плугами с предплужни­ ками и приспособлением для крошения глыб и выравнивания поверхности поля или тяжелыми культиваторами при безотвальной обработке. Предпосевная об­ работка почвы необходима с целью сохранения влаги, выравнивания почвы под посев и борьбы с сорняками. Общий прием под все культуры - ранневесеннее боронование, с целью закрытия влаги и выравнивания поверхности поля. Под сою и другие поздно высеваемые культуры проводится комплекс мероприятий по борьбе с сорняками, включающий прикатывание и 2...3 поверхностно­ послойные обработки (по мере появления всходов сорняков). Против пырея необходимо провести «вычесывание» в сухую погоду (культиваторы с пружин­ ными лапами с одновременным боронованием). В предпосевной период вносят в почву гербициды.

Для сохранения потенциального плодородия почв, создания бездефицит­ ного баланса гумуса и получения достаточных объемов продукции растение­ водства вносят минеральные удобрения. Поверхностное внесение негранулированных минеральных удобрений (известь, фосфоритная мука и другие) произ­ водят перед вспашкой центробежными (РУМ-8, КСА-3, 1-РМГ-4, НРУ-0,5) и пневматическими (АРУП-8, РУП-8) разбрасывателями.

Основную дозу гранулированных минеральных удобрений вносят непо­ средственно в почву на глубину 8-12 см локально-ленточным способом комби­ нированными машинами МКП-4 и АБМК-8 одновременно с предпосевной об­ работкой почвы ранее разработанные автором [338, 339, 345, 349]. Работы должны проводиться своевременно, с хорошим качеством. Качество выполне­ ния технологических операций и производительность машинно-тракторных аг­ регатов во многом зависят от профессионализма работников, качества подго­ товки технических средств к полевых работам, правильного составления агре­ гатов и рационального выбора режима их работы. Рекомендуемые составы аг­ регатов и режимы работы на обработке почвы и внесении минеральных удоб­ рений представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Составы агрегатов и режимы их работы на основной отвальной, безотвальной, предпосевной обработках почвы и внесении минеральных удобрений Отвальная вспашка. К-701+ПН-8-35+приспособление для крозяби с предплуж­ шения глыб и выравнивания поверхности никами и приспо­ поля, на глубину, см:

верхности поля Т-150+ПЛН-5-35+приспособления для крошения глыб и выравнивания поверхности Продолжение таблицы 1.1.

Основная безот­ К-701+КТС-10-1 на глубину, см:

ка почвы (серий­ К-701+3хКПЭ-3,8 на глубину, см:

противоэрозий­ ДТ-75М+КПЭ-3,8 на глубину, см:

Основная безот­ К-701+КГН-6 на глубину, см:

Продолжение таблицы 1.1.

модульной конструкции без внесения минер.удобрений) на глубину, см:

Предпосевная об­ К-701+СП-16+3хМКП-4 (машина комби­ работка почвы нированная прицепная для предпосевной (разработчик обработки почвы с одновременным внесе­ ВНИИ сои) нием основной дозы гранулированных ми­ Предпосевная об­ работка почвы модульной конструкции с локальным вне­ (разработчик ДальНИИМЭСХ) минеральных удобрений) на глубину, см:

Продолжение таблицы 1.1.

Сплошная куль­ К-701+СП- 16+3хКПС-4+12 звеньев БЗССтивация серий­ 1,0 на глубину, см:

торами с бороно­ ДТ-75М+КПС-4+4 звена БЗСС-1,0 на глу­ Дискование на Боронование Разделка глыби­ Анализ составов агрегатов показывает, что они сформированы на базе тракторов тяжелого класса, что негативно сказывается на плодородии почвы Амурской области.

1.3.4. Анализ машин и агрегатов для посева зерновых и сои В зависимости от конкретных почвенно-климатических условий, состоя­ ния полей и технологий возделывания при посеве зерновых культур использу­ ются различные типы сеялочных агрегатов (таблица 1.2). При посеве зерновых культур рядовым и узкорядным способами используются одно-, трех- и четырехсеялочные агрегаты, скомплектованные из тракторов классов 1,4; 3; 5, сце­ пок СП-11А, СП-16А и сеялок С3-3,6А различных модификаций.

Для посева семян зерновых и трав под их покров применяются агрегаты, составленные из трактора класса 1,4 и зернотукотравяной сеялки C3T-3,6A, а также агрегаты, состоящие из трактора класса 3, сцепки СП-11А и трех сеялок C3T-3,6A.

Таблица 1.2 - Состав и режимы работы агрегатов для посева зерновых культур Посев семян зерновых по стерневым фонам проводится сеялкамикультиваторами зернотуковыми стерневыми СЗС-2, СЗС-6, СЗС-12 и сеялками зернотукотравяными стерневыми СТС-2, СТС-6, СТС-12. Данные сеялки обес­ печивают посев с максимальным сохранением стерни при влажности почвы не более 20%. Сеялки осуществляют рядовой посев с шириной междурядья 22, см и агрегатируются с тракторами классов 1,4; 3 и 5, что также негативно ска­ зывается на плодородии почвы.

Составы и режимы работы агрегатов, применяемых для посева и ухода за посе­ вами сои (таблица 1.3), во многом зависят от способа посева. Помимо традиционного для Амурской области широкорядного посева сои с междурядьем 45 см, в настоящее время получает распространение посев рядовым способом с междурядьем 15 см (т.н.

«сплошной» посев). Применение этих способов осуществляется в основном сеялками, предназначенными для посева зерновых культур. На небольших полях используются односеялочные агрегаты MT3-82+C3-3,6A или МТЗ-82+СЗП-3,6А. Основным же аг­ регатом для посева сои является трехсеялочный, состоящий из трактора класса 3, сцепки СП-11А и сеялок С3-3,6А или СЗП-3.6А [133, 355].

Широкополосный способ посева также осуществляется лаповыми сошниками и сочетает в себе преимущества широкорядного и сплошного (более равномерное рас­ пределение семян по площади питания) посевов.

Для проведения широкорядного посева и междурядных культиваций посевов сои автором, совместно с инженером-конструктором Н.М. Присяжным, разработан, изготовлен и исследован в хозяйственных условиях комбинированный универсаль­ ный многооперационный агрегат КУМА-10,8. При посеве сои агрегат работает в прицепном варианте, а при проведении междурядных культиваций - в полунавесном. КУМА-10,8 агрегатируется с тракторами класса 3, имеющими вал отбора мощности с частотой вращения 1000 об/мин. К достоинствам агрегата следует от­ нести равномерное распределение семян сои по глубине на повышенных (до км/ч) скоростях, его высокие маневренность и производительность. При проведе­ нии междурядных культиваций агрегат обеспечивает стопроцентное уничтожение сорняков, находящихся в зоне действия рабочих органов.

Перед проведением посева сеялочные агрегаты должны быть отрегулированы на требуемые норму высева и глубину заделки семян и минеральных удобрений.

При составлении многосеялочных агрегатов необходимо установить требуемую длину маркеров. Во избежание подрезания культурных растений во время проведе­ ния междурядных обработок культиваторными лапами, при посеве сои необходимо строго выдерживать прямолинейность рядков.

Для того, чтобы создать лучшие условия для прорастания семян, добиться более дружных, равномерных всходов и выровнять поверхность поля, проводят прикатывание посевов сои. Поле прикатывают сразу же после завершения на нем посевных работ. Прикатывают посевы, как правило, кольчато-шпоровыми катками ЗККШ-6А. Используют также водоналивные гладкие катки ЗКВГ-1,4, но обязательно совместно с бороновальным агрегатом, чтобы избежать потерь влаги в почве. На переувлажненных почвах посевы не прикатывают во избежа­ ние чрезмерного уплотнения и образования почвенной корки. После прикатывания почва должна быть равномерно уплотнена на глубину 4-6 см, ее плот­ ность должна составлять 1,15-1,30 г/см.

Таблица 1.3 - Состав и режимы работы агрегатов для посева и ухода за посевами сои Широкорядный посев Рядовой посев МТЗ-82+С3-3,6А На небольших полях со сложной конфигурацией в агрегате с катками при­ меняют тракторы класса 1,4 и сцепки СП-11А. При использовании тракторов класса 3 в прикатывающих агрегатах применяют сцепки СП-16 и СГ-21. Ско­ рость движения агрегата с катками ЗККШ-6А должна составлять 8-10 км/ч, с водоналивными гладкими катками ЗКВГ-1,4 - не более 6 км/ч. Прикатывание производят поперек или по диагонали к направлению посева. Для того, чтобы на поворотных полосах почва не переуплотнялась, агрегат следует поворачи­ вать за пределами поля. Участки с переувлажненной почвой необходимо объ­ езжать. Поворотные полосы и клинья обрабатываются после прикатывания все­ го участка движением агрегата вокруг поля.

Довсходовое и послевсходовое боронование посевов сои проводят агрега­ тами, состоящими из тракторов класса 3, сцепки СГ-21 и средних борон БЗССНа небольших полях используют агрегаты, состоящие из трактора класса 1,4, сцепки СП-11А и борон БЗСС-1,0. Для уменьшения повреждения сои, зубья борон должны быть расположены скошенной стороной вперед по направлению движения агрегата. Во избежание изреживания посевов, боронование необхо­ димо проводить в дневное время, когда растения менее ломкие и меньше по­ вреждаются боронами. Бороновальные агрегаты должны двигаться прямоли­ нейно, поперек или по диагонали к направлению посева; при этом зубья борон должны обрабатывать почву на одинаковую глубину. Довсходовое боронова­ ние следует проводить со скоростью не выше 6 км/ч, а послевсходовое - 4,5- км/ч.

Для проведения междурядных культиваций посевов сои необходимо ис­ пользовать агрегаты, строго соответствующие ширине захвата посевных агре­ гатов, или, в крайнем случае, кратные ей. На тех полях, где посев сои осу­ ществлялся односеялочными агрегатами, междурядные культивации должен проводить агрегат, состоящий из трактора класса 1,4 и культиватора КРН-4, или КРН-5,6Б. Трехсеялочному агрегату соответствует агрегат, состоящий из трактора класса 3 и культиватора КБН-10,8. Вместо культиватора КБН-10, можно использовать три культиватора КРН-4,2 с приспособлением для шеренгового агрегатирования. Культиваторы укомплектовываются стрельчатыми и односторонними плоскорежущими (бритвенными) лапами, а также прополоч­ ными боронками КРН-38 или БПК-0,35. На первой междурядной обработке на культиваторы устанавливаются односторонние плоскорежущие лапы, на второй - стрельчатые лапы и прополочные боронки.

В целях сохранения посевов сои от переувлажнения рекомендуется прово­ дить локальное разуплотнение междурядий (третья культивация) рыхлительными стойками с лапками 70 мм на глубину 18...20 см, одновременно с иголь­ чатыми каточками.

1.4. Состояние научных разработок по исследуемой проблеме В своей кандидатской диссертации [342] автор частично коснулся решения данной проблемы при предпосевной подготовке почвы под сою. В данной ра­ боте решается проблема сохранения плодородия почвы при возделывании сои и зерновых.

Предлагаемая биотехнологическая система в конкретных условиях региона (на тяжелых сезонно-мерзлотных периодически переувлажняемых почвах) поз­ воляет основную роль в повышении продуктивности растений перенести со средств химизации на природные источники повышения продуктивности [331, 332, 346, 347].

В первую очередь, это максимальное усиление работы почвенной биоты, что автоматически приводит к повышению биологической активности почвы, ее оздоровлению. Усиление работы свободноживущих, ассоциативных и эндо­ генных микроорганизмов позволяет включить в биологический кругооборот дополнительное количество биогенных элементов из воздуха и недоступных для растений соединений.

Это и уход от глубокой основной обработки почвы, орудиями образую­ щими плужную подошву. Рыхление нижних слоев почвы происходит за счет работы корневых систем культурных и сорных растений. После отмирания корневых систем и перегнивания остатков корня, образовавшиеся поры служат надежными проводниками влаги из подпахотных слоев к верхним, повышают водопроницаемость почвы и способствуют более глубокому проникновению корневой системы последующей культуры [334, 337].

Это и включение для выращивания в паровом поле сорных растений. Не борьба с сорняками, а, наоборот, получение как можно большей их массы в па­ ровом поле в первый период вегетации. Необходимость включения сорных растений в технологический процесс обусловлена, на наш взгляд, тремя причи­ нами:

1) получаем без дополнительных затрат довольно большое количество (2 5 0.3 0 0 ц/га) органической массы с узким соотношением между углеродом и азотом, что особенно важно для начала активной микробиологической дея­ тельности (внесение в почву легко разлагаемого углерода - по Г. Канту) [144];

2) у сорняков всегда более мощная, с большей поглощающей способно­ стью корневая система. Следовательно, в биомассе сорняков накапливаются элементы питания не только из пахотного слоя, но и из более глубоких, подпа­ хотных слоев, недоступных культурным растениям;

3) сорные растения не подвергались селекции со стороны человека и со­ хранили природную способность выживания путем совместного проживания с микроорганизмами и вредителями. Причем, отношения эти не просто протоко­ операция, когда отношения благоприятны для обоих партнеров, но и не обяза­ тельны. Такие взаимоотношения не позволили бы сорным растениям прекрасно себя чувствовать на бросовых полях, на которых при всем старании агрономов, получить урожай культурных растений не удается. И только при мутулистических взаимоотношениях сорных растений и микроорганизмов, сорняки отлично себя чувствуют даже на таких землях. За последние 100 лет ученые разных стран [75] установили, что практически у всех растений, на различных этапах их роста и развития, просматривается участие микроорганизмов в осуществле­ нии ряда жизненно важных процессов (цит. по Ф.Ю. Г ельцер).

Так, биологически активные ростовые вещества, необходимые растениям на разных этапах роста, синтезируют симбионтные грибы. Поэтому, сорняки не только за счет мощной корневой системы снабжают себя элементами мине­ рального питания, но и за счет взаимодействия с ризосферными, эндофитными и другими типами микроорганизмов (ассоциативные, свободноживущие) во­ влекают в биологический круговорот элементы питания в обычных условиях не доступные для культурных растений. Более того, мы считаем, что многие эндофиты потеряв своего партнера (сорняки уничтожаются в паровом поле) будут искать нового уже в лице культурного растения. И даже если этого не произойдет, оставшиеся в почве ростовые вещества окажут благотворное влия­ ние на первую культуру после пара.

Безусловно, создание благоприятных условий для роста растений очень важно, но не менее, а возможно и более важным для получения максимального урожая в конкретных условиях региона, играют создание оптимальных условий для протекания главного биологического процесса - фотосинтеза [167, 310, 360, 364].

Причем, здесь мы не рассматриваем вопросы формирования площади ли­ стьев и время их активной работы, подразумевая, что, создав устойчивые мутулистические отношения между растениями и микроорганизмами, мы автомати­ чески решаем эту проблему. Вопрос стоит о бесперебойной обеспеченности растений влагой, достаточным количеством углекислого газа при разных тем­ пературных режимах роста растений и максимальном приходе к посевам ФАР.

Разрешение подобных проблем, которые по своему значению относятся к кос­ мическим факторам, возможно через разработку биотехнологической системы, тесно увязанных с местными почвенно-климатическими условиями [144, 359].

Так, отмечаемое многими исследователями [312], снижение чистой про­ дуктивности фотосинтеза (ЧПФ) практически всеми культурами в периоды по­ вышения дневных температур (выше + 30°С) в летние месяцы, легко устраня­ ется повышением концентрации углекислого газа в приземном слое воздуха с 0,03% до 1,0%. Это возможно, если мы повысим биологическую активность почвы и переведем процессы разложения органики в почве с гниения (анаэроб­ ный процесс) на процессы брожения - аэробные.

То есть, для решения этой глобальной проблемы необходимо: во-первых регулярно один раз в три года вносить в верхний, наиболее аэрируемый слой почвы не менее 6. 1 2 тонн на 1 гектар легко разлагаемого углерода - в виде зеленой массы сорных растений; во-вторых - ежегодно оставлять в поле из­ мельченную незерновую часть предшественника и, в-третьих - ежегодно про­ водить обработку семян, а, при необходимости и вегетирующих растений, су­ ществующими микробными препаратами для изменения характера микробио­ логических процессов в почве и восстановление синергических, а, возможно, и мутулистических отношений между культурными растениями и микроорга­ низмами [137].

Заделку сорной растительности необходимо проводить в наиболее благо­ приятное время для работы микроорганизмов. В условиях ДВ региона и Амур­ ской области это конец лета и начало осени. То есть, начиная с июля, когда устанавливается наиболее теплая и влажная погода, заделка в верхний слой почвы вызывает такую вспышку активности почвенной биоты, что за короткий промежуток времени ( 4 5. 50 дней) органика перерабатывается [153].

Заделка сидерата из сорняков должна гарантировано осуществляться пу­ тем отделения надземной части от корневой системы, не исключая высокорос­ лыми (до 2 метров и более) сорняками, измельчения их надземной части и пе­ ремешивать измельченные частицы с верхним слоем почвы за один проход аг­ регата.

При выполнении этих требований по нашему предположению активизиру­ ется микробиологическую активность почв и поддерживается высокая концен­ трация углекислого газа в приземном слое воздуха [282, 283].

Другой компонент активного фотосинтеза - приемы полного использова­ ния приходящей фотосинтетически активной радиации (ФАР) разработан нашим соотечественником, агрономом И.Е. Овсинским еще более века назад [235]. Прием очень простой, позволяющий полнее использовать наиболее ак­ тивную красную часть солнечного света в утреннее и вечернее время суток.

Дополнительных затрат никаких - необходимо изменить способ посева - вме­ сто сплошного - чередующимися рядами «густо-пусто» через 30 см. Но, к со­ жалению, серийные сеялки не позволяют провести такой посев. Необходима разработка посевного сошника нового типа, который смог бы при соблюдении всех других агротребований к посеву, обеспечить посев зерновых культур и сои ленточно-разбросным способом 30х30 см [235, 254-257].

По данным физиологов дневная солнечная радиация в значительной мере отражается посевом, а отраженная - усваивается почти полностью. Поэтому, наличие соломистой мульчи на поверхности почвы в междурядьях между лен­ тами, также решает вопросы улучшения фотосинтетической деятельности по­ севов [311].

И, наконец, третья проблема, важнейшая не только для активного протека­ ния процесса фотосинтеза, но и для самого существования растений. Это про­ блема бесперебойного оптимального обеспечения растений влагой в течение всего вегетационного периода. В Амурской области крайне неравномерное распределение осадков. В целом за год их выпадает достаточно, но основная их часть приходится на конец лета - начало осени, когда большинство растений завершают вегетацию. Эта влага просачивается в подпахотные слои и в даль­ нейшем служит запасом для урожая следующего года. Но в условиях бесснеж­ ной зимы и низких температур почва в регионе промерзает на глубину до 2,5...2,8 метров и более. Таким образом, осенние запасы влаги, даже если они и велики, в ранее весенний период не доступны для растений. П.И. Колосков [166] в начале прошлого века отмечал, что в Амурской области 30% весны и 32% начала лета засушливы и в этих условиях выращивание ранних яровых очень рискованно. Это подтверждается в настоящее время частыми весенне­ летними засухами, которые приводят к недобору урожая, а иногда и к гибели растений. Способ ухода от весенне-летних засух разработал все тот же русский агроном И.Е. Овсинский [235]. Он применил агроприем, при котором начал ра­ ботать физический закон росообразования. Для этого необходимо чтобы на глубине заделки семян (4-5 см.) был создан уплотненный слой почвы, а над ним в течение всего вегетационного периода сохранялся рыхлый слой почвы. В этом случае, днем, горячий воздух, соприкасаясь с прохладным уплотненным слоем почвы на глубине 4. 5 см. за счет высокой разницы температур образует росу. Ночью, наоборот, теплый и влажный почвенный воздух, соприкасаясь с охлажденной поверхностью почвы, образует росу в самом верхнем слое. Он назвал свое открытие «воздушной ирригацией». Количество влаги, получаемое таким способом, сопоставимо с потребностями растений в ней в этот период и позволяли ему даже в условиях степей Бессарабии и Украины получать устой­ чивые урожаи не только зерна, но и сахарной свеклы, зерновых, бобовых куль­ тур и других.

В наше время предпосевная культивация для создания уплотненного ложа для семян проводится не всегда, а там где ее создали, она разрушается при по­ севе дисковым сошником. Современная серийная конструкция зерновой сеялки не способна создать единый, по всей ширине захвата, уплотненный слой, а проделывает углубления для каждого рядка семян отдельно [120, 122].

Исходя из изложенного выше, необходима разработка конструкции сош­ ника, который отвечал бы высказанным требованиям. Кроме этого, необходима разработка бороны для ухода за посевами и поддержания верхнего слоя почвы в постоянно рыхлом состоянии. Глубина хода угол атаки зуба у такой бороны должны регулироваться.

Следует обратить внимание и на осеннюю подготовку почвы при пере­ увлажнении в наших условиях. Сроки посева ранних зерновых определяют важность осенней подготовки почвы (зяби), хоть отвальной, хоть безотвальной.

Если подготовку зяби приходится вести в условиях переувлажнения, то и плуг и лапа культиватора образуют плужную подошву, которая в будущем году бу­ дет выполнять роль «глиняного замка», ограничивая запас влаги только верх­ ним, обработанным слоем почвы, усиливая влияние весенне-летней засухи. По­ этому считаем необходимым разработать орудия для основной и предпосевной обработки почвы не образующих плужную подошву с активным приводом дис­ ковых рабочих органов от вала отбора мощности трактора, позволяющие ис­ пользовать более легкие энергетические средства класса 1,4. 2,0 [332, 338, 343, 346].

И еще одно замечание при предпосевной подготовке почвы под сою: её нужно проводить, когда мерзлота за счет оттаивания уйдёт на глубину 50- см. При работе мощных энергонасыщенных агрегатов общей массой более 12­ 15 тон за счет вибрации при работе двигателя, переменных нагрузок на крюке, колебания на неровностях почвы вызывает уплотнение влажного слоя подпоч­ вы, над мерзлотой, и к созданию более глубокого «глиняного замка», который также ограничит доступ к осенним запасам влаги. Отсюда необходимость рабо­ ты на таких полях агрегатов, не вызывающих переуплотнения глубоких слоев почвы [335].

Таким образом, биотехнологическая система в растениеводстве в конкрет­ ных условиях региона должна включать в производственный процесс получе­ ния растениеводческой продукции природные источники повышения продук­ тивности растений вместо привычных средств интенсификации.

Сложившиеся представления в сельскохозяйственной науке о потребно­ стях растений были направлены на улучшение условий питания растений за счет улучшения агрофизических и агрохимических свойств почвы, защиты рас­ тений преимущественно химическими средствами [325]. В связи с этим предло­ жено создавать для растений условия, в которых они формировались бы и суще­ ствовали до начала их активного окультуривания, то есть вернуть их в обычные рамки активного (мутулистического) сообщества с необходимыми для них, микро­ организмами.

Применяемые в последнее время химикаты защищают растения на всех этапах роста и развития не только от патогенов, но и от полезной, а часто и необходимой микрофлоры. И, во-вторых, не на всех этапах роста и развития растений создаются оптимальные условия для главного процесса в растениеводстве - фотосинтеза. В частности, в Амурской области 30% лет весной и 32% лет летом растения испыты­ вают острый недостаток влаги, а в жаркие дневные часы (более +27°С) даже тепло­ любивые растения (кукуруза, соя) значительно снижают чистую продуктивность фотосинтеза из-за низкой концентрации углекислого газа в приземном слое возду­ ха, что можно устранить усилением микробиологической деятельности почвенной биоты [166].

Для специфических условий Амурской области - сезонно-мерзлотные, перио­ дически переувлажняемые, тяжелые холодные почвы и резко континентальный ха­ рактер климата с признаками муссонности определяют необходимость с периодич­ ностью через два года проводить мероприятия, направленные на поддержание вы­ сокой биологической активности почвы. Для этого паровому полю нужен «пита­ тельный субстрат» - по сути сидерат из сорных растений. Кроме очевидных выгод - отсутствие затрат на подготовку почвы и посев, семена сорняков еще не потеряли мутулистических отношений с микроорганизмами, активнее потребляют труднодо­ ступные элементы питания из почвы, имеют более мощную корневую систему [324]. Все эти очевидные преимущества, а также и выбор времени и глубины задел­ ки сидерата («питательного субстрата»), вызывают взрывное увеличение, как коли­ чества, так и видового состава почвенной биоты [334]. За короткий промежуток времени (4 5.5 5 суток) в пахотном слое накапливается доступные элементы пита­ ния, но резко возрастает биологическая активность почвы, улучшается ее фитоса­ нитарное состояние за счет развития полезной микрофлоры и подавления ею пато­ генов. Высокая биологическая активность почвы с медленным затуханием поддер­ живается еще два года за счет заделки в верхний слой почвы измельченной соломы зерновых и сои. Затем, рекомендуется снова активизировать биологическую актив­ ность почвы [332].

В ранее разработанных научно-методологических основах ресурсосбереже­ ния [315, 316, 317, 318, 360] недостаточно полно отражены особенности агроландшафтной системы земледелия Амурской области и ДВ региона, не отражены спо­ собы воспроизводства плодородия почвы в короткоротационных севооборотах, включающие использование сорной растительности в «зеленом пару», не увязаны в систему все составляющие проблемы ресурсосбережения, комплексная и биоэнер­ гетическая оценка технологий. При обосновании и разработке биотехнологической системы и технических средств нового поколения требуется комплексный учет от­ дельных задач по правильному подбору севооборота, качеству семян применитель­ но к почвенно-климатическим условиям, способу посева, оптимальных сроков про­ ведения работ, обоснованию комплексов машин, обеспечивающих качественное высокопроизводительное выполнение работ, режимов, оптимальных регулировок машинно-тракторных агрегатов, снижению потерь и повреждения продукции, вы­ бору наиболее рациональных форм организации производственных работ. Разраба­ тываемая ресурсосберегающая технология должна предусматривать применение современных методов контроля выполняемых работ, поддержание высокой надеж­ ности выполнения технологического процесса работы машин при изменении усло­ вий [240-242, 248, 250].

Результаты анализа послужили основой для разработки научной гипотезы, формулирования цели и задач исследований, которые приведены в предыдущем разделе диссертации.

2. ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ И ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

В СИСТЕМЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НОВОГО

ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

2.1. Разработка общей экономико-математической модели биотехнологической системы «почвенно-травяной субстрата растение ^ машина» для возделывания сои и зерновых культур При разработке биотехнологической системы, связанной с производством сои и зерновых культур, нами принята за основу биотехнологическая система, включающая короткоротационный трёхпольный севооборот 1. Пар с сидератом на основе естественного травостоя;

2. Зерновые культуры (пшеница, ячмень);

Формализованная модель получения продукции в 3-польном севообороте представлена на рисунке 2.1.

Функционирование биотехнологической системы в 3-польном короткоро­ тационном севообороте пар^-зерновые культуры^-соя^-пар с сидератом из естественного травостоя включает два этапа, выполняемые в определённые аг­ ротехнические сроки.

Первый этап включает выращивание так называемой биологической мас­ сы исходного сырья - МБ для последующего получения субстрата определен­ ной физической формы, состава и свойств.

Второй этап связан с обеспечением, в определенные агротехнические сроки, оптимальных условий для жизнедеятельности микроорганизмов с целью формирования ими определенного набора питательных веществ qi(tT) для ис­ пользования его сельскохозяйственными культурами в процессе выращивания и получения урожая.

Первый этап характеризуется получением необходимого и максимально возможного количества биологической массы - МБ естественного травостоя, при определенном воздействии совокупности факторов внешней среды во вре­ мени - климат - 0 1(t), ландшафт - 0 2(t), рельеф поля - 0 3(t) и т.д.

Рисунок 2.1 - Формализованная модель получения продукции сои и зерновых Второй этап характеризуется воздействием совокупности биологических - Б(1:), технологических - T(t) и конструктивно-режимных - KP(t) факторов на подсистему поле^субстрат^культура^маш ина.

Функционирование данной системы направлено на получение макси­ мально возможного количества питательных веществ в почве, путем обеспече­ ния оптимальных условий путем активации А(ус; vs; vn) водно-воздушно­ температурного режима (ВВТ) для биотрансформации органического вещества - q(trp). Формализованная схема биотехнологической системы (БТС) с учетом перехода её состояний в 3-польном севообороте (для одного поля) представлена на рисунке 2.2, где ^(t) - степень дезинтеграции органических веществ.

пар ----------------------------------- ^ (измельчение, рыхиюль-август- дение, смешивание) стерня Рисунок 2.2 - Формализованная схема перехода состояний биотехнологической системы в 3-польном севообороте Согласно данной схеме, в начальный период происходит накопление пита­ тельных веществ в травостое с параметрами МБ, 1ст ов, Fcm Получение субстрата с размером частиц в нем 1ч, обусловлено степенью измельчения стеблей X i(tm) в процессе их механической обработки, с одновременным рыхлением почвы и за­ делкой.

Управление качеством функционирования БТС сводится к раскрытию сле­ дующего целевого функционала:

где q(tm) - количество питательных веществ - (ПВ) (гумуса), накапливаемых в процессе биотрансформации биомассы;

МБ - биомасса травостоя (урожайность, ц/га);

Wn - влажность почвы и травостоя;

to - температура внешней среды, почвы и т.д.;

X и Х - степень механического и биологического измельчения биомассы травостоя, стерни и т.д.

Количество ПВ в зависимости от параметра МБ, характеризуется получени­ ем субстрата определенного качества, обусловленного, прежде всего, степенью измельчения X(t) травостоя с урожайностью МБ.

Степень измельчения в зависимости от факторов, в общем виде можно представить как где l m, 1ч- длина стеблей и частиц;

Wcm- влажность стеблей;

Fcm- площадь поперечного сечения стеблей травостоя;

оразр- напряжение разрушения стеблей;

рст рп- плотность стеблей, стерни, корней и почвы.

В свою очередь, значения показателя Xм(t) характеризуются зависимостью от параметров обрабатывающей машины, в качестве которой нами принят ротор­ ный плуг с активными рабочими органами - дисками - К = f \k(t)] ^ max.

При этом для запуска биологической подсистемы в рассматриваемой систе­ ме в «работу» необходимо обеспечить оптимальные условия для жизнедеятельно­ сти микроорганизмов где vc - неравномерность однородности почвенно-травяного субстрата;

W; t; O2; N - параметры среды (водно-воздушный и температурный режимы в почве).

Процесс биотрансформации для получения биомассы, при её превращении в гумус, можно представить как где qit qu- текущее и начальное значения биомассы;

tm - продолжительность биотрансформации органических веществ в почве;

с - эмпирический коэффициент, учитывающий интенсивность биотрансфор­ мации.

Для начального значения биомассы, можно записать где V4 - объем частицы биомассы;

Rcm- коэффициент, учитывающий плотность травостоя;

рст- плотность стебля;

ST - площадь травостоя.

Для конечного значения биомассы где RT - коэффициент биотрансформации.

Преобразование выражения (2.4.) относительно параметра tT дает где у - эмпирический коэффициент, учитывающий условия биотехнологического процесса трансформации;

ST, S4 - площадь, занятая травостоем и частицами.

По физической сути продолжительность процесса биотехнологической трансформации является функцией степени разрушения в общем её смысле, X - степень механического разрушения исходной биомассы;

X - степень биологического разрушения измельченной биомассы.

Биотехнологический подход к созданию оптимальных условий в почвенной локальной среде обосновали на основе физического закона росообразования [235] и разработанной для данных условий модели [329, 349].

Данная модель учитывает степень неравномерности смешивания измель­ ченной биомассы с почвой для создания оптимальных условий развития и жизне­ деятельности микроорганизмов, а также семени сельскохозяйственной культуры.