«НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ПОД КУЛЬТУРЫ ПОЛЕВЫХ СЕВООБОРОТОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОГО И ВОСТОЧНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ ...»

СТАВРОПОЛЬСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ

На правах рукописи

УДК 631.51:633.1:631.582(470.630)

КУЗЫЧЕНКО Юрий Алексеевич

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ

ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ПОД КУЛЬТУРЫ

ПОЛЕВЫХ СЕВООБОРОТОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВ

ЦЕНТРАЛЬНОГО И ВОСТОЧНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

06.01.01 – общее земледелие, растениеводство Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант:

Пенчуков В. М. – академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ставрополь –

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОДХОДОВ

К ФОРМИРОВАНИЮ СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Научные аспекты становления систем основной обработки почвы

1.2. Концептуальные положения развития систем основной обработки почвы

1.3. Формирование оптимальных агрофизических параметров пахотного слоя почвы

1.4. Современные тенденции развития систем обработки почвы на Юге России

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Климат и погодные условия в годы проведения исследований........... 2.2. Почвы зон исследований и опытных полей….……………………....... 2.3. Методика исследований………………………………………………....

3. СИСТЕМЫ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

ПОД КУЛЬТУРЫ ПОЛЕВЫХ СЕВООБОРОТОВ

НА РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВ ………………………………………..… 3.1. Эффективность систем основной обработки почвы в севообороте на черноземе обыкновенном

3.2. Система основной обработки почвы под культуры севооборота на черноземе обыкновенном солонцеватом

3.3. Эффективность систем основной обработки на темно-каштановой почве………………………………………......…… 3.4. Система основной обработки светло-каштановой почвы в засушливой зоне…………………………………………………………..

4. МИНИМАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ

ПОЧВЫ ПОД КУЛЬТУРЫ ПОЛЕВЫХ СЕВООБОРОТОВ

НА ЧЕРНОЗЕМЕ ОБЫКНОВЕННОМ

4.1. Система минимализации основной обработки почвы под кукурузу на зерно………………………………………………….…... 4.2. Обобщенный показатель минимализации систем обработки почвы под пропашные культуры…………………..….

5. ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ПОТЕНЦИАЛА ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН КРАЯ.............. 5.1. Оценка природного энергетического потенциала

5.2. Оценка агротехнологического потенциала различных зон края........

6. НАУЧНЫЕ ПОДХОДЫ К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМ

ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

6.1. Снижение уплотняющего воздействия на почву

6.2. Оптимизация выбора приемов основной обработки почвы по показателю качества обработки

6.3. Технические решения, повышающие эффективность обработки почвы ………………………..... 6.4. Выбор приемов основной обработки почвы по топливным затратам

7. ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ

НА ОСНОВЕ ОБОБЩЕННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ

ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВЫ

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

ВЫВОДЫ

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ……………………………………….... ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современные рыночные условия сельскохозяйственного производства требуют пересмотра ранее рекомендованных систем земледелия и поиска более экологизированных и биологизированных подходов в земледелии. Поэтому необходимо определение более рациональных путей использования природно-климатических и ландшафтных ресурсов, разработка новой, более совершенной и экономичной сельскохозяйственной техники и адаптация ее применения к конкретным почвенно-климатическим условиям.

Важным звеном в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур являются современные системы обработки почвы. Рабочие органы сельскохозяйственных машин, механическим способом воздействуя на почву, изменяют строение пахотного слоя, создавая благоприятные условия для протекания физических, физико-химических и биологических процессов в почве, активизируя деятельность почвенной микрофлоры. При обработке почвы осуществляется заделка в нее пожнивных, растительных остатков и удобрений на определенную глубину, что позволяет создать дифференцированный по плодородию пахотный слой, благоприятный для развития корневой системы растений [Обработка почвы... 1988, Кушнарев, Кравчук, 2010].

Приемы обработки почвы изменяются в зависимости от разновидности почв, рельефа местности, климата, особенностей выращивания культуры, системы удобрений, характера засоренности полей, наличия вредителей и болезней, при этом требуются значительные материальные затраты. Установлено, что издержки эксплуатации машин составляют 60–70 % от величины издержек на производство сельскохозяйственной продукции, кроме того, ходовые системы машинно-тракторных агрегатов, уплотняя почву, снижают урожайность культур на 15–20 %, затраты на обработку почвы повышаются на 20–30 %, расход топлива увеличивается на 18 % [Джанаев, 1997, 2001].

Поэтому необходимо совершенствование и оптимизация систем основной обработки почвы с использованием современных машин и комбинированных почвообрабатывающих агрегатов применительно к зонам возделывания и особенностям отдельных культур [Почвозащитные технологии... 2001; Краснощеков, 2002; Петрова, Кузыченко, Хвостов, 2002; Кирюшин, 2006; Петрова, Липкович, Дридигер, 2006].

Решение специфически инженерных задач в формировании систем основной обработки почвы при возделывании сельскохозяйственных культур в определенной степени отражено в научных работах, где дается оценка влияния технико-технологических факторов на эффективность машинных технологий обработки почвы [Орманджи, 1983; Зангиев, 1987; Хабатов, 1993; Зангиев, Дидманидзе, Митягин, 2000; Хабатов, Вуколов, 2001; Сохт, 2001; Обработка почвы... 2004; Сохт, Захаров, 2005]. Кроме того, в ряде работ рассматривались экономические вопросы эффективного использования систем машин при основной обработке почвы [Синюков, 1989; Конкин, 1990; Власенко, 2005; Косачев, 2007].

В приведенных выше работах основное внимание уделялось перспективам оптимизации машинных технологий обработки почвы с точки зрения улучшения их технологических и экономических параметров (применения в комбинации тех или иных новых рабочих органов, производительности и т. д.), т. е. решались вопросы технико-технологических и экономических подходов к решению проблем внедрения машинных технологий в систему обработки почвы.

Поэтому необходим системный научно-прогнозируемый и комплексноагротехнологический подход в вопросе разработки оптимизированных систем основной обработки почвы в различных почвенно-климатических условиях отдельного региона [Корчагин, Горянин, 2006; Корчагин, 2008; Коринец, 2009].

Цель работы – научное обоснование и агротехнологическая оценка эффективности систем основной обработки почвы в технологиях возделывания культур полевых севооборотов на различных типах почв Центрального и Восточного Предкавказья.

Задачи исследований:

– изучить влияние систем основной обработки почвы на агрофизические и агрохимические показатели её плодородия, фитосанитарное состояние посевов и урожайность культур полевых севооборотов;

– дать научное обоснование применения минимальной системы основной обработки почвы под пропашные культуры на черноземе обыкновенном в зоне Центрального Предкавказья;

– разработать методы и критерии оценки энергетического и агротехнологического потенциала возделывания основных сельскохозяйственных культур в различных зонах Центрального и Восточного – разработать методику выбора орудий основной обработки почвы при различной влажности пахотного слоя и установить оптимальный маршрут движения почвообрабатывающего агрегата;

– разработать метод оценки топливных затрат при основной обработке различных подтипов почвы по агрофизическим показателям;

– установить энергетическую и экономическую эффективность систем основной обработки почвы различными почвообрабатывающими орудиями при возделывании культур полевых севооборотов на различных типах почв.

Научная новизна и теоретическая ценность работы подтверждена тремя патентами на изобретения и заключается в том, что дано научное обоснование систем основной обработки разных типов почв Центрального и Восточного Предкавказья и изучено их влияние на почвенное плодородие, фитосанитарное состояние посевов и урожайность культур полевых севооборотов; впервые разработан критериальный метод оценки энергетического и агротехнологического потенциала возделывания основных сельскохозяйственных культур;

установлена высокая эффективность применения комбинированных агрегатов под отдельные культуры севооборота на различных типах почв с учетом складывающихся условий увлажнения; разработана методика выбора орудий основной обработки почвы и оптимального маршрута движения почвообрабатывающих агрегатов; разработаны номограммы определения топливных затрат при различных приемах основной обработки разных подтипов почв.

Практическая значимость работы. На основании многолетних исследований и экономических расчетов производству рекомендованы оптимальные системы основной обработки почвы под культуры полевых севооборотов, адаптированные к почвенно-климатическим условиям отдельных зон Центрального и Восточного Предкавказья; даны рекомендации по применению комбинированных агрегатов нового типа в системах основной обработки почвы, в зависимости от складывающихся условий увлажнения пахотного слоя; определены районы, где возможна минимализация систем основной обработки почвы под пропашные культуры; предложен оптимальный маршрут движения почвообрабатывающих агрегатов (патент № 2444171) и номограммы выбора орудий основной обработки для различных подтипов почв с целью оптимизации топливных затрат; проведена биоэнергетическая и экономическая оценка эффективности систем основной обработки под культуры полевых севооборотов на различных типах почв в зонах Центрального и Восточного Предкавказья.

Основные положения, выносимые на защиту:

урожайность и экономическая эффективность возделывания зерновых и пропашных культур определяются оптимальным сочетанием применения отвальных, безотвальных и комбинированных способов обработки в системах основной обработки почвы под отдельные культуры севооборота;

оценка энергетического и агротехнологического потенциала территории края является критерием внедрения оптимальных систем основной обработки почвы под отдельные культуры севооборотов на различных типах почв;

разработка научных подходов к совершенствованию систем основной обработки почвы позволит снизить уплотняющее воздействие на почву, повысить качество её обработки и уменьшить топливные затраты.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях (Ставропольский НИИСХ, 1990–1993, 2011 гг.; Ставропольский ГАУ, 1997–2003, 2004– 2010, 2013 гг.; ВНИИПТИМЭСХ, 2007 г., КБНИИСХ, 2013 г.). Материалы исследований изложены в одной из глав учебных пособий «Земледелие Ставрополья» (2003) и «Основы систем земледелия Ставрополья» (2005).

Результаты исследований одобрены научно-техническим советом министерства сельского хозяйства Ставропольского края, что нашло подтверждение в опубликованных рекомендациях производству (2006, 2007 гг.).

По материалам исследований изданы рекомендации (2006, 2010, 2012, гг.), получено 3 патента РФ на изобретения. Опубликована монография «Оптимизация систем основной обработки почвы под культуры полевых севооборотов на различных типах почв Центрального и Восточного Предкавказья». Результаты исследований прошли производственную проверку и внедрены в хозяйствах Красногвардейского, Петровского и Георгиевского районов Ставропольского края на площади 10,5 тыс. га.

Публикации. Всего опубликовано 90 научных и методических работ, в том числе 64 по теме диссертации, из них 14 в ведущих рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК. Автором получены три патента РФ на изобретения.

Объем работы. Диссертация изложена на 290 страницах компьютерного текста, включает 88 таблиц, 31 график и рисунок; состоит из введения, обзора литературы, 8 глав собственных исследований, выводов, предложений производству, списка литературы из 463 наименований, в том числе 12 иностранных авторов, и 6 приложений.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОДХОДОВ

К ФОРМИРОВАНИЮ СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

В современном земледелии одно из ведущих мест в сохранении и увеличении плодородия почвы занимает рациональная система обработки почвы. Наиболее спорным моментом является вопрос, как глубина и способы основной обработки почвы влияют на ее плодородие, т. е. на агрофизические, агрохимические свойства, биологическую активность, количественное и качественное изменение гумуса. В литературе по этому вопросу имеются весьма противоречивые взгляды.

Идея создания мощного культурного пахотного слоя в нашей стране получила свое развитие в 70–90 годах XVІІІ столетия. И.А. Стебут (1871) утверждал, что углубление обработки почвы должно начинаться с увеличения глубины вспашки почвы под осень, для того чтобы почва могла в течение зимы лучше и глубже пропитаться влагой и далее сохранять ее весной на пользу растений в первое время их развития. При этом А.С. Ермолов (1894) рассматривал разнообразие приемов обработки в контексте организации научно обоснованных севооборотов и общей оптимизации системы полевого хозяйства. К.А. Тимирязев (1948) отмечал, что глубокая вспашка важна не только как средство для увеличения запасов воды, но и как средство развития корневой системы.

В начале 20-х годов XX века наряду с плужной пахотой земледельцы применяли и другие способы обработки почвы. И.Е. Овсинский (1909) установил, что неглубоко взрыхленный верхний слой почвы служит проводником воздуха, атмосферной влаги и воздушно-питательной пыли, в нем накапливаются питательные вещества, в частности азот. П.А. Некрасов (1924), анализируя данные опытных станций по водному режиму почв, неоднократно приходит к выводу, что глубокая вспашка черноземных и каштановых почв не ведет к лучшему накоплению и сохранению почвенной влаги. Исследования Н.С. Соколова (1935) и Н.М. Тулайкова (1937) приводят к аналогичным выводам.

С критикой теории мелкой обработки почвы выступил академик В.Р. Вильямс (1940). Начиная с этого периода пропагандировалась и внедрялась глубокая и сверхглубокая пахота как основной прием повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. Применение ежегодной отвальной вспашки В.Р. Вильямс обосновывал тем, что благодаря этому приему верхний слой почвы (0–10 см), утративший за лето ценную структуру, сбрасывается на дно борозды, а нижний, более плодородный слой поднимается наверх. Однако эта теория не получила подтверждения. Еще в 20-е годы прошлого столетия Л.Н. Барсуков (1937) экспериментально доказал, что именно верхний слой почвы характеризуется самой высокой биологической активностью. По поводу этого положения П.У. Бахтин (1996) замечает, что В.Р. Вильямс не учел различной роли верхней и нижней части пахотного слоя в создании эффективного плодородия почвы.

В литературе имеются весьма противоречивые данные по влиянию глубины и способов обработки на ее агрофизические свойства.

Б.И. Тарасенко (1960, 1969, 1975, 1981, 1987), рассматривая обычную вспашку как основополагающий элемент в системе основной обработки почвы под отдельные культуры севооборота, предлагал ориентироваться на ее последействие и не увеличивать без надобности глубину пахоты. При этом высококачественное лущение он считал одним из важнейших агротехнических приемов, предшествующих вспашке.

Л. И. Храмцов (1996) на тяжелосуглинистых черноземах Ростовской области, В. Е. Казаков, Б. К. Тютюнник, И. Л. Молдавский (1984) в условиях засушливой степи Украины, П.Т. Кибасов (1982) на карбонатных черноземах Молдавии пришли к выводу, что увеличение глубины обработки способствует большему накоплению влаги в почве и более экономному ее расходованию. М.Д. Васильев (1989) установил, что увеличение глубины обработки способствует увеличению влажности и снижает плотность сложения карбонатных почв Молдавии.

Н.И. Федотова (1972) пришла к выводу, что в засушливых условиях Ставрополья безотвальная обработка по сравнению с отвальной способствует лучшей аккумуляции выпавших осадков.

К.И. Балтян и др. на основе проведенных исследований сделали вывод, что верхний горизонт почвы не только не утрачивает агротехнически положительных свойств, но и, наоборот, приобретает их на протяжении вегетационного периода. Несмотря на то, что сразу же после проведения того или иного вида механической обработки рыхлящий эффект от ее действия явно заметен, она в большинстве случаев не может вызвать постоянные или растягивающиеся хотя бы на несколько сроков изменения в плотности почвы [О прочности структуры... 1951].

В.Л.Чернышов (1971), обобщая опыт обработки почвы в нечерноземной зоне, указывает, что при сравнении мелкой обработки со вспашкой на обычную глубину плотность почвы в слое 0–10 см очень быстро выравнивается и мало различается в слое 10–20 см, при этом по вспашке более рыхлое сложение сохраняется несколько дольше.

С.Я. Мухортов (1983) установил, что систематическое применение мелких, поверхностных и безотвальных обработок приводит к дифференциации пахотного слоя по плодородию, увеличению плотности почвы, токсичности почвы, засоренности посевов сельскохозяйственных культур.

Многолетние исследований ряда ученых-земледелов [Тулайков, 1937;

Сидоров, 1989; Макаров, Захаренко, Рассадин, 2003] указывают на то, что на черноземных почвах глубину основной обработки в полевом севообороте можно существенно сократить, вспашку на отдельных полях заменить плоскорезной и поверхностной обработкой почвы. Физические условия в пахотном слое при этом не ухудшаются.

В.А. Корчагин (2008), проводивший исследования в Самарском НИИСХ, пришел к выводу, что в полевых севооборотах с минимальными обработками почвы в сочетании с удобрением полей соломой создаются условия, позволяющие обеспечить бездефицитный баланс гумуса. В результате вместо классических схем, основанных на постоянной вспашке, предлагаются почвозащитные ресурсоэнергосберегающие технологии с минимальными приемами обработки почвы и с использованием комбинированных почвообрабатывающих машин (ОПО-4,25, ОПО-8,5) и посевных машин (АУП-18,05), совмещающих за один проход до 4–5 технологических операций. В зернопаропропашных севооборотах рекомендуются дифференцированные обработки со вспашкой или глубоким рыхлением под пропашные культуры [Ресурсосберегающий технологический комплекс... 2008; Концепция формирования...

2008; Комбинированные почвообрабатывающие... 2009].

При рассмотрении вопроса плодородия черноземов Г.Н. Черкасовым и др. было установлено, что при минимализации основной обработки почвы происходит уплотнение почвы и дифференциация пахотного слоя по агрохимическим показателям. При «прямом» посеве и поверхностной обработке в сравнении в отвальной вспашкой в слое 0–10 см содержание подвижного фосфора и обменного калия увеличивается, а в слое 10–20 см наблюдается существенное снижение их содержания [Плодородие чернозема... 2012].

И.А. Чуданов (2006) установил, что минимальная обработка и «прямой» посев, не противореча законам естественного почвообразования, способствуют гумусообразованию, повышению подвижности фосфора и калия, ослабляют минерализацию гумуса.

1.2. Концептуальные положения развития систем Одним из важнейших направлений в структурной перестройке методов ведения сельскохозяйственного производства в новых экономических условиях является энергоресурсосбережение. Необходимость перехода к менее трудоемким энергосберегающим технологиям возделывания основных сельскохозяйственных культур связана прежде всего с возрастанием топливноэнергетических затрат в структуре себестоимости продукции сельского хозяйства. В настоящее время появилось значительное количество исследований и научных трудов, проведенных в различных регионах РФ, посвященных вопросам формирования современных систем земледелия, в т. ч. и технологий обработки почвы [Волобуев, 1979; Система земледелия... 1983; Основы систем... 2005; Инкин, 2007; Кирдин, 2008; Пестряков, Свирина, Еремина, 2008; Ресурсосбережение при обработке... 2009; Системы обработки... 2009;

Карпович, 2010; Немцев, Сабитов, 2010].

Прогноз внедрения различных типов технологий возделывания зерновых культур, предложенный академиком Н.В. Краснощековым (2006), показывает, что в ближайшие 10–15 лет в сельском хозяйстве России будут использоваться три типа технологий – нормальные, интенсивные и высокие.

При этом если объем применения нормальных технологий составит 18 млн га: в т.ч. отвальных – 7 млн га; безотвальных – 4 млн га; минимальных – 4 млн га; нулевых – 3 млн га, то интенсивных – 36 млн га, в т. ч. соответственно по видам – 13, 4, 13 и 6 млн га.

При этом главный ограничивающий фактор интенсификации – коэффициент полезного использования почвенной влаги при интенсивных технологиях предполагается повысить почти в два раза: при классической технологии расходуется до 20 мм и более атмосферных осадков на один центнер зерна, при интенсивных – в диапазоне 7–10 мм и ниже.

Концепция развития аграрного сектора Центрального и Восточного Предкавказья должна базироваться на использовании системного подхода к комплексности решения вопросов земледелия, как важнейшей составной части всей системы ведения АПК. Поскольку засушливость климата, низкое плодородие почв, эрозия и дефляция являются неотъемлемой чертой почвенно-климатических условий данного региона, разработка систем земледелия должна проводиться с непременным учетом этих неблагоприятных факторов.

В последние годы в силу организационно-экономических и других причин перестали действовать или сохранялись отдельные элементы разработанных ранее систем ведения сельскохозяйственного производства для различных регионов центральной и восточной зоны Ставропольского края.

Кроме того, существенно снизилось материально-техническое оснащение, нарушилась структура посевных площадей, севооборотов, практически полностью прекратилась химическая мелиорация солонцов, сократилось применение минеральных и практически прекратилось использование органических удобрений.

Пытаясь найти выход из создавшегося положения и приспособиться к рыночным условиям, товаропроизводители перешли к экстенсивным способам ведения хозяйства, упрощенным технологиям и нарушенным севооборотам. В результате сельскохозяйственное производство региона понесло значительный урон, и лишь благодаря усилиям научной общественности удалось сохранить базовые принципы «сухого» земледелия в восточной зоне Ставропольского края, которые возродили былую продуктивность сельского производства. Немалый вред хозяйствам нанесли попытки обосновать возможность в рыночных условиях решать проблемы технологий возделывания конкретных культур без соблюдения основных принципов построения севооборотов в рекомендованных ранее системах земледелия.

По данным Г.И. Баздырева и др., при правильно организованном севообороте, в сравнении с бессменным посевом, прибавка от севооборота составляет по зерновым культурам от 50 до 73 %, при этом севооборот является лучшим экологическим оздоровителем почв, активно влияющим на почвенное плодородие [Земледелие, 2008]. В результате исследований, проведенных в Ставропольском НИИСХ, установлено, что эффективность удобрений в севообороте повышается на 45 % по сравнению с бессистемным применением их под отдельные культуры [Чернов, Квасов, 2005]. При этом регулирование микробиологической деятельности и азотного режима невозможно без правильно организованного севооборота [Петрова, Махров, 2009], т. е. исследованиями доказано, что несоблюдение базовых основ земледелия в системе ведения АПК и сведение земледелия к простому набору технологических приемов бесперспективно [Чернов, 2005].

С 60-х годов прошлого столетия в Америке, а позднее в Европе и СССР начала распространяться «нулевая» обработка почв и так называемый «прямой» посев, исключающий всяческие механические рыхлящие приемы и предполагающий в борьбе с сорняками использование гербицидов. Возникшее противоречие заключается в том, что, с одной стороны, для сохранения и накопления почвенной влаги предполагается периодическое рыхление почвы, а с другой стороны – полное его исключение. Как показывают исследования СНИИСХ, при той или иной технологии обработки почв можно либо дополнительно накопить в почве, либо бесполезно потерять в расчете на всю площадь пашни Ставропольского края в среднем 800 млн м3 воды, что достаточно для формирования урожая в пределах 1 млн тонн зерна [Основы систем... 2005]. Согласно теории дифференциальной влажности, при увлажнении почвы выше константы ВРК (влажность разрыва капилляров) преобладает капиллярный механизм передвижения влаги к испаряющей поверхности.

При высыхании ниже величины ВРК преобладающее значение имеет конвекционно-диффузный механизм передвижения влаги. Поэтому в первом случае требуется рыхление, во втором – уплотнение почвы.

Величина ВРК зависит от структуры почвы и может колебаться в широких пределах. Нижний предел, равный 0,60–0,70 долей от наименьшей полевой влагоемкости (НПВ), характерен для бесструктурных почв, какими являются каштановые почвы и их разновидности, верхний – 0,90–0,95 НПВ – для структурных черноземов. По среднемноголетним данным гидрометеослужбы, в крайне засушливой и засушливой зонах Ставропольского края с преобладанием в почвенном покрове разновидностей каштановых почв степень увлажнения к уборке озимых культур составляет 0,46–0,47 НПВ и увеличивается к концу осени до 0,56–0,59 НПВ. В зонах неустойчивого и достаточно устойчивого увлажнения на черноземных почвах эти показатели составляют соответственно 0,63–0,67 НПВ и 0,80–0,81НПВ [Технология возделывания... 2000;

Основы систем... 2005]. Таким образом, во всех зонах на всех типах почвенного покрова от уборки предшественников до наступления зимы степень увлажнения почвы находится ниже значений константы ВРК. В режиме преобладающего в этих условиях конвекционно-диффузного механизма испарения влаги предпочтительным является плотное сложение почвы.

Новые рыночные условия требуют пересмотра ранее рекомендованных систем земледелия, определения более рациональных путей использования природно-климатических и ландшафтных ресурсов, т. е. назрела необходимость перехода к адаптивно-ландшафтным системам земледелия [Методические пособия... 2001; Модель адаптивно-ландшафтного земледелия... 2003;

Повышение устойчивости... 2003; Агроландшафтно-экологическое районирование... 2005; Абалдов, Желнакова, 2006; Немцев, 2008; Новиков, Нечаев, 2010]. В Ставропольском НИИСХ разработка концепции методологических и методических основ перевода земледелия на ландшафтную основу проводилась на специальном ландшафтном полигоне под руководством ведущего научного сотрудника, канд. с.-х. наук Л.И. Желнаковой [Оптимизация соотношения... 2006; Желнакова, Антонов, 2006, 2011]. Кроме того, ею проведено агроландшафтное районирование края, созданы системы перевода земледелия на ландшафтную основу для Андроповского и Изобильненского районов Ставропольского края. Главными вопросами, которые необходимо решить при освоении адаптивно-ландшафтных систем земледелия, являются: проведение агроэкологической группировки земель и разработка новых систем обработки почвы с использованием орудий нового типа применительно к конкретным агроландшафтам.

Организация дифференцированного использования пашни предусматривает не только проведение нового землеустройства, освоение соответствующих севооборотов, но и предполагает внедрение ресурсосберегающих систем обработки почвы в севообороте, их оптимизацию и адаптацию к конкретным таксономическим единицам ландшафта (тип местности, урочище, подурочище, фация). Этой проблеме необходимо уделять особое внимание, так как в засушливых районах именно обработка почвы является главным фактором регулирования водного режима почвы, воздействия на ее плодородие, эрозионные и дефляционные процессы.

Обработка почвы, особенно основная, является серьезным актом вмешательства в структуру почвы и физико-химические процессы, протекающие в ней. Ее последствия имеют долговременный характер, поэтому основные принципы и критерии выбора той или иной системы обработки с применением различных орудий должны быть привязаны, в первую очередь, к севообороту, почвенно-климатическим особенностям зон и агроландшафтов. Только после выбора наиболее оптимальной, стратегически долговременной системы обработки нужно решать вопросы адаптации обработок к потребностям той или иной культуры. Многолетние научные исследования в области земледелия, проводящиеся в ГНУ Ставропольский НИИСХ и на Прикумской ОСС, накопленный производственный опыт, перспективные направления развития сельскохозяйственного машиностроения в крае, а также расширение рынка и спектра средств защиты растений создали объективные условия для перехода на новые технологии, основанные на принципах ресурсосбережения [Кузыченко, 1997; Адаптивные ресурсосберегающие... 2006; Кузыченко, Федотов, 2010; Система земледелия... 2011].

При внедрении в растениеводческую отрасль сельскохозяйственного производства адаптированных к определенным почвенно-климатическим условиям ресурсосберегающих технологий возделывания основных культур необходимо ориентироваться как на уровень сложившейся в хозяйстве культуры земледелия, которая должна быть достаточно высокой, так и на общую окультуренность почв. При этих условиях система обработки почвы должна обеспечивать решение следующих задач:

– оптимизации условий для развития корневой системы культурных растений по плотности и агрегатному составу почвы;

– обеспечения благоприятного водно-воздушного и пищевого режимов для роста и развития растений;

– равномерного распределения и заделки в пахотном слое растительных и пожнивных остатков, органических и минеральных удобрений (при безотвальном рыхлении – максимальное сохранение пожнивных остатков на поверхности поля);

– создания благоприятных условий для семян в посевном слое и обеспечения равномерной заделки семян по глубине.

1.3. Формирование оптимальных агрофизических параметров Критерии оценки структурного состояния почвы. Как свидетельствуют наблюдения последних лет, наряду с правильным выбором сроков обработки почвы, не менее, а в некоторых случаях даже более существенное значение имеет способ обработки, определяющий характер сложения и структурную организацию обрабатываемого слоя, пищевой и водный режимы почвы. Следовательно, речь идет о создании для растений оптимальных параметров структурно-агрегатного состава и плотности сложения почвы в корнеобитаемом слое, учитывая, что полевые культуры предъявляют не одинаковые требования к агрофизическим свойствам почвы в отдельных ее частях.

А.А. Измаильский (1949) и П.А. Костычев (1951) впервые предложили систему научно обоснованных мероприятий по регулированию физических свойств и режимов черноземов, главным составляющим звеном которой является создание благоприятной структуры пахотного слоя. Структурный состав почвы является важным показателем качества ее обработки, поскольку степень измельчения почвы определяется удельной поверхностью частиц, с которой связан весь комплекс физико-химических процессов, способствующих получению высоких урожаев, при этом желательно, чтобы большая часть структурного состава находилась в виде водопрочных макроагрегатов, образующих структуру почвы.

По данным В.В.Медведева (1988), структурный состав поверхностного надпосевного слоя чернозема обыкновенного по содержанию агрегатов от до 0,25 мм отличается от оптимума (не менее 60 %). В засушливые и нормальные по увлажнению годы содержание этих агрегатов существенно меньше и лишь во влажные годы агрегатов данного размера больше, чем требуется. Отрицательные факты неблагоприятного строения посевного слоя очевидны: низкое качество сева, непроизводительная потеря влаги, медленное набухание семян, изреженность всходов, медленное и преимущественно поверхностное развитие корневой системы, неэффективное использование удобрений. В годы с благоприятными погодными условиями отрицательное действие такого строения почвы менее заметно, чем в годы с острым дефицитом влаги.

Важно подчеркнуть, что оптимальные параметры пахотного слоя как черноземов, так и каштановых почв среднего и тяжелого механического состава, т. е. преимущественно оструктуренных почв, можно создать целенаправленной обработкой. Из анализа литературных данных [Панов, 1988] следует, что после обработки почвы плугом, безотвальным орудием, плоскорезом, культиватором, бороной и другими орудиями ее структурный состав варьирует в широких пределах при достаточно разнообразном соотношении между отдельными компонентами почвенных агрегатов. Специальные исследования показали, что на черноземных почвах агрегаты средних и крупных размеров (крупнее 3 мм) образуются не в результате внутрипочвенных механизмов последовательного физико-химического и химического закрепления, а благодаря дроблению под влиянием разнообразных факторов: корневых систем, объемных изменений и, главным образом, механической обработки.

Поэтому хорошо оструктуренную черноземную почву можно довести до требуемого оптимального соотношения компонентов, применяя комбинации различных конструкций рабочих органов для перераспределения агрегатов почвы в посевном слое.

По данным П.У. Бахтина (1971), наилучшему качеству обработки почвы соответствует 90–100 % содержание комков размером менее 5 см и менее 5 % пыли (агрегаты менее 0,25 мм), хорошему качеству – 70–90 % комков и 5–10 % пыли, удовлетворительному – 50–70 % комков и 10–15 % пыли. Однако это весьма общие подходы к параметрам пахотного слоя, поскольку конкретно посевной слой к посеву должен иметь более определенные и оптимальные параметры в связи с требованием о накоплении в нем достаточного количества продуктивной влаги.

В работе В.В. Медведева (1988) были сформулированы основные агротехнические требования к технологиям и техническим средствам обработки черноземных почв среднего и тяжелого механического состава при возделывании полевых культур, предусматривающие доведение структурного состава в посевном слое до размеров 0,25–20 мм с преобладанием агрегатов от до 5 мм в поверхностном и от 5 до 0,25 мм – в посевном слоях, содержание пыли (агрегаты менее 0,25 мм) в посевном слое должно быть не более 15 %.

Агротехнические требования к верхнему 10–12-сантиметровому слою почвы, независимо от вида применяемых почвообрабатывающих орудий и способов обработки почвы в плане концепции влагосбережения, сформулированы А.Ф. Бурбелем и А.Н. Беланом (1996). Они заключаются в необходимости содержания верхнего слоя почвы (4–6 см) от первой до последующих обработок (исключение – поздняя зябь) в мелкозернистом, выровненном и сухом состоянии с почвенными агрегатами от 0,5 до 3 мм, а нижележащий слой должен быть мелкозернистым и уплотненным до плотности 1,30 г/см 3. Верхний сухой (мульчирующий) слой уменьшает расход влаги на физическое испарение, улавливает атмосферные осадки даже малой интенсивности, а уплотненный нижележащий слой почвы уменьшает процесс конвекции и диффузии, а также «запирает» движение парообразной влаги из нижних слоев почвы. Кроме того, являясь увлажненным или влажным, нижний слой почвы служит эффективным проводником атмосферных осадков в нижние слои почвы.

Исходя из того, что макроструктура почвы должна обладать хорошими физическими свойствами и обеспечивать оптимальные условия для развития растений, принято считать, что агрономически ценная структура почвы должна быть представлена водопрочными агрегатами от 1 до 10 мм в диаметре, а наиболее ценная – от 1 до 3 мм. Одним из критериев определения уровня окультуренности черноземов является следующее процентное содержание водопрочных агрегатов в почве: высокое – 45–55 %, среднее – 35– 45 %, низкое – менее 35 %.

Формирование структурно-агрегатного состава пахотного слоя почвы при основной обработке ее орудиями различного типа. Одним из факторов, влияющих на физические свойства почвы в результате основной обработки почвообрабатывающими орудиями, является почвенная структура.

Работы К.К. Гедройца (1926, 1955), А.Н. Соколовского (1933, 1936), В.Р. Вильямса (1946), Н.А. Качинского (1947, 1963), В.В. Квасникова и П.П. Давыдовой (1950), П.В. Вершинина (1958, 1959), В.А. Францессона и А.В. Герасимовой (1959), А.Г. Дояренко (1966) указывают на ведущее значение агрономически ценной структуры, как основы благоприятных агрофизических свойств в почве.

Что касается вопросов формирования структурно-агрегатного состава пахотного слоя почвы при основной обработке орудиями различных типов, то здесь отмечается неоднозначность суждений.

В исследованиях В.В. Медведева (1988) подчеркивается снижение содержания в пахотном слое агрономически ценных агрегатов (0,25–10 мм) и водопрочных агрегатов диаметром более 0,25 мм при длительной вспашке плугом по сравнению с целинной.

Несколько противоречивы мнения о влиянии плоскорезной обработки на структуру почвы. По данным Н.И. Кабановой (1981), А.Г. Тарарико (1988), В.П. Васильева (1988), В.В. Яровенко, В.В. Медведева (1988), В.И.

Бодня (1991), применение плоскорезной обработки по сравнению со вспашкой способствует увеличению агрономически ценных агрегатов. Кроме того установлено, что увеличивается и количество водопрочных агрегатов всех фракций [Фрагин, Шульга, 1985; Булыгин, Лисецкий, 1996; Холмов, Юшкевич, 2010]. Однако Н.В. Гниненко и др. отмечают, что при плоскорезной обработке наблюдается тенденция к понижению водопрочности структуры почвы в сравнении со вспашкой. [Некоторые аспекты... 1998] При этом Н.С. Голоусов, Г.А. Шматко, О.И. Подпорина (2000) приводят данные, свидетельствующие, что заметных изменений в структурном составе почвы в слоях 10–20 и 20–30 см в зависимости от применения этих способов обработки не происходит.

Дальнейшими исследованиями было установлено, что чизелевание в сравнении как со вспашкой [Усманов, 1984; Пупонин, 2010], так и с плоскорезной обработкой [Сенченко, Сергеев, Найденов, 1986] оказывает лучшее последействие на структуру пахотного слоя. Данные зарубежных исследователей [Schafer, Johnson, 1982; Khan, 1984; Braim, Hodson, 1984; Boisgontier, Bartelemy, 1985] также свидетельствуют о высокой эффективности формирования почвенной структуры чизельной стойкой типа «Параплау». Однако Н.А. Старовойтов (1984), касаясь вопроса применения чизельных орудий, отмечает, что в результате основной обработки наблюдается несколько меньшее количество водопрочных агрегатов (менее 0,25 мм) по сравнению со вспашкой.

По поводу влияния фрезерной обработки на структуру почвы высказываются самые противоречивые суждения. Если ряд исследователей [Сиротенко, Матвиенко 1993; Трушин, Крылов, 1990; Солошенко, 1985] приводят данные, что количество агрономически ценных фракций (0,25–10 мм) было больше при фрезеровании, чем при отвальной вспашке, то И.П. Васильев в исследованиях совместно с Н.А. Полевым (1984) и А.М. Чигаевым (2003) вообще не выявили существенных различий между фрезой и плугом по влиянию на структурное состояние почвы, а В.Н. Шептухов и Р.М. Гафуров (2002) утверждают, что фрезерование приводит к снижению содержания ценных агрегатов при фрезерной обработке [Влияние обработки... 1987].

Исследуя воздействие фрезерной обработки на почву, ряд авторов утверждают, что количество водопрочных агрегатов более 0,25 мм при обработке фрезой больше, чем при вспашке [Фисюнов, Дъяченко, 1982], или их содержание примерно одинаково [Действие длительной... 1977; Блинов, Мельцаев, 1984; Васильев, Полев, 1984; Макаров, 2007; Доспехов, Панов, Пупонин, 2007]. Вместе с тем И.Г. Мальцева и А.М. Блинов (1987) приводят данные о том, что применение фрезерной обработки привело к снижению содержания водопрочных агрегатов по сравнению с бессменной вспашкой.

Требования культур к водно-воздушному режиму почвы. Урожай сельскохозяйственных культур зависит прежде всего от содержания в почве доступной для растений влаги. Поэтому особое внимание всегда уделялось исследованию водного режима почвы [Измаильский, 1937, 1949; Долгов, 1948;

Большаков, 1950, 1961; Костычев, 1951; Высоцкий, 1962; Роде, 1965; Слейчер, 1970; Проблемы оптимизации... 1982, Судницын, 1979, 2008]. Водный режим почвы формируется на основе ее водного баланса, состоящего из приходной и расходной частей. Приходная часть баланса – атмосферные осадки, расходная – это потери воды культурными и сорными растениями, а также физическое испарение. Г.Н. Высоцкий (1962) установил, что в динамике влаги черноземов можно выделить два периода. Первый период, заключающийся в иссушении почвы, охватывает лето и первую половину осени, когда влага интенсивно расходуется растениями и испаряется. Второй период – промачивание, начинающееся со второй половины осени, прерывается морозами и продолжается весной благодаря талым водам и весенним осадкам.

Ф.Ш. Гарифуллин и Ф. Н. Русаков (1996), Е.А. Афанасьева (1980), отмечая эти периоды в водном режиме как характерные для всех черноземов, уточняют, что летние осадки увлажняют только пахотный слой. Запас влаги в нижних горизонтах черноземов создается осадками холодного периода (позднеосенние осадки, талые воды).

По данным ГНУ СНИИСХ, пополнение запасов влаги происходит за счет осадков осенне-зимнего периода (октябрь – март), когда существенно падает испаряемость, т. е. то количество воды, которое может поглотить атмосфера за счет испарения с водной поверхности [Агротехнические основы...

1999]. Так, если испаряемость в летние месяцы превышает количество осадков в крайне засушливой зоне в 3,5–5 раз, в зоне неустойчивого увлажнения в 2,5–3 раза, то в октябре соответственно лишь в 2 и 1,5 раза, а с ноября по март количество выпавших осадков больше испаряемости в среднем в 1,5 раза. Поэтому важной задачей влаго-энергосберегающей системы обработки почвы является формирование ее водного режима, т. е. создание оптимальных условий для максимального накопления запасов влаги в холодное время года и предотвращение ее непродуктивного расхода в теплый период.

Для решения этой задачи необходимо создание термоградиентного барьера на пути передвижения влаги к испаряющей поверхности. Под действием температурных градиентов влага передвигается в направлении меньших температур, в связи с чем приемами обработки почвы необходимо формирование такого теплового режима, при котором создается наибольшая разность температур между пограничным с атмосферой и нижележащим слоем почвы.

Увеличение доли воздушной фазы (воздухоемкости) уменьшает теплоемкость обрабатываемого слоя, т. е. ускоряет его прогревание и одновременно уменьшает температуропроводность, препятствуя прогреванию нижележащих слоев почвы.

Исследования, проведенные на черноземных почвах опытной станции Украинской СХА, показали, что семена озимой пшеницы не прорастают, если запас продуктивной влаги в пахотном слое ниже 5 мм. Для получения дружных всходов удовлетворительным считается запас продуктивной влаги от 20 до 30 мм, т. е. влажность почвы суглинистого мехсостава должна находиться в пределах 17–20 % [Руденко, Рубан, Максимчук, 1985].

Десятилетние исследования по балансу влаги на парах в засушливой зоне, проведенные в СНИИСХ, свидетельствуют, что за период от осенней обработки до посева озимой пшеницы в метровом слое пара накапливается в среднем около 53 мм влаги, или 13,5 % от количества выпавших осадков.

Около 340 мм влаги расходуется на испарение. Отношение накопленной влаги к испарившейся составляет 1:6,4 [Основы систем... 2005].

По данным Прикумской опытной станции СНИИСХ [Федотова, 1982], нормальные всходы озимой пшеницы можно получить лишь на полях, где в пахотном слое содержится 15–25 мм продуктивной влаги.

Наблюдения Л.И. Желнаковой (1989), проведенные в крайне жестких условиях возделывания озимой пшеницы в зоне сухих степей Ставропольского края, показали, что критерием своевременного появления всходов являются запасы продуктивной влаги в пахотном слое в размере 16 мм, а 10 мм – критерием возможности появления всходов.

Говоря о воздушном режиме, необходимо отметить, что хорошая оструктуренность черноземов определяет их высокую пористость в гумусовых горизонтах, которая составляет 50–60 %, для них также характерно благоприятное сочетание капиллярной и некапиллярной пористости. Некапиллярная пористость может составлять 1/3 общей пористости, что обеспечивает хорошую воздухо- и водопроницаемость черноземов [Вадюнина, Корчагина, 1986].

Вследствие изменения агрофизических свойств черноземов в результате интенсивных обработок, ухудшения структуры поверхностного слоя, изменения состава и характера произрастания растительности (большая часть года пашня без растительности) существенно трансформируется воднотепловой режим. Температурный режим становится более контрастным, с большими колебаниями сезонных и суточных температур [Медведев, 1988].

По мнению И.Б. Ревута (1972), общий объем порового пространства и степень занятости пор водой определяют газообмен компонентов почвенного воздуха с приземной атмосферой. Н.П. Поясов (1960) установил, что отвод углекислого газа из почвы резко снижается при уменьшении пористости и совершенно прекращается при свободной пористости, составляющей 8–11 % ко всему объему почвы. По данным С.И. Долгова и С.А. Модиной (1969) степень аэрации 10–15 % является критической, ниже нее растения испытывают депрессию в росте.

Теоретические исследования Б.Н. Мичурина (1957) показали, что единственной причиной изменения пористости почвы является плотность, т. е.

система расположения почвенных агрегатов. Увеличение плотности черноземов с 0,8 до 1,5 г/см3 приводит к снижению воздухоемкости почвы с 27, до 0,2 % [Коломиец, Мацевецкая 1990].

Водный режим почвы при различных приемах основной обработки.

Рядом исследований установлено, что плоскорезная обработка способствует более полному усвоению осенне-зимних осадков в сравнении со вспашкой [Акантьева, Чижова 1985; Медведев, Булыгин, 1986; Медведев, 1988; Голоусов, Шматко, Подпорина 1999; Вражнов, Агеев, 2008]. По данным Е.В. Орлова (1985), в засушливые годы в осенний период вегетации озимой пшеницы плоскорезная обработка по непаровым предшественникам увеличивает запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы на 23–28 мм по сравнению со вспашкой. Однако в некоторых работах [Петрова, 1977; Хабибрахманов, Нигматзянов, 2003] указывается, что замена вспашки плоскорезной обработкой не привела к увеличению накопления влаги в почве в осеннезимний период.

Установлено, что чизельная обработка увеличивает запасы продуктивной влаги в сравнении с плугом и плоскорезом [Санковский, 1985,1986;

Кильдюшкин, Трегубов, 1986; Горошко, Парфенова, Белов, 1987; Зайцев, 1987]. По данным советских и зарубежных исследователей чизельная стойка типа «Параплау», сочетая в себе свойства щелевателя и рыхлителя, способствует лучшему передвижению влаги в почве, а также снижает весеннее испарение [Boisgontier, Bartelemy, 1985; Щелевание почвы...1987; Каскарбаев, Буряков, 2006]. Однако С.Н. Илюхин (1988, 1990), проводивший исследования в КубНИИТиМ, не выявил существенных различий в накоплении влаги в метровом слое почвы при обработке плугом со стойкой «Параплау», отвальным плугом и чизелем.

Данные сравнительных исследований по накоплению влаги при фрезеровании и вспашке плугом весьма противоречивы. Если Ю.Г. Тхайцухов, Б.И. Тарасенко и Н.Н. Сиротенко (1979) говорят о преимуществах фрезерования, то в других работах [Действие длительной... 1977; Трушин, Крылов, Жемпиисов, 1985, 1990] утверждается, что по накоплению влаги орудия равноценны, а А.М. Блинов (1994) отмечает несколько меньший запас влаги в почве при обработке фрезой под яровые культуры по сравнению со вспашкой. Исследования по сравнению плоскорезной и фрезерной обработок в одних случаях показали преимущества фрезы [Инкин, 1979; Фисюнов, Дъяченко, 1982], в других случаях преимущество плоскорезной обработки [Бушнев, Юшко, Мисюра, 1983; Мальцева, Блинов, 1987, 1994].

Накопление влаги и предотвращение развития эрозионных процессов в значительной мере зависят от водопроницаемости всего профиля почвы и особенно ее обрабатываемого слоя. В.В. Медведев (1988), Е.В. Полуэктов, Н.И. Балакай, Г.Т. Балакай (2010) установили, что сразу после вспашки черноземов, в максимально взрыхленном состоянии наблюдается высокая водопроницаемость.

Вместе с тем, по утверждению Е.А. Афанасьевой (1980) и Г.В. Назарова (1970, 1981), если на целине талые воды усваиваются полностью и отсутствует сток во время ливней, то на пашне сток может достигать больших размеров из-за низкой водопроницаемости. Поэтому на пахотных черноземных почвах по сравнению с целинными возможна значительная потеря воды из-за сноса снега и поверхностного стока талых вод.

Исследования, проведенные на черноземных почвах, показали, что при плоскорезном рыхлении водопроницаемость была выше, чем при вспашке [Тарарико, Миронов, 1983; Медведев, Булыгин, 1986; Медведев, 1988; Парфенов, 1992, Полуэктов, 2010]. Однако С.П. Танчик (1988) утверждает, что скорость впитывания и фильтрации воды за два часа на плоскорезной обработке была меньше, чем при вспашке на 8,5–11,8 %.

Работы, проведенные на солонцах, показывают, что стойка СибИМЭ создает лучшие условия для водопроницаемости по сравнению с отвальными и плоскорезными орудиями [Мухин, Пыльник, 2000; Константинов, Ломова, 2008].

Д.Д. Брежнев, И.С. Рабочев, А.К. Ильичев (1981), Н.А. Старовойтов (1984), В.Ф. Кивер, Н.И. Конопля (1990) отмечают, что применение чизельной обработки или несколько увеличивает водопроницаемость по сравнению со вспашкой, или значения близки. При этом А.С. Буряков и др. установили, что водопроницаемость при щелевании наклонной стойкой выше, чем прямой стойкой на 0,2–0,5 мм/мин [Щелевание почвы... 1987].

А.М. Бурыкин (1987) приводит данные зарубежных авторов, утверждающих, что длительная фрезерная обработка приводит к снижению общей и некапиллярной пористости и водопроницаемости по сравнению со вспашкой. В заключение необходимо отметить, что влияние таких орудий основной обработки, как чизель, стойка СибИМЭ и др. на накопление влаги изучено недостаточно и требует дальнейших исследований.

Оптимальная плотность сложения почвы. Плотность почвы всегда интересовала исследователей как физический фактор, определяющий многие условия почвенного плодородия [Некрасов, 1924; Качинский, 1930; Колясев, 1949; Квасников, 1964; Дояренко, 1966; Долгов, Модина, 1969]. Различные приемы механической обработки почвы значительно изменяют сложение пахотного слоя. Это достигается главным образом благодаря изменению объема межагрегатных промежутков [Атаманюк, 1968]. В работах С.И. Долгова, И.В. Кузнецовой, С.А. Модиной (1970), И.Б. Ревута, Н.А. Соколовской, А.М.

Васильева (1971) указывается, что влагоемкость и водопроницаемость почвы, аэрация и испарение влаги, а также теплопроводность зависят от плотности почвы, величины и характера ее порового пространства. Таким образом, cчитается общепризнанным, что плотность сложения почвы, являясь одним из основных параметров, определяет ее физические свойства и режимы, оказывающие влияние на урожайность сельскохозяйственных культур.

Одним из основных параметров, влияющих на степень интенсивности обработки почвы, является ее равновесная плотность. По данным В.А. Корчагина и др. научной основой для обоснования минимальной обработки почвы служит установленная закономерность: почвы с высоким содержанием гумуса (выше 3,5 %) не нуждаются в постоянных глубоких обработках [Ресурсосберегающие технологии... 2001]. Они способны поддерживать оптимальную для большинства культурных растений плотность почвы под влиянием естественных факторов.

Однако при создании благоприятных агрофизических условий для культурных растений необходимо исходить из требований к оптимальной плотности сложения почвы. Н.А. Качинский (1965) и В.П. Нарциссов (1972) считают, что оптимальное сложение почвы характеризуется некоторым диапазоном ее плотности. По экспериментальным данным С.И. Долгова и С.А. Модиной (1969), для суглинистых почв этот интервал составляет 0,2– 0,3 г/см3, для почв легкого механического состава 0,3–0,4 г/см3. Изменение плотности почвы в пределах этого диапазона, как установили авторы, не приводит к снижению урожайности культур.

В.В. Медведев (1988) на основании анализа данных многих исследователей приводит следующие диапазоны оптимальной плотности почвы для культур на черноземах обыкновенных и южных: зерновые колосовые – 1,05– 1,30 г/см3, кукуруза – 1,05–1,30 г/см3, подсолнечник – 1,25–1,30 г/см3. Отклонение плотности почвы от оптимума в сторону увеличения или уменьшения ухудшает условия жизни растений и снижает их урожайность.

На основании обобщения данных многолетних исследований И.Б. Ревута, Н.А. Соколовской, А.М. Васильева (1971), а также работ СНИИСХ в этом направлении, проведенных Б.П. Гончаровым, В.М. Рындиным (1971) и Л.А. Инкиным (1973), установлено, что оптимальная плотность сложения почвы для растений различается в зависимости от типа почвы, механического состава и биологических групп сельскохозяйственных культур. Для зерновых культур оптимальный диапазон плотности сложения составляет 1,05– 1,30 г/см3, при этом среднее значение находится в пределах 1,21–1,23 г/см3.

В данном диапазоне находится равновесная плотность черноземов центральной зоны и частично темно-каштановых почв юго-восточной зоны Ставропольского края. Это дает основание говорить о целесообразности применения энергосберегающих приемов обработки почвы на черноземах в зоне неустойчивого увлажнения Ставрополья.

Солонцы, каштановые и светло-каштановые почвы засушливой зоны самоуплотняются до 1,40–1,50 г/см3, т. е. они требуют более глубокого рыхления и менее всего пригодны для различных систем минимальной, а тем более «нулевой» обработки или «прямого посева». Поскольку накопление и расход влаги, ее передвижение по горизонтам почвы происходят в соответствии с законами влаготеплопереноса, в засушливых районах необходимо системой обработок создать мульчирующий верхний слой, а на глубине 5– см сформировать уплотненный слой с меньшим эффективным размером капилляров относительно основной массы почвы, способствующий снижению потерь влаги на испарение. Если верхний слой почвы излишне уплотнен, испарение увеличивается многократно и на большую глубину, поэтому необходимо поддерживать верхний слой (0–5 см) в постоянно сухом и рыхлом состоянии (плотность 0,7–0,9 г/см3). Независимо от способа основной обработки почвы плотность слоя ниже 5–10 см желательно поддерживать на уровне от 1,1 до 1,15 г/см3, но не более 1,30 г/см3. Такая двухслойная структура пахотного горизонта обеспечивает сохранение влаги в почве от излишнего испарения и не препятствует накоплению ее при выпадении осадков [Агротехнологические основы... 1999].

Формирование плотности почвы при различных приемах основной обработки. Плотность обрабатываемого слоя почвы, как одна из наиболее существенных агрофизических характеристик в процессе механической обработки, претерпевает значительные изменения. По данным В.В. Медведева (1988), диапазон изменения плотности почвы при вспашке плугом чернозема обыкновенного достигает 0,31–0,36 г/см3, в то время как на целине динамика изменения плотности почвы почти не проявляется.

Касаясь сравнения плоскорезной обработки с отвальной, ряд авторов приходят к выводу, что плотность сложения верхнего слоя почвы (0–10 см) либо не зависит от применяемых обработок [Бенедичук, 1984; Медведев, Булыгин, 1986], либо отмечается тенденция к снижению плотности при плоскорезной обработке в сравнении с отвальной вспашкой [Акантьева, Чижова, 1985]. В ряде же других исследований отмечается, что в нижних слоях почвы наблюдается существенное увеличение плотности сложения в осенний и весенний периоды при обработке плоскорезом [Горбунов, Рябов, 1968; Титов, 1988; Казаков, 2010]. Исследованиями В.Х. Яковлева, В.П. Непейвода (2006), проведенными на солонцах, установлено, что плотность почвы после рыхления стойкой СибИМЭ ниже, чем при обработке плоскорезом и плугом.

Данные исследований последних лет показывают, что применение чизельных орудий оказывает положительное влияние на плотность сложения почвы в сторону ее уменьшения по сравнению со вспашкой [Брежнев, Рабочев, Ильичев, 1981; Усманов, 1984; Сенченко, Сергеева, Найденов, 1986; Шлычков, 1987; Панов, Черепахин, 2000]. В.И. Санковский (1985, 1986), В.М. Кильдюшкин и П.С. Трегубов (1986) в результате изучения влияния отвальной, плоскорезной и чизельной обработок на плотность сложения почвы установили преимущество чизельной обработки. Вместе с тем Н.А. Старовойтов (1984) приводит данные, свидетельствующие о несколько большей величине плотности по слоям почвы при обработке чизелем по сравнению со вспашкой.

Исследование влияния фрезерной обработки на плотность сложения почвы в сравнении с отвальной и плоскорезной обработками показало, что наблюдается более высокий показатель плотности почвы при обработке плоскорезом [Инкин, 1979; Фисюнов, Дъяченко, 1982; Салова, Адомяко, 1985; Мальцева, Блинов, 1987]. Однако В.Н. Шептухов и Р.М. Гафуров (2002) утверждают, что на варианте с фрезерованием наблюдается увеличение плотности сложения в течение вегетационного периода по сравнению со вспашкой.

Эрозионная устойчивость почвы при различных приемах основной обработки. Интенсивная обработка почвы не только ухудшает агрофизические условия в почве, но и снижает их противоэрозионную устойчивость. Еще в работах А.А. Измаильского (1949) и П.А. Костычева (1951) показано, что использование целинного чернозема под сельскохозяйственными культурами, длительная и нерациональная его распашка сопровождаются разрушением структуры, образованием пыли и глыб, ухудшением вследствие этого водного режима и устойчивости почвы к эрозии.

К.Г. Шульмейстер (1988) отмечает, что одним из главных факторов развития водной эрозии является слабая оструктуренность почвенного покрова.

Это положение подтверждается в работах М.Н. Заславского (1983), А.Г.Тарарико (1991), Е.В. Полуэктова, Д.Е. Сухова (2006) и многих других исследователей. Кроме того, отмечается отсутствие способности почвы при отвальной обработке противостоять разрушающей силе ветра [Захаров, 1971;

Научно-методическое пособие... 2002]. Поэтому они указывают, что интенсивные приемы использования земель должны сопровождаться надежными способами повышения плодородия почвы и защиты ее от эрозии, что может быть достигнуто за счет применения новых способов основной обработки почвы.

В настоящее время широкое распространение получили различные виды безотвального рыхления почвы. В ряде работ [Горбунов, Рябов, 1968;

Медведев, 1979; Медведев, Булыгин, 1986; Медведев, 2011] отмечается, что почвозащитный эффект плоскорезных обработок, обусловленный оставлением на поверхности поля стерни, способствует противоэрозионной устойчивости почвы.

В исследованиях А.Я. Бука и А.П. Коваленко (1980), В.Н. Зайцева (1987), А.М. Бурыкина (1987), проводивших исследования на склоновых землях в различных почвенно-климатических зонах, отмечается, что смыв почвы, особенно от талых вод, при плоскорезной обработке существенно снижается по сравнению с отвальной обработкой. Вместе с тем можно считать, что сток при этом увеличивается [Желнакова, Петрова, 1983].

В работе А.К. Дубового (1986) установлено, что чизельная обработка, благодаря мульчирующему слою из пожнивных остатков и глубокому рыхлению способствует значительному сокращению поверхностного стока талых вод по сравнению с отвальной вспашкой.

По утверждению ученых ВНИИ зернового хозяйства, увеличение количества мульчирующего материала положительно влияет на физические параметры обрабатываемого слоя почвы, кроме того, наличие в поверхностном слое почвы более 50 % частиц диаметром более 1 мм повышает дефляционную устойчивость почвы [Бараев, Госсен, Зайцев, 1975; Бараев, Госсен, 1980].

Анализ структурного состава почвы показал, что обработка плоскорезом черноземных почв по сравнению со вспашкой способствует уменьшению эрозионно-опасных частиц [Горбунов, Рябов, 1968; Аристов, 1974; Захарова, 1982; Гребенников, 1982; Парфенов, 1992]. Однако выводы И.В. Гниненко (1982) говорят о том, что плоскорезная обработка чернозема обыкновенного способствует некоторому увеличению в верхнем слое эрозионно опасных (менее 1 мм) и пылеватых (менее 0,25 мм) частиц в первые 3–4 года ее применения.

Исследованиями, проведенными за рубежом, установлено, что при чизельной обработке пожнивные остатки не заделанные на глубину, препятствуют разрушению почвенной структуры и снижают эрозию почвы по сравнению со вспашкой [Ali, 1985].

В.М. Горошко, Я.А. Парфенова, Г.Д. Белов (1987), проводившие сравнительные испытания отвальной, плоскорезной и чизельной обработок, пришли к выводу, что на песчаных почвах наименьшее содержание эрозионно опасных частиц наблюдается на плоскорезной обработке.

По данным исследований, проведенных в различных регионах, при фрезерной обработке не наблюдается заметного распыления почвенной структуры [Доспехов, Смирнова, 1975; Действие длительной... 1977; Тхайцухов, Тарасенко, Сиротенко, 1979; Ботезату, Шойхет, Гринь, 1982; Ермакова, 1983; Васильев, Полев, 1984]. В то же время исследования, проведенные Л.А. Инкиным (1979) на среднесуглинистых черноземах, показывают, что при фрезеровании сохраняется меньше эрозионно-устойчивых агрегатов (51,1 %) по сравнению со вспашкой (65,5 %) и плоскорезной обработкой (76,8 %). Такие же данные приводят И.М. Панов, В.И. Скорик, Ю.А. Кузнецов (1983) и Г.Г. Солошенко (1985), утверждая, что фрезерная обработка больше, чем отвальная, распыляет почву.

Таким образом, задача оптимизации систем основной обработки почвы заключается в создании благоприятных агрофизических условий: влагообеспеченности, структуры и плотности сложения почвы, являющихся основными параметрами, оказывающими влияние на физико-химические и биологические процессы в почве и определяющими уровень урожайности сельскохозяйственных культур.

1.4. Современные тенденции развития систем обработки почвы Современные исследования в различных регионах Юга России показали неоднозначность суждений по вопросу о способах и глубинах основной обработки почвы под отдельные культуры севооборота.

Ростовская область. Современные исследования ученых Ростовской области в области земледелия направлены на поиск новых систем обработки почвы, которые должны в наибольшей степени ликвидировать противоречие между потребностью и неизбежностью нагрузки на почву, минимальной и необходимой глубиной для увеличения поглотительной способности почвы, между целесообразностью в тех или иных случаях проведения вспашки или заменой ее разноглубинным безотвальным рыхлением, обеспечивающим повышенную эрозионную устойчивость почвы [Зональные системы... 1981, 1991; Система ведения... 1996, Листопадов, 2005].

Н.Н. Бородин (1967) рекомендовал в условиях Ростовской области проводить мелкую обработку на 8–10 см под озимую пшеницу после пропашных культур, а А.С. Кириченко (1978) предлагает применять комбинированный агрегат АКП-2,5 на ту же глубину.

В.П. Ермоленко (2001), обобщая материалы исследований, проводимых в ГНУ Донском ЗНИИСХ, заключает, что на обыкновенных черноземах как в сухие, так и благоприятные годы уровень урожайности при отвальной обработке в среднем по основным возделываемым в области культурам был выше соответственно на 1,2 и 2,9 ц/га в сравнении с плоскорезной обработкой. На темнокаштановых почвах как в сухие, так и в благоприятные годы уровень урожайности озимой пшеницы по плоскорезной обработке был выше в сравнении со вспашкой соответственно на 1,5 и 1,0 ц/га, а по яровому ячменю соответственно на 1,0 и 0,9 ц/га. Автор приходит к выводу, что плоскорезная обработка и безотвальное рыхление, в т. ч. чизельным плугом, стойкой СибИМЭ и другими орудиями, рекомендованы прежде всего для районов, подверженных дефляции и засухе, а также на эрозионно опасных склоновых землях. Обобщающим же положением, предложенным автором, является тот факт, что наиболее оптимальной системой основной обработки почвы в севообороте является разноглубинная обработка с учетом биологических особенностей культур и их предшественников, специфики почв и особенностей почвенно-климатических условий.

При этом некоторые виды обработки почвы, такие как поверхностная, «нулевая» и даже плоскорезная, снижая эрозионные процессы и сокращая энергозатраты, способствуют дифференциации слоев почвы в нежелательном направлении (в частности, ухудшается фосфорный режим), повышают засоренность полей и ухудшают фитосанитарную обстановку, так как незаделанные растительные остатки становятся очагом распространения вредных объектов, что противоречит экологическим принципам.

Результаты исследований, проведенных А.А. Сухаревым (2010), показали, что в южной зоне Ростовской области при возделывании озимой пшеницы по гороху наиболее эффективным приемом обработки почвы является применение комбинированного агрегата КУМ-4 (глубина обработки 8–10 см) в комплексе с посевным агрегатом АУП-18,05 в сравнении с отвальной вспашкой плугом ПЛН-5-35 на глубину 18–20 см, безотвальным рыхлением агрегатом КАО-2 на глубину 18–20 см или лущением БДТ-7.

В.С. Полоус (2012) на основании многолетних исследований приводит данные о том, что лучшими энергосберегающими адаптивными способами основной обработки почвы на черноземе обыкновенном в зернопропашном севообороте являются: минимальная обработка на 12–14 см под подсолнечник, кукурузу на зерно, клещевину, яровой ячмень, суданскую траву; поверхностная обработка на 6–8 см под озимую пшеницу. При высокой культуре земледелия возможно возделывание подсолнечника и кукурузы на зерно по поверхностной обработке на 6–8 см и даже применение «прямого» посева под подсолнечник, кукурузу на зерно и озимую пшеницу.

Волгоградская область. Система адаптивно-ландшафтного земледелия Волгоградской области на период до 2015 года, разработанная А.И. Ивановым и др. (2009), определяет, что приоритетным направлением внедрения систем обработки почвы в зернопаровых и зернопропашных севооборотах будет сочетание безотвальной, отвальной, поверхностной и мелиоративной обработок, позволяющих на 20–25 % повысить влагообеспеченность растений [Система адаптивно-ландшафтного земледелия... 2009]. Отмечается, что при переходе на мелкую, поверхностную и нулевую обработку зональных почв, склонных к быстрому и сильному уплотнению, возникает необходимость использования приемов, способствующих разуплотнению нижних слоев почвы для повышения ее водопроницаемости и предотвращения водной эрозии. Особенно актуально внедрение этих приемов на чистых парах под яровые культуры ( например использование широкозахватного культиватора «Хорш-Агросоюз» со специальной лапой «Мульч-Микс»).

В засушливых условиях Нижнего Поволжья обработку черного пара под озимые в летне-осенний период рекомендуется вести по типу зяби, а в весенне-летний период применять разноглубинные способы, меньше иссушающие почву и препятствующие образованию уплотненной подошвы на глубине хода рабочих органов культиватора. Ранние пары рекомендуется обрабатывать отвально на 18–22 см комбинированными пахотными агрегатами, весенне-летний уход, как и для черного пара, предполагает исключение весенних глубоких культиваций. Основную обработку почвы после занятых паров (кукуруза на силос, горох с овсом, озимые на корм) и непаровых предшественников рекомендуется проводить в сжатые сроки на глубину 12–14 см дисковыми и безотвальными орудиями.

Необходимо отметить некоторое расхождение в результатах исследований последних лет. По утверждению В.Д. Кострова (1994), на обыкновенных черноземах Нижнего Поволжья в засушливые периоды черный пар должен обрабатываться плоскорезами или чизелями, а под кукурузу на зерно наиболее эффективна плужная отвальная вспашка. Д.В. Ефанов (2003) и П.А. Винтуар (2005) утверждают, что безотвальное рыхление стойками СибИМЭ не приводит к существенному снижению урожайности кукурузы на зерно в сравнении со вспашкой на светло-каштановых почвах Волгоградской области.

Ю.Н. Плескачев (2005) утверждает, что на светло-каштановых почвах под пар необходимо проведение тяжелой культивации орудием ОП-8 на глубину 12–14 см с последующим щелеванием орудием ЩН-2-140 на глубину до 35–40 см или плугом ПРСН-5 + ПР-2,8 на глубину 30–32 см. Однако К.К. Бралиевым (2006) установлено, что в короткоротационных севооборотах при обработке черного пара под озимую пшеницу необходимо применение комбинированного агрегата АПК-6 на глубину 25–27 см, а под ячмень рекомендуется вспашка плугом на глубину 20–22 см.

Исследования, проведенные А.И. Беленковым (2006) в сухостепной зоне Поволжья, подтверждают, что можно рекомендовать применение в парах двупольных полевых севооборотов орудий безотвальной обработки почвы (плоскорезы и стойки СибИМЭ), а в трех-четырехпольных севооборотах применять комбинированную (отвально-безотвальную) систему основной обработки почвы с использованием плоскорезного или безотвального рыхления корпусами СибИМЭ в пару под озимые и вторую после пара культуру, а под замыкающую культуру севооборота применять вспашку отвальным плугом.

В то же время данные К.В. Шиянова (2010) свидетельствуют о том, что в парозерновом севообороте наиболее высокий урожай озимой пшеницы и ячменя получен при мелкой обработке.

Краснодарский край. Системы обработки почвы, разработанные в Краснодарском крае, предполагают дифференцированную их адаптацию к конкретной агроландшафтной зоне. Они ориентированны прежде всего на минимализацию обработки почвы под колосовые культуры, с глубоким безотвальным рыхлением под кукурузу на зерно, подсолнечник и сахарную свеклу [ Совершенствование технологии... 1985; Новые адаптивные энерго- и почвосберегающие технологи... 2002; Адаптивные энерго- и почвосберегающие... 2003; Система земледелия... 2009; Найденов, 1991, 2011].

Однако Н.Н. Зайцев (2012) рекомендует в зоне неустойчивого увлажнения на структурных черноземах проводить: под подсолнечник – безотвальную обработку на глубину 20–22 см или дискование на глубину 10–12 см;

под озимый рапс полупаровую отвальную вспашку на 20–22 см, в отдельных случаях дискование на глубину 12–14 см.

Изучая технологию «прямого» посева, В.А. Небавский (2004) установил, что урожайность кукурузы на зеленую массу при «прямом» посеве в неблагоприятные по увлажнению годы снижается по сравнению с традиционной отвальной вспашкой на 18 %, а в благоприятные по увлажнению годы разница в урожайности несущественна. Урожайность озимой пшеницы при «прямом» посеве в неблагоприятные по увлажнению годы превышает контроль (отвальная вспашка), а в благоприятные по увлажнению годы разница в урожайности несущественна.

Республика Дагестан. Исследованиями А.А. Айтемирова (2010), проведенными на различных почвенных разностях Дагестана, установлено, что на светло-каштановых почвах легко- и среднесуглинистого мехсостава система земледелия должна предусматривать полное исключение механических обработок и замену чистых паров занятыми. На каштановых почвах тяжелосуглинистого мехсостава обработка почвы под озимые культуры после занятых паров и раноубираемых предшественников должна проводиться по почвозащитной схеме с дополнительным рыхлением пахотного слоя до 40 см стойками СибИМЭ.

Кабардино-Балкария. Х.Ш. Тарчоков (2009), проводивший исследования в Кабардино-Балкарском НИИСХ, установил, что наиболее эффективными ресурсосберегающими системами обработки почвы под отдельные культуры с учетом предшественника и степени засоренности являются: под озимые зерновые после раноубираемых предшественников – полупаровая система обработки почвы (лущение ЛДГ-20 на глубину 8–10 см двукратно); после кукурузы под озимые культуры – дискование БДТ-7,0 на 12–15 см двукратно; под пропашные культуры (кукурузу, подсолнечник) после озимых и яровых зерновых – двукратное лущение ЛДГ-20 на 8–10 см, зяблевая вспашка на 28–30 см с последующей культивацией чизельным культиватором ЧКУ-4,0.

РСО–Алания. Моделью адаптивно-ландшафтной системы земледелия для горной зоны РСО–Алания, разработанной научными сотрудниками СКНИИГ и ПСХ, предлагается дифференцированный подход при внедрении классической и минимальной систем обработки почвы под отдельные культуры севооборотов с учетом почвенно-климатических факторов и степени развития эрозионных процессов [Модель адаптивно-ландшафтной системы...

2010]. В частности, после второго или третьего укоса трав под яровые культуры (овес и ячмень) проводится дисковое лущение в два следа и через 2– недели зяблевая вспашка на глубину 18–20 см. Под кукурузу на склонах до проводят вспашку поперек склонов на глубину 25–27 см с предварительным лущением стерни. При крутизне 6–80 применяют гребнисто-ступенчатую вспашку плугом ПН-4-35 + ПВР-3,5 с выравниванием чизельным культиватором ЧКУ-4 и нарезкой гребней культиватором КРН-5,6 трехъярусной лапой-окучником.

Проведенный анализ тенденций развития систем основной обработки почвы в южном регионе России позволяет сделать вывод о необходимости большей конкретизации в вопросах технологической и экономической эффективности различных систем основной обработки почвы в севооборотах и их оптимизации с учетом внедрения новых технических средств и складывающихся почвенно-климатических условий в различных зонах Центрального и Восточного Предкавказья.

Ставропольский край. Становление и развитие научных основ земледелия и в частности систем обработки почвы в Ставропольском крае началось с проведения опытных исследований в зоне каштановых почв на Прикумской опытной станции в 1924 году. В период с момента создания СНИИСХ, в феврале 1956 года по 1963 год в институте осуществлялось научное сопровождение зернового производства в крайне засушливых районах Ставрополья. Институт возглавлял В.М. Докучаев, а в отделе земледелия под руководством А.В. Первова работал плодотворный коллектив научных сотрудников: Г.И. Петров, В.М. Орлов, В.И. Селецкий, Н.И. Федотова, Ф.З.

Сыченко, Е.С. Пустовойт, А.П. Торгашева, Б.П. Гончаров, Н.Л. Павленко.

Большие исследования отдел земледелия проводил как по севооборотам так и по оценке эффективности систем обработки почвы. Были развернуты широкие опыты по изучению глубины и способов основной обработки почвы в различных звеньях севооборотов: паровое звено, звено занятого пара и др. Исследования по обработке почвы в засушливой зоне сопровождались достаточным комплексом агрофизических исследований, проведенных Н.И. Федотовой (1968). Ею было установлено, что влагообеспеченность культур в паровом звене севооборота при глубокой обработке в сравнении с обычной вспашкой не улучшается, более того, доказана эффективность мелких и поверхностных обработок под некоторые культуры.

В 1963 году институт, переведенный в зону неустойчивого увлажнения (с. Шпаковское), возглавил А.А. Никонов, стремящийся придать исследованиям института разносторонний характер на высоком научно-методическом уровне. Под руководством заведующего отделом земледелия Б.П. Гончарова возобновились работы по изучению проблем обработки почвы.

Б.П. Гончаровым (1967) совместно с В.И. Селецким (1968), а также с В.И Селецким и Л.А. Инкиным (1972) были разработаны основные положения по системам обработки почвы с рекомендуемыми глубинами основной обработки для каштановых и черноземных почв Ставропольского края. Было установлено, что на черноземных и каштановых почвах глубокое безотвальное рыхление на глубину 40–45 см и отвальная вспашка на глубину 22–25 см с углублением дна борозды на 10–15 см не обеспечивают роста урожайности озимой пшеницы. Поэтому вследствие более высоких энергетических затрат на их проведение по сравнению с обычной вспашкой они не могут быть рекомендованы производству.

А.П. Торгашевой и М.А. Холостых (1968), проводившими исследования на Назлобненском опорном пункте СНИИСХ по возделыванию озимой пшеницы по кукурузе на силос при различных способах основной обработки почвы, установлено, что наиболее перспективными способами обработки являются: в засушливые годы – безотвальное лемешное лущение на глубину 10–12 см с прикатыванием и боронованием. В благоприятные по осадкам годы – отвальное лущение на глубину 10–12 см, что дает прибавку соответственно 2,7 и 2,4 ц / га в сравнении с контрольным вариантов (вспашка на 20–22 см). Кроме того, А.П. Торгашевой (1974, 1977) выполнен большой объем исследований по оценке эффективности паров, занятых зернобобовыми культурами и смесями.

В.И. Селецкий и Б.П. Гончаров (1969), проводившие исследования на чистых и занятых парах в засушливой зоне Ставропольского края по изучению глубины и способов основной обработки почвы, установили, что нет никаких оснований рекомендовать основную обработку чистых паров на каштановых почвах на глубину свыше 22–25 см. При этом после кукурузы на силос под озимую пшеницу можно рекомендовать лущение плугами или лемешными лущильниками на глубину 10–12 см.

В 1970 году в отделе земледелия, возглавляемом Л.Д. Максименко, окончательно были сформированы долголетние стационары по обработке почвы, по севооборотам и кормопроизводству. В результате изучения в стационарных опытах глубины основной обработки почвы В.И. Селецкий (1971) доказал, что углубление основной обработки почвы более 20–22 см нерационально как с технологической, так и с экономической точки зрения.

Л.Д. Максименко и др. установили, что в зернопаропропашном севообороте система основной обработки почвы должна сочетать безотвальные обработки с отвальными на различную глубину. Безотвальные поверхностные обработки на 6–8 см или отвальные мелкие на глубину 12–14 см целесообразно проводить под озимую пшеницу, размещаемую после занятого пара и кукурузы на силос, а также под культуры после занятого пара. Отвальную вспашку на 20–22 см следует проводить под 2-ю после занятого пара озимую пшеницу [Изучение теоретических основ... 1973; Способы и глубина... 1977].

В связи с разработкой системы «сухого» земледелия А.А. Никоновым (1974) были отмечены особенности этой системы и определен комплекс агротехнических и организационно-экономических мероприятий по борьбе с засухой в Ставропольском крае. Конкретика в вопросах системы «сухого»

земледелия прослеживается в работах Л.Д. Максименко (1976, 1977), указывающих на необходимость улучшения структуры посевов за счет освоения севооборотов с чистыми и занятыми парами, построения системы обработки почвы с учетом максимального накопления влаги, сжатых сроков и высокого качества выполнения работ. В работах В.М. Пенчукова, возглавившего институт в 1978 году, эти положения по системе «сухого» земледелия нашли обоснованное подтверждение [Пенчуков, 1981; Система земледелия... 1983].

В эти же годы мощным направлением исследований отдела земледелия была минимализация систем основной обработки почвы под пропашные культуры в связи с применением гербицидов, так как при возделывании пропашных культур большое значение придавалось рыхлению почвы на всех этапах развития растений. Таким образом, уже просматривались некоторые элементы индустриальной технологии. В этих условиях в земледелии стали формироваться понятия о равновесной плотности, ее оценке для различных типов почвы, а также проводились прямые исследования по изучению параметров физических процессов в почве.

Л.А. Инкин (1968, 1975) установил, что изменения плотности, пористости, аэрации и влажности почвы, обработанной на глубину 20–22 и 12–14 см, происходили в течение вегетационного периода озимой пшеницы почти одинаково, что обусловило сравнительно одинаковую урожайность зерна.

Ю.И. Аракчеевым (1970) получены данные, свидетельствующие о том, что при вспашке почвы под подсолнечник на глубину 12–15 см, 22–25 см и 32–35 см плотность пахотного слоя сравнительно быстро выравнивается и не превышает оптимальной для подсолнечника величины плотности (1,25– 1,3 г/см3). Больших различий в водно-физических и химических свойствах, биологической активности почвы не наблюдается, при этом урожайность подсолнечника остается практически одинаковой.

В.Г. Мелешко (1975) делает вывод, что на типичных черноземных почвах колебания плотности сложения пахотного слоя при различных способах и глубине обработки почвы не существенны и находятся в пределах, оптимальных для роста и развития растений.

Исследования В.М. Рындина (1983) показали, что плотность почвы на участках, вспаханных на различную глубину, быстро выравнивается, и только в отдельные годы ее плотность заметно увеличивается на участках с постоянной неглубокой вспашкой. Установлено, что глубина основной обработки в севообороте почв не сказывается на сохранении в ней влаги и на активности почвенной микрофлоры.

Исследованиями В.М. Рындина (1976, 1983) и совместно с В.И. Селецким (1977) установлено, что на типичных суглинистых черноземах зоны неустойчивого увлажнения, на полях, не засоренных многолетними сорняками, под парозанимающую культуру и первую озимую пшеницу можно ограничиться вспашкой на глубину 12–14 см. При высокой засоренности поле под 2-ю озимую пшеницу следует пахать на глубину 20–22 см, под пропашные культуры рекомендуется мелкая или обычная отвальная вспашка, под яровые культуры после пропашных – обычная отвальная вспашка на 20–22 см.

Большой вклад в исследования по мелиорации солонцов с использованием различных способов и глубины обработки почвы внесли Л.Н. Петров, С.В. Беликова и Е.И. Годунова.

Исследования, проведенные Л.Н. Петровым совместно с С.В. Беликовой (1973) и с М.Т. Куприченковым и С.В. Беликовой (1976), а также опыты Л.Н. Петрова (1983, 1985) на каштановых почвах показали преимущество мелиоративной плантажной вспашки на глубину 50 см, в результате которой снизилась плотность почвы с 1,55 до 1,30 г/см3, уменьшилось содержание обменного натрия с 19 до 7,3 % емкости обмена и количества водорастворимых солей в профиле солонцов. Прибавка урожайности озимой пшеницы на варианте с плантажной вспашкой в среднем за 3 года по отношению к обычной вспашке (глубина 16 см) составила 7 ц к. е., экономия затрат – 0,71 руб/ц.

С.В.Беликова (1981, 1983, 1985, 1990), проводившая исследования в засушливой зоне Ставрополья на каштановых степных солонцах, установила, что при плантажной вспашке на 45–50 см в сочетании с фосфорными удобрениями урожай зерна озимой пшеницы в среднем за три года был на 4,2 ц/га выше, чем на фоне с обычной вспашкой (20–22 см). При этом необходимо после глубокой мелиоративной вспашки один раз в 2–3 года проводить безотвальное рыхление на глубину 35–45 см стойками СибИМЭ или чизельным плугом ПЧ-4,5.

По данным Е.И. Годуновой (1981, 1983, 1985), проводившей исследования на засоленных карбонатных почвах засушливой зоны, установлена эффективность применения фосфорных удобрений на фоне глубокого безотвального рыхления и плантажной вспашки. Прибавка в урожайности озимой пшеницы от внесения суперфосфата в дозе 90 кг/га по д. в. на фоне глубокого безотвального рыхления на солонцах составила 5,8 ц/га, при обычной вспашке – 3,1 ц/га.

Вполне естественно, что для эрозионно-опасного региона, каким является Ставропольский край, большое место в исследованиях занимала почвозащитная тематика. Еще в 60-е годы XX века И.Ф. Горбуновым и Е.И. Рябовым (1968) была установлена высокая почвозащитная эффективность обработки почв культиваторами-плоскорезами, повышающая урожайность озимой пшеницы в засушливой зоне края на 1,6 ц/га.

В дальнейшем Е.И. Рябовым совместно с Л.Н. Саньковой (1975) и А.Е. Мягковым (1976) проводились исследования по почвозащитной плоскорезной системе обработки почвы. Было установлено, что при отсутствии эрозионных процессов урожайность озимой пшеницы по стерневым предшественникам может существенно снижаться на вариантах с плоскорезной обработкой. Поэтому возделывание данной культуры с применением плоскорезной обработки культиватором КПЭ-3,8 с бороной БИГ-3 предлагается только на землях с большой потенциальной опасностью проявления ветровой эрозии и обязательным внесением минеральных удобрений.

Впоследствии почвозащитная система земледелия, основу которой составляла плоскорезная обработка, была довольно хорошо изучена в ряде хозяйств края. А. Е. Мягковым (1975), проводившим исследования на светлокаштановых почвах, подверженных ветровой эрозии, установлена эффективность следующих систем основной обработки почвы: под озимые культуры – боронование БИГ-3, культивация КПП-2,2 на 12–14 см; под черный пар – осенняя обработка плоскорезом КПГ-250 на 18–20 см, весной культивация КПП-2,2 или КПЭ-3,8 на 12–14 см; под ранние яровые культуры – боронование БИГ-3, поверхностная обработка КПП-2,2 на 10–12 см, поздняя зябь обрабатывается плоскорезом КПГ-250 на 18–20 см.

В.В. Орлов (1983), изучавший мульчирующие и минимальные зяблевые обработки под кукурузу в дефляционных условиях, установил, что плоскорезная обработка под кукурузу на 25–27 см в сочетании с мульчированием почвы измельченной соломой в сравнении с отвальной вспашкой более эффективна.

Е.В. Орловым (1985) установлено, что в засушливых районах в борьбе с ветровой эрозией наиболее эффективным способом основной обработки почвы под озимую пшеницу после непаровых предшественников является плоскорезная обработка культиватором КПЭ-3,8 на 14–16 см. В зоне неустойчивого увлажнения плоскорезная обработка под озимую пшеницу после колосовых предшественников приводит к снижению урожайности озимой пшеницы на 2,4 ц/га в сравнении с отвальной вспашкой на 20–22 см.

Л.И. Желнакова (1992) рекомендует в крайне засушливых районах Центрального Предкавказья широко использовать безотвальную обработку чистых паров и отвальную обработку ранних паров как средств минимализации борьбы с эрозией и дефляцией почвы.

В 1991 году по инициативе академика Л.Н. Петровой (1995, 2005) были организованы исследования по вопросам адаптивно-ландшафтного земледелия. Разработка концепции методологических и методических основ перевода земледелия на ландшафтную основу проводилась на специальном ландшафтном полигоне под руководством ведущего научного сотрудника, канд.

с.-х. наук Л.И. Желнаковой (2010, 2011). Кроме того, ею проведено ландшафтное районирование края, созданы системы перевода земледелия на ландшафтную основу для Андроповского и Изобильненского районов Ставропольского края. При освоении адаптивно-ландшафтных систем земледелия были решены следующие вопросы: проведена агроэкологическая группировка земель и разработана система обработки почвы с использованием орудий нового типа применительно к конкретным агроландшафтам.

Исследованиями сотрудников СНИИСХ под руководством Е.И. Рябова (1990) по вопросам разработки систем минимальной почвозащитной обработки почвы было установлено, что при минимальной обработке запасы продуктивной влаги в метровом слое были на 21 мм больше, чем при отвальной вспашке, при этом урожайность кукурузы на зерно при минимальной обработке составила 38,8 ц/га, что на 8 ц/га выше, чем при отвальной вспашке и на 3 ц/га больше, чем при плоскорезной обработке [Научно-методическое пособие... 2002].

Нельзя не отметить большую работу отдела земледелия Прикумской ОСС СНИИСХ под руководством А.А. Федотова (1990), который в производственных условиях изучал и оценивал эффективность чистых паров. Им установлено, что в среднем за 8-летний срок исследований безотвальная обработка раннего пара приводит к снижению урожайности озимой пшеницы в сравнении с отвальным черным паром на 2,3 ц/га.

Не менее значимыми по своим масштабам и актуальности работами в области обработки почвы в СНИИСХ были исследования, проводимые в стационарных опытах В.И. Шлыковым, М.В. Криулиным, О.А. Поспеловой, дифференцированно изучавшими отдельные вопросы физики почв, способов обработки, биологической активности и экологии.

В.И. Шлыков (1986) установил, что для повышения и стабилизации урожайности 2-й озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья в качестве основной обработки почвы следует проводить вспашку на глубину 20–22 см с последующей обработкой по типу полупара, а безотвальную обработку – только на почвах, в сильной степени подверженных дефляции.

В результате исследований, проведенных М.В. Криулиным и В.М. Рындиным (1990), установлено, что длительное применение систематических безотвальных обработок на различную глубину в севообороте по сравнению с систематической обычной вспашкой или чередованием вспашки в севообороте с другими обработками приводит к существенному увеличению плотности сложения почвы в слое 10–20 см, снижению биологической активности нижней части пахотного слоя, дифференциации пахотного горизонта по содержанию подвижного фосфора и к снижению урожайности ярового ячменя на 4,4–4,8 ц/га в сравнении с постоянной вспашкой.

О.А. Поспелова (1996), изучавшая ферментативную активность почв в связи с различными системами ее обработки, установила, что в районах, не подверженных дефляции и водной эрозии, не следует длительно применять систематические безотвальные обработки, как поверхностные так и на обычную глубину, или их чередование.

Развитие научных исследований по обработке почвы в Ставропольском ГАУ связано в т. ч. и с работами Г.М. Зюзина (1970), установившего, что поверхностное дискование после занятых паров и непаровых предшественников на глубину 8–10 см в сравнении с отвальной вспашкой на 20–22 см повышает урожайность на 7–16 %, однако под 2-ю озимую пшеницу рекомендуется вспашка полупара на глубину 20–22 см.

В дальнейшем исследованиями, проведенными А.И. Тивиковым (2006) под руководством профессора Г.Р. Дорожко, по оценке эффективности различных способов основной обработки почвы в звеньях зернопропашного севооборота было установлено, где под занятый пар, горох и кукурузу на силос, как предшественники озимой пшеницы, рекомендуется отвальная вспашка на глубину 20–22 см.

В.И.Ситников (2006), изучавший интегрированное влияние способов обработки почвы и гербицидов на урожайность подсолнечника, установил, что наиболее эффективной основной обработкой под подсолнечник является глубокое чизельное рыхление плугом ПЧ-4,5 на глубину 25–27 см в сочетании с применением баковой смеси гербицидов (нитран + гезагард-50), повышающее рентабельность производства подсолнечника в сравнении с отвальной вспашкой на 15 %.

О.И. Власовой при непосредственном участии академика В.М. Пенчукова и профессора Г.Р. Дорожко в разделе «Почвозащитная система обработки почвы в условиях Ставрополья» монографии «Системы земледелия Ставрополья» дается строго дифференцированный подход к системам обработки почвы под озимые и яровые культуры по различным предшественникам с учетом факторов энергосбережения, одним из которых является применение комбинированных агрегатов типа АКМ-6 [Системы земледелияю... 2011].

В земледельческой науке Ставрополья, благодаря фундаментальным исследованиям по вопросам оптимизации систем обработки почвы, проводимым в Ставропольском НИИСХ Б.П. Гончаровым (1981), В.М. Рындиным и М.В. Криулиным (1990), сложилась достаточно ясная картина возможности применения под отдельные культуры севооборота дифференцированных систем обработки почвы, сообразующихся с экологическими условиями, на которые можно наложить тот или иной исследовательский опыт, применительно к различным почвенно-климатическим зонам края.

С 1985 по 1988 год в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края в стационарных полевых опытах ГНУ Ставропольский НИИСХ В.М.

Рындиным и В.И. Шлыковым (1986) отрабатывались технологические схемы минимальной обработки почвы на обыкновенном мицелярно-карбонатном суглинистом черноземе (гумус – 2,7 %) под озимую пшеницу после колосовых и пропашных культур в зернопропашном севообороте, включающие и вариант допосевной «нулевой» обработки почвы.

По результатам исследований четырехлетнего периода возделывания 2-й озимой пшеницы по пшенице установлено, что в период ухода в зиму при примерно равных запасах продуктивной влаги, в пределах 99–104 мм, отмечается более высокая плотность почвы в слое 0–20 см по «нулевому»

варианту в сравнении с отвальной вспашкой на 0,05 г/см3, засоренность к уборке выше на 36 %. Анализ урожайности и экономические расчеты показали, что на фоне применения фунгицидов (защитный фон – з/ф) и без их применения (без защитного фона – без з/ф), лучшим способом основной обработки почвы под 2-ю озимую пшеницу после занятого пара является вспашка комбинированным агрегатом на глубину 20–22 см.

Варианты с мелкой и поверхностной обработками в сравнении со вспашкой снижали урожайность озимой пшеницы соответственно: на фоне без применения фунгицидов – на 0,3 и 0,48 т/га, с применением фунгицидов – на 0,21 и 0,51 т/га. При замене отвальной вспашки «нулевой» допосевной обработкой урожайность снизилась соответственно на 1,04 (без з/ф) и 0,92 т/га (з/ф), при этом себестоимость продукции по «нулевому» варианту возросла на 0,27 (без з/ф) и 0,19 руб./т(з/ф), а рентабельность снизилась на (без з/ф) и 68,4 % ( з/ф).