ВВЕДЕНИЕ
На протяжении многих веков развития человеческого общества шло накопление знаний о культуре земледелия, биологических особенностях растений и взаимосвязи между природой, растениями и производственной деятельностью человека.
Производственная деятельность человека часто становится главным условием в деле формирования высокой продуктивности культурных растений и может привести к существенному нарушению гармоничного сочетания основных факторов роста и развития растений.
Создание новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур, отвечающих современным условиям, требует огромных материальных затрат и не всегда завершается успехом. Большая часть разрабатываемых идей не оправдывает возлагаемых на них надежд или не используется в сельскохозяйственном производстве из-за недостаточной эффективности и сложности практического применения.
Огромное значение в решении актуальных проблем подъема сельского хозяйства имеет севооборот. В данном случае имеется возможность проанализировать применяемую технологию, учесть недостатки и обосновать оптимальное направление их совершенствования.
Все чаще в Курганской области создается ситуация, когда большая часть полей с осени не вспахана. Поэтому, для предоставления правильных рекомендаций мы должны изучить влияние новых условий, действующих на сельскохозяйственные культуры.
На сегодняшний день животноводство возрождается, хотя и медленными темпами, поэтому монокультурное зерновое производство не всегда является приоритетным для хозяйств.
В настоящее время севообороты для крестьянских хозяйств должны быть более комплексными, с короткой ротацией. Сейчас, когда идет процесс интенсификации производства очень важно разработать и освоить такие
севообороты, которые бы полностью соответствовали направлению хозяйства по производству конкретной продукции. С углублением специализации связано техническое совершенствование производства, совершенствование форм реализации продукции» Специализация производства на отдельных культурах в значительной мере определяется спецификой природных условий, которые сужают возможность выбора культур. Эти обстоятельства требуют принципиального пересмотра сложившихся представлений о севооборотах.
За последние годы резко сократился уровень применения удобрений и гербицидов. Поэтому необходимо ответить на вопросы, как наиболее выгодно вложить имеющиеся ограниченные ресурсы и повысить производство сельскохозяйственной продукции, вместе с тем сохранить плодородие почвы.
Выход из кризиса сельскохозяйственного производства зависит от уровня получаемых доходов. Информация, полученная в исследованиях по изучению полевых севооборотов, позволяет товаропроизводителям принимать решения в соответствии с условиями производства.
Исследования представляют значительный интерес для науки и практики. Анализ полученной информации позволяет вывести некоторые закономерности зонального характера. Изучаемые севообороты позволяют моделировать в производстве различные системы земледелия от зернопаровой, плодосменной до бессменных культур во взаимодействии с удобрениями и гербицидами.
Актуальность темы диссертационного исследования
В сельскохозяйственном производстве севообороты являются основой для выполнения всех технологических мероприятий по возделыванию полевых культур. Оптимальное чередование растений способствует улучшению условий их выращивания и при снижении затрат позволяет увеличить выход продукции. В связи с изменением общественной формации, формы собственности и направленности ведения производства, разработанные севообороты с длинной ротацией оказались не приемлемыми для фермерских хозяйств. Одновременно отмечается существенное изменение в агротехнике возделывания яровой пшеницы, все в большей степени вспашка заменяется гербицидной обработкой, что вносит существенные коррективы в продуктивность зерновых культур по различным предшественникам. В связи с отмеченными факторами появляется необходимость в изучении полевых севооборотов и их анализа с иных позиций. Необходимы новые методы определения оптимальной структуры посевных площадей для хозяйств с различным уровнем насыщенности парами, удобрениями и средствами защиты от сорной растительности.
Цель исследований
Изучить закономерности формирования продуктивности культур в севооборотах и в бессменных посевах при минимальной обработке почвы с различным уровнем удобренности.
Задачи исследований
1. Определить запасы влаги, элементы питания и уровень засоренности, в полях изучаемых севооборотов.
2. Оценить продуктивность и качество получаемой продукции по предшественникам и севооборотам.
3. Провести математическую обработку полученной информации дисперсионным, вариационным, корреляционным и регрессионным методами анализа.
4. Рассчитать экономическую эффективность производства зерна яровой пшеницы в зависимости от структуры посевных площадей и внесения удобрений.
Научная новизна исследований
Впервые в условиях Курганской области изучена взаимосвязь оптимального количества пара в структуре посевных площадей и продуктивности зерновых культур по различным предшественникам. Усовершенствован метод расчета структуры посевных площадей и разработана методика расчета продуктивности зернопаровых и зернопропашных севооборотов в зависимости от качества предшественников и внесения удобрений. На основе многолетних экспериментов рассчитаны уравнения регрессии по водному и тепловому режимам, определены коэффициенты вариабельности урожайности яровой пшеницы.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Способы расчета оптимальной структуры посевных площадей в полевых севооборотах.
2. Теоретические расчеты возможной продуктивности яровой пшеницы по предшественникам в зависимости от климатических параметров на основе уравнений регрессии.
3. Продуктивность полевых севооборотов, их экономическая эффективность.
Практическая ценность работы
Разработана новая методика расчета структуры посевных площадей для зернопаровых и зернопропашных севооборотов. Полевые исследования по влиянию почвенно-климатических условий на изучаемые предшественники позволили предложить производству различные виды севооборотов с учетом специализации хозяйств. Научные результаты внедрены в 2004 году на площади 500 га в хозяйстве «Светлый Дол» Курганской области.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях научно-методического и ученого совета КНИИСХ, на конференции в ЧГАУ (2004 г.), на конференции «Результаты науки -развитию региона» в КГСХА (2005 г.).
Публикация результатов исследований
По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 161 странице печатного текста. Состоит из введения, 4 глав, выводов, рекомендаций производству. Содержит 56 таблиц, 7 приложений, иллюстрирована 4 рисунками. В список использованной литературы внесено 154 источника, в том числе 7 - работы зарубежных авторов.
Выражаю благодарность за консультации заведующему отделом земледелия КНИИСХ, кандидату сельскохозяйственных наук С.А. Показаньеву, заведующей лабораторией севооборотов КНИИСХ М.Н. Сметаниной.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИЗУЧАЕМОМУ ВОПРОСУ
Культура земледелия, как и любой другой отрасли - это степень ее совершенства, определяемая уровнем использования достижений науки и техники, а так же передового опыта. Следовательно, культура земледелия есть результат научно технического прогресса (С.А. Воробьев, 1970).
Интерес людей к замене одних культур другими прослеживается с глубокой древности. Еще в сочинениях римских агрономических писателей отмечена необходимость чередования культур. Вергилий в Георгиконе писал, что, сменяя плоды поля предаются покою (Б. Копеев, 1964; К.П. Горшенин, 1970). Колумелла исходит из представлений о том, что возделывание растений приводит к отравлению почвы и накоплению в ней ядов, а так же к истощению запасов питательных веществ.
В конце XVIII - начале XIX веков господствовала гумусовая теория питания растений, согласно которой пищей растений считался почвенный перегной. Следовательно, растения делились на две группы: истощающие (все зерновые) и обогащающие (кормовые) почву гумусом.
В России теоретические основы плодосмена развивал профессор И.М. Комов (1788). "Главное искусство состоит в том, - писал он, - дабы учредить оборот сева различных растений так, чтобы земли не изнурить, а прибыли от нее получить сколько можно больше. Этого можно достигнуть, если поочередно то овощ, то хлеб, то траву сеять". А.Т. Болотов в 1771 году опубликовал труд "О разделении полей". Это первое руководство по ведению севооборотов. Автор пропагандировал травосеяние (С.А. Воробьев, 1970).
Через 34 года теория плодосмена получила более полное отражение в труде А. Тейера "Основы рационального сельского хозяйства", изданного в Германии в 1812 г. и вышедшего в русском переводе в 1830 году.
В 1832 году А. Декандаль необходимость чередования объяснил с позиции выделения растениями особых токсичных веществ,
накапливающихся в почве и снижающих урожай сельскохозяйственных культур (С.А. Воробьев, 1970).
В середине XIX века широко распространились плодосменные севообороты. A.B. Советов и другие ученые развивали теорию плодосмена применительно к условиям России.
В 1840 году Ю. Либих в своем труде «Химия в ее применении к земледелию и физиологии» утверждал в противовес гумусовой теории, что только минеральные вещества доставляют пищу растениям, а все культуры только истощают ее (С.А. Воробьев, 1970).
Во Франции (Буссенго) и в Англии (Лооз) проводили эксперименты, показавшие важную роль азота в питании растений. Бобовые же растения почти не реагировали на азотные удобрения. Выяснилось, что после этих растений почва обогащалась азотом. Опыты проводились на Ротамстедской опытной станции (Англия). В Германии в 60-х годах девятнадцатого века Шульц разработал основу сидеральных севооборотов. Положительное, значение чередования культур стали объяснять сменой бобовых культур растениями из других семейств, потребляющими накопленный азот. Причины такого влияния бобовых культур на почву и условия их азотного питания были выяснены в 80 годах девятнадцатого века Берлепшем (Германия). Еще раньше И.А. Воронин (1865 г) признал микроорганизмы причиной образования клубеньков на корнях бобовых растений, но их наличие не связывалось с усвоением азота (С.А. Воробьев, 1970).
Вторая половина XIX века ознаменовались развитием физики почв (Мартин Эвальд Вольни, П.А. Костычев). Было выявлено, что плодородие почвы зависит не только от химического состава, но и от физического состояния почвы. Культуры разделились на улучшающие структуру и ухудшающие ее. Первая группа - многолетние травы, вторая группа - все однолетние культуры.
10
Признание водопрочной структуры почвы главным условием плодородия, а многолетних трав - единственным средством ее создания легло в основу травопольных севооборотов и систем земледелия. «Система мероприятий - писал В.Р. Вильяме, - при которой мы поддерживаем прочность, то есть неразмываемость водой комковатой структуры почвы, называется системой земледелия». В основу травопольной системы земледелия положена периодическая смена однолетних растений смесью бобовых и злаковых многолетних трав (В.Р. Вильяме, 1951).
В начале XX века В.Г. Ротмистров (1910) сделал вывод о влиянии чередования сельскохозяйственных культур, имеющих разную корневую систему, на накопление и содержание влаги в почве. Он был противником включения в севообороты южных районов России многолетних трав, так как они иссушают почву. A.C. Ермолов (1903) считал, что в основу чередования-культур должна быть положена идея корнесмена.
В развитии теоретических основ севооборотов до середины XX века1 развивалась то одна, то другая сторона влияния чередования культур, но основой была теория питания или влагообеспеченности растений, т.е. в исследованиях превалировала односторонность, хотя применяемая агротехника и сельскохозяйственные культуры оказывают разнообразное и глубокое влияние на почву и урожайность последующих культур.
В.К. Крутиховский (1932) изучал возможность перехода от зернопаровых севооборотов к земледелию без пара. Тесная зависимость между системами земледелия, севооборотами и удобрениями отражена в работах A.C. Ермолова (1903), A.B. Советова (1950), Д.Н. Прянишникова (1963), В.И. Овсянникова (1971).
В настоящее время ученые учитывают все причины, от которых зависит эффективность севооборота. Необходимость чередования культур рассматривается с позиций накопления органических веществ в почве, обеспечения растений питательными веществами и водой, воздействия
и
растений на физические свойства почвы, борьбы с сорняками и болезнями и в свете взаимодействия между самими растениями, причем все причинные связи берутся в расчет одновременно.
Важным достижением науки является вывод о возможности специализации севооборотов в условиях интенсификации земледелия, то есть, насыщать их ведущими культурами и применять повторные посевы. Это позволяет рекомендовать севообороты с повышенной долей посева ведущих культур для хозяйств различной специализации, и более успешно решать вопросы внутрихозяйственной и межхозяйственной специализации.
Научно-обоснованный севооборот - норма в современном земледелии. Все мероприятия по окультуриванию почвы - известкование, внесение удобрений, углубление пахотного слоя, культуртехнические и другие работы по выравниванию почвенного плодородия - наиболее эффективны, если они: проводятся в севооборотах. Другими приемами не всегда удается выправить положение, если оно вызвано нарушениями в чередовании культур (Н.П.; Костин, 1975).
В настоящее время антропогенное давление на сельскохозяйственные культуры достигло такого уровня, что дальнейшее использование традиционных технологий может привести к глубоким негативным экологическим последствиям. Назрела необходимость новых подходов к природопользованию и внедрению систем земледелия, эффективнее использующих природный биоэнергетический потенциал с минимальным отрицательным влиянием на окружающую среду. Современная сельскохозяйственная наука предлагает перспективное направление в решении вопросов повышения эффективности сельскохозяйственного производства за счет более высокой адаптации систем земледелия к природным условиям, получившим название ландшафтного земледелия.
Идеи этого направления были заложены еще В.В. Докучаевым (1889), а в дальнейшем развиты в трудах В.И. Вернадского (1946), Б.Б. Полынова
12
(1956) и других ученых. С середины 80-х годов вопросы ландшафтного земледелия именуемого чаще как «экологические основы земледелия» (В.И. Кирюшин, 1996), широко обсуждаются многими учеными (А.Н. Каштанов и др., 1994, М.А. Глазовская, 1964, A.M. Лыков и др., 1990). В Курганской области учеными КНИИСХ изданы рекомендации, где на основе обобщения результатов проведенных исследований, даются технологии возделывания сельскохозяйственных культур, рационального применения удобрений и гербицидов. На кафедре земледелия КГСХА изучены и рекомендованы культуры в полевых и кормовых севооборотах (П.И. Кузнецов, 1989).
Проблемы современного земледелия и пути их решения. Еще И.А. Стебут выделял севооборот как часть системы сельскохозяйственного производства, связанную с системой земледелия, а следовательно и с агротехническими мероприятиями (Р. Крохалев, 1958).
Повышение эффективности агропромышленного производства, конкурентноспособности его продукции на мировом и отечественных рынках остается важнейшей задачей. Ее невозможно решить без использования новейших агротехнологий (Г.И. Носов и др., 2005).
В современных условиях большую актуальность приобретает совершенствование систем земледелия на основе ресурсосберегающих технологий, направленных на снижение потерь питательных веществ из почвы, повышению окупаемости удобрений, уменьшению остаточных количеств пестицидов в почве и растении (Н.М. Тютюнов, Н.М. Доманов, 2005).
С началом рыночных преобразований сельскохозяйственные организации самостоятельно определяют виды производимой продукции, структуру посевов сельскохозяйственных культур, севообороты.
Погоня за прибылью привела к структурным сдвигам в севооборотах, увеличению в структуре посевов доли наиболее эффективных культур. Фермеры же, как правило, не заинтересованы в парах, а также посевах
13
культур не очень эффективных, но улучшающих почву - бобовые, однолетние и многолетние травы. Изменение же состава предшественников зерновых культур может привести к снижению продукции уже в ближайшие годы.
Наличие в структуре посевов нерентабельных, но улучшающих структуру почвы культур, приводит к сокращению чистого дохода в текущем году, однако способствует повышению урожайности и эффективности производства более рентабельных культур в следующем году (А. Трубилин, 2004).
Задача современных севооборотов - обеспечить непременное увеличение производства продукции полеводства и животноводства, рациональное сочетание отраслей производства с учетом специализации хозяйства и его дальнейшего развития.
Основными причинами, сдерживающими освоение севооборотов, являются частые изменения границ землепользования и специализации; хозяйств, низкие темпы культуртехнических работ, малая площадь чистых паров в засушливых районах страны (В.П. Седнев, 2002).
В условиях перехода к рынку положение в земледелии заметно осложнилось: севообороты стали грубо нарушаться, уменьшилось в несколько раз внесение органических и минеральных удобрений, сократилось применение средств химической защиты растений. Это привело к тому, что стало снижаться плодородие почв, ухудшаться фитосанитарное состояние полей. Создалась угроза трансформации некоторых пахотных земель в разряд пастбищных или других менее продуктивных категорий сельскохозяйственных угодий.
При разработке системы земледелия для каждого хозяйства необходимо соблюдать следующие основные требования:
- учет интересов землепользователей;
14
- производство достаточного количества высококачственной продукции при наименьших затратах труда;
- повышение плодородия почв и их биоэнергетических ресурсов, биологизация земледелия;
- тесная взаимосвязь систем земледелия с системами ведения других отраслей;
- экономичность и ресурсосбережение, научно-обоснованное применение удобрений и других средств химизации;
- устойчивое развитие и адаптивность к погодно-климатическим факторам и стрессовым ситуациям;
- учет экологических требований, обеспечение охраны почв, воды, окружающей среды независимо от форм хозяйствования (И.В. Мягков, 2004).
Ресурсосбережение и севооборот. Зерно во все времена было важнейшим товаром как внутреннего, так и мирового рынка. Однако увеличение производства зерна возможно только при его достаточной рентабельности. Сегодня в России в условиях современной рыночной экономики, когда цены на зерно формируются под влиянием спроса и предложения, характеризуются нестабильностью, повышение рентабельности возможно только за счет сокращения затрат на его производство (С.А. Данкверт, Л.В. Орлова, 2003).
За последнее время эффективность производства зерна стала заметно снижаться, а в особо неблагоприятные по погодным условиям годы в целом ряде хозяйств становится убыточным. В среднем за последние 5 лет урожайность зерновых в Курганской области составляет 11,5 ц/га.
Установлено, что при современных технологиях при урожайности до 8-10 ц/га выручка от реализации зерна покрывает только материальные затраты и только при более высокой урожайности хозяйство может получить прибыль. Попытки увеличить производство зерна экстенсивными методами
15
(увеличение площади посева) при недостатке техники и постоянном удорожании горюче-смазочных материалов приводят обычно к отрицательному результату. Результаты исследований и передовая практика свидетельствует о том, что только отказ от экстенсивных технологий и переход на ресурсосберегающие позволят преодолеть кризисные явления и повысить эффективность сельскохозяйственного производства (В.И. Волынкин, 2002).
Мировое потребление пшеницы продолжает обгонять производство, она остается самым важным продуктом растениеводства в современных условиях (Н.С. Демьянов, 2003).
Таким образом, в современных условиях, когда цены на зерно формируются под влиянием коньюктуры рынка, повышение рентабельности возможно за счет сокращения затрат на его производство, т.е. внедрения правильных ресурсосберегающих технологий. Минимализация обработки почвы не в меньшей мере диктуется необходимостью эффективного устранения причин деградационных процессов, а также негативных последствий техногенного воздействия на почву (В.В. Каракулев, Ф.Г. Бакиров, В.Д. Вибе, 2004).
Основные принципы ресурсосбережения разрабатывались и применялись в таких странах как, например, Бразилия, Аргентина, Парагвай, США, Канада и Австралия. При этом отмечались улучшения на нескольких уровнях: увеличение урожайности и общей производительности хозяйства, сокращения использования ГСМ и трудовых ресурсов, сокращение расходов, снижение эрозии и увеличение биологической активности почвы (Derpsh R., 2004).
В России об этом же писали А.И. Бараев, Т.С. Мальцев, П. Иванов, Л. Коробова и многие другие ученые. Ведь известно, что обработка почвы - это энерго- и трудоемкий процесс, поэтому в сложившейся ситуации следует
16
оценить ранее принятые рекомендации и определить пути снижения затрат на ее проведение, или отказаться совсем (Ю.Н. Плескачев, 2005).
Существует достаточно научных доказательств, свидетельствующих о том, что ресурсосберегающее земледелие оказывает положительное влияние на химические, физические и биологические свойства почвы по сравнению с системами производства, предполагающими предварительную подготовку почвы (Benites J., Bot. А., 2004).
Идея исключения механической обработки из технологии возделывания сельскохозяйственных культур не нова. Отдельные элементы так называемой нулевой обработки изучали в России многие научно-исследовательские институты. Анализ мирового опыта земледелия показывает, что на большинстве площадей сельскохозяйственные культуры возделываются по традиционным технологиям с обработкой почвы и лишь 20-30% - по нулевой.
Говоря об эффективности нулевой обработки, необходимо в каждом конкретном случае оценивать положительные и отрицательные ее последствия в зависимости от места и времени применения, погодных условий и других факторов. По данным Краснодарского НИИСХ при успешной борьбе с сорняками, своевременной защите посевов от вредителей и болезней можно использовать нулевую обработку почвы при возделывании зерновых культур (В.К. Бугаевский, В.М. Кильдюшин, A.A. Романенко, 2005).
Мировой опыт свидетельствует о том, что страны-лидеры производства зерна (Канада, Аргентина, США) давно перешли на ресурсосберегающие технологии, которые позволяют сокращать затраты на производство зерна и одновременно получать стабильный урожай, сохраняя окружающую среду (Crovetto С, 1996). Технологии, получившие большое распространение на Западе, в России внедрялись крайне медленно, причиной чему было отсутствие качественных надежных технологических комплексов. Теперь у
17
России появляется возможность сделать рывок в этом направлении. В Самарской области новые технологии применяют на площади более 100 тыс. га. Доля «прямого» посева 20% , на остальных полях применяется минимальная обработка почвы. Именно в таких условиях необходимо выбрать правильное чередование культур, то есть севооборот (С.А. Данкверт, 2003).
Переход к посеву по необработанной почве эффективен не только для получения урожайности на уровне обычной технологии, но позволяет значительно экономить труд, средства (Б. Г. Ачитаев, 1981).
Новые ресурсосберегающие технологии занимают свое место на полях Курганской области. Наиболее яркий пример - опыт ЗАО «Картофель» Кетовского района, где освоены новейшие технологии возделывания и уборки зерновых и картофеля. В ЗАО колхоз «Новый путь» Лебяжьевского района вспашка исключена из технологического процесса.
Результаты 2004 года еще раз подтвердил эффективность применения минимальных обработок. Только с их помощью на площади 600 тыс. га. земледельцам Курганской области в условиях жесточайшей воздушной и почвенной засухи удалось получить более 1 т/га зерна. При традиционной системе земледелия такого результата в сложившихся условиях достичь было бы невозможно (Г.И. Носов, 2005).
Поскольку на обработку почвы приходится до 30-50% общих издержек, особая роль должна быть отведена технологиям, обеспечивающим сокращение числа почвообрабатывающих операций.
Стерневые сеялки по сравнению с традиционной вспашкой обеспечивают не только сокращение сроков проведения работ, но и на 30-35% снижают затраты труда и материальных ресурсов. Особый интерес представляет применение прямого сева (нулевая обработка почвы). Прямой посев в 4,5 раза сокращает затраты на 1 га по сравнению с традиционным вариантом. Испытания этого способа показали, что он не только |
