Изучение технологий точного и традиционного земледелия

Экспериментальная работа проводилась в Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева на Полевой опытной станции в Центре точного земледелия в 2012-2014 гг.

В полевом опыте проводили изучение технологий точного земледелия с использованием системы GPS, и традиционного земледелия в четырехпольном зернопропашном севообороте со следующим чередованием культур: викоовсяная смесь на з/корм – озимая пшеница + пожнивной сидерат – картофель – ячмень.
Наши исследования на протяжении 3 лет проводились в агрофитоценозах озимой пшеницы. Схема опыта представлена в таблице 1.

В опыте изучались три фактора – технология возделывания озимой пшеницы (фактор А), приемы основной обработки почвы (фактор В) и подкормка в период вегетации (фактор С). Традиционная технология возделывания культур (А1) основана на использовании современной техники с соблюдением рекомендуемых параметров, сроков и нормативных показателей их выполнения. Технология точного земледелия (А2) основана на принципах использования спутниковой навигационной системы GPS, с помощью которой корректируется. Изучаемые приемы обработки различаются между собой по интенсивности и характеру воздействия на почву: отвальная (В1), «нулевая» (В3). Варианты с подкормками включали одну весеннюю N₇₀ (С1), проводимую в фазу кущения озимой пшеницы и двукратную: весеннюю N₇₀+летнюю N₇₀ в фазу колошения (С2).
Здесь мы представляем данные наблюдений и учетов, проведенных в полевом опыте в течение трех лет экспериментальных исследований.
Ширина стыковых междурядий
Как один из важнейших составных элементов интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, изучался способ посева озимой пшеницы, осуществляемый посевными агрегатами в одном случае с помощью маркера при традиционном возделывании культуры и с помощью автопилота (системы GPS) в случае реализации технологии точного земледелия. Осуществлялся замер смежных междурядий при встречных проходах посевного агрегата. Поскольку за счет правильного расположения рядков оценивается качество конструкции посева, определяется наличие огрехов и перекрытий, данный показатель имеет весьма большое агротехническое значение (таблица 2).

Установлено, что величина смежных междурядий посевов озимой пшеницы, замеряемая между встречными проходами посевных агрегатов, разнилась по годам. При посеве сеялкой Д-9-30 на отвальном фоне обработки почвы с использованием маркера получены отклонения в большую сторону от стандартного междурядья сеялки (12 см) величиной от 3,7 до 5,0 см. Тогда как при посеве с использованием навигационного автопилота, использующего систему Глобального позиционирования, эти отклонения составляли от + 1,5 до +2,3 см. Это вполне укладывается в агротехнические требования к данному агроприему с применением соответствующего оборудования (+ 2,5 см).
Посев озимой пшеницы по нулевой обработке сеялкой DMС-3 осуществлялся только с помощью автопилота, поскольку маркер в силу конструктивных недостатков использовать не удавалось. При этом отклонения величины смежных междурядий при посеве этой сеялкой составляли от -1,5 до +1,3 см, что так же укладывается в допустимый параметр возможных отклонений для GPS-системы (+ 2,5 см).
Дополнительным значимым аргументом в пользу более широкого использования автопилота при посеве сельскохозяйственных культур служит возможность проведения работ в течение длительного времени без серьезного утомляющего воздействия на механизатора или технолога, управляющего операцией, возможность осуществления посева в условиях ограниченной видимости (ночь, туман, пыль и т.д.). Качество посева при этом улучшается, утомляемость исполнителей снижается, повышается производительность труда, как правило, отсутствуют огрехи и перекрытия, исключается перерасход семян, тем самым все это положительно отражается на появлении всходов, росте и развитии растений, формировании урожая.
Твердость почвы
При оценке степени уплотнения почвы имеет важное значение твердость, которая определяет условия развития корневой системы растений, сопротивление почвы обработке. С увеличением твердости ухудшаются агрофизические свойства почвы, требуется больше затрат на ее обработку. Шкала для оценки результатов (КПа): 0-20 – оптимальная; 20-30 – удовлетворительная; 30-50 – очень твердая.
Твердость почвы на опытном поле ЦТЗ определялась условиями увлажнения в течение вегетации озимой пшеницы приемами обработки и дозами и сроками подкормки (рисунок 1).

Твердость почвы больше зависела от приема обработки почвы, нежели от технологии возделывания, поскольку отдельные элементы технологий в опыте не могли повлиять на величину показателя. Тем не менее, в 2012 и 2013 гг. более высокая твердость отмечалась на делянках точной технологии, в 2014 г. – традиционной, что, видимо, связано с особенностями почвенного покрова на разных полях, отводимых под культуру. Относительно обработок почвы следует подчеркнуть, что на нулевом фоне почва имела более высокую твердость, чем на отвальном практически по всем срокам определения, что объясняется более интенсивным воздействием на почву рабочих органов при работе оборотного плуга. В среднем за вегетацию 2012 г. на традиционной технологии превышение по нулевой обработке относительно отвальной составило 3,9 КПа, на точной – 3,2 КПа. 
В 2013 и 2014 г. эта разница по технологиям соответственно составила 3,5; 2,3 и 4,0, 2,5 КПа. Таким образом, твердость почвы зависела не только от изучаемых в опыте факторов, но и уровня увлажнения в период вегетации: в засушливом 2012 году она колебалась от 10-15 в начале вегетации до 50-52 КПа в конце, а в увлажненном 2013 – от 5-10 до 25-27 КПа соответственно.
Влагообеспеченность посевов зерновых культур
Запасы продуктивной влаги (мм) в 0-30 см слое почвы оцениваются по следующей шкале: более 40 – хорошие, 40-20 – удовлетворительные, менее 20 – неудовлетворительные.
Исследования в опыте ЦТЗ показали, что запасы продуктивной влаги (мм) в слое 0-30 см определялись технологиями возделывания озимой пшеницы, системами обработки почвы и дозами азотной подкормки (рисунок 2).

Максимальное содержание продуктивной влаги в посевах озимой пшеницы отмечалось весной на вариантах отвальной обработки с проведением первой и последующей подкормки N₇₀. При этом нулевая обработка уступала отвальной на 7-10 мм, имея такую же закономерность при сравнении удобренных одной и двумя подкормками вариантов. Практически такая же закономерность сохранялась и в середине вегетации. К уборке разница в запасах влаги между обработками сократилась в силу повышенного испарения влаги на вспашке и увеличения капиллярного подъема за счет уплотнения почвы по нулевой обработке. Наблюдалось незначительное преимущество прямого посева, которое составляло 3-5 мм. При послойном сравнении содержания продуктивной влаги отмечалось ее увеличение в верхней части почвы на прямом посеве, а отвальная обработка способствовала равномерному ее распределению по всему профилю.
Накопление растительных остатков зерновыми культурами
Расположение корней в почве связано с биологическими особенностями культуры, способностью корней данного растения использовать плодородие почвы и условиями агротехники. Наши исследования показали, что масса корневой системы в большей степени зависела от доз и сроков внесения азотных подкормок, чем от приемов обработки. Так, на фоне двойной подкормки она увеличилась на 1,8 т/га на делянках со вспашкой и на 2,3 т/га в вариантах прямого посева при их накоплении при одинарной дозе 4,4 и 4,6 т/га соответственно (рисунок 3). Максимальное их количество отмечалось по точной и традиционной технологии при нулевой обработке почвы и применении двух подкормок. Причем по вспашке масса корней распределялась по профилю почвы более равномерно, а при прямом посеве гетерогенно с большей массой в слое 0-10 см.

Биологическая активность и токсичность почвы
Механическая обработка почвы, изменяя локализацию микроорганизмов и энергетического материала в пахотном слое, ее водно-воздушные и тепловые характеристики, влияет на напряженность микробиологических процессов, в т. ч. и на биологическую активность и токсичность, определяющих уровень эффективного плодородия (рисунок 4).

Наши исследования показали, что степень разложения льняного полотна при экспозиции 50 дней зависела от плотности сложения почвы, которая определялась интенсивностью обработки, мощностью развития и глубиной проникновения корневой системы, уровня обеспечения элементами питания и режимом увлажнения почвы. Так, максимальная величина биологической активности почвы соответствовала отвальной обработке с применением двух вегетационных подкормок. В среднем на 2-6% уступал удобренный вариант прямого посева. Разница между двух- и однократно удобренными делянками составляла от 3 до 5%.
Соответственно активности, только в противоположенном порядке изменялась величина биологической токсичности почвы.

Минимальное ее значение было отмечено по вариантам с двумя подкормками на вспашке по точному и традиционному земледелию. Максимум отмечался на вариантах с одной подкормкой по нулевой обработке. Различия между обработками составляли в среднем 3-5%, между вариантами с удобрениями – 10-15%. Следовательно, удобрения больше влияли на изменение микробиологического режима почвы, чем обработки, а также технологии возделывания озимой пшеницы. Нулевая обработка по биологической активности уступала порядка в среднем 1,5-3% распада полотна, по биологической токсичности отмечалось превышение на 5-7%, т.е. вариант со вспашкой был менее токсичным.
Урожайность и качество зерна озимой и яровой пшеницы
Изучаемые в опыте ЦТЗ факторы (точная и традиционная технологии, отвальная и нулевая обработки, азотные подкормки) оказывали существенное влияние на рост, развитие и урожайность озимой пшеницы (таблица 3).

В среднем за годы исследований, максимальная урожайность 
(5,24 т/га) зафиксирована по точной технологии на вариантах нулевой обработки почвы с внесением подкормок аммиачной селитры в период вегетации. В первые два благоприятные по увлажнению в осенний период годы достоверное преимущество оставалось за вспашкой, а в избыточно увлажненном – за прямым посевом. На однократно удобренных делянках нулевой обработки почвы, в среднем за 3 года, была сформирована более высокая урожайность, чем при применении подкормок на варианте отвальной обработки. Различие составило 0,08 т/га по точной технологии и 0,18 т/га – по традиционной.
Экономическая эффективность технологий
При сравнении двух технологий и стольких же обработок почвы отмечено несколько большие экономические показатели прибыли и уровня рентабельности по точной технологии, по величине себестоимости зерна обнаруживается обратная картина в силу снижения затрат (таблица 4).

Сравнительная оценка систем обработки почвы разной интенсивности показала, что использование прямого посева уменьшает общие затраты, что снижает себестоимость продукции на 250 руб./га и увеличивает чистый доход на 4950 руб./га при точной и на 5020 – традиционной технологии. Эффективность применения одинарной и двойной дозы азотной подкормки была более высокой при использовании элементов технологий точного земледелия, которая проявилась в повышении урожайности на 0,15 т/га, снижении себестоимости на 159 руб./га, увеличении прибыли на 1075 руб. и уровня рентабельности около 10%. Нулевая обработка опережала отвальную при точном земледелии в росте урожайности озимой пшеницы на 0,53 т/га, увеличении прибыли на 5100 руб., превышении уровня рентабельности на 52,3%, снижении себестоимости на 736 руб.
Из сказанного можно предложить производству региона: при возделывании озимой пшеницы по занятым парам рекомендуется применять основные элементы интенсивной технологии точного земледелия, включающие: прямой посев по автопилоту, дифференцированное внесение удобрений с учетом пестроты почвенного плодородия и состояния растений при проведении подкормки, что повышает урожайность на 0,5-0,8 т/га, снижает производственные затраты на 20-25% при сохранении экологической безопасности агроландшафта.
А.И. Беленков, д. с.-х. наук, профессор, Сабо Умар, аспирант
Российский государственный аграрный университет – МСХА 
имени К.А. Тимирязева   f