Основной лимитирующий фактор повышения урожайности в условиях засушливой степи Северного Казахстана – это влага. За год в этом регионе выпадает в среднем 190…360 мм осадков, из них около 60% в вегетационный период. При этом каждые три года из десяти лет обычно повторяется засуха. Посев обычно выполняется во второй половине мая. А в июне происходит интенсивное развитие возделываемых растений. Однако в условиях региона май-июнь — наиболее засушливые месяцы вегетации. Они сопровождаются сильными сухими ветрами — суховеями, иссушающими почву.
Из-за недостатка влаги в почве в этот период при интенсивной солнечной радиации фермеры зачастую получают недружные и изреженные всходы. Недостаток влаги ускоряет развитие сельскохозяйственных культур с формированием низких стеблестоя и урожайности. При этом, среднемноголетняя урожайность по региону составляет 12 ц/га, при варьировании в сухие годы от 3…5 ц/га, до 17…20 ц/га во влажные годы. Поэтому агроприемы возделывания сельскохозяйственных культур обязательно должны включать мероприятия по накоплению и сохранению влаги в почве.
Мировой опыт свидетельствует о том, что вопросы накопления и сохранения влаги в почве наиболее полно решаются при переходе на нулевую технологию обработки почвы (No-till), широко распространенную в Латинской, Северной Америке и Австралии.
Трудности No-till в Северном Казахстане
Вместе с тем, анализ показывает, а первый опыт использования No-till в Северном Казахстане подтверждает, что простой перенос технологии без учета местных условий может не дать ожидаемой отдачи. А различия в условиях весьма существенны. Например, в условиях Бразилии, Аргентины No-till с мульчированием почвы растительными остатками применяют для уменьшения водной эрозии при избытке влаги, а в сухих условиях Северного Казахстана агротехнические приемы должны быть направлены на накопление и сохранение влаги при ее недостатке. В Бразилии, Аргентине, Австралии нет осадков в виде снега, а осадки в виде дождя выпадают примерно равномерно в период вегетации растений. Это обеспечивает их впитывание. В Северном Казахстане зимние осадки составляют до 40% от объема годовых и накапливаются они до 5 месяцев в году, а потерять их за счет стекания по балкам и оврагам можно в течение двух недель апреля. Вопрос стоит в том: как их накопить и обеспечить впитывание в почву? В Канаде, имеющей сходные условия с Северным Казахстаном, годовая сумма осадков на 50-70 мм больше и максимум их выпадает оптимальный для растений период — июнь, когда у растений происходит развитие вегетативных и закладка генеративных органов. У нас в этот период часто наблюдается почвенная или воздушная засуха.
Накопленный опыт применения No-till свидетельствует о том, что эта технология с успехом применяется на не заплывающих почвах при среднегодовой сумме осадков свыше 320-330 мм. К факторам, затрудняющим и ограничивающим применение No-till в Северном Казахстане относятся:
- Недостаточная масса пожнивных остатков [1]. В Северном Казахстане средняя урожайность зерна составляет около 12 ц/га, урожайность пожнивных остатков – в среднем 13-14 ц/га. Согласно данных службы исследований сельского хозяйства США, если урожайность пожнивных остатков менее 20 ц/га – это может представлять проблему для сохранения влаги в почве на длительный срок (более 20 дней) [2].
- Наличие илистых тяжелых суглинков, плохо дренированных и заплывающих почв [3]. В Северном Казахстане около 62% площади пашни занято глинистыми и суглинистыми, заплывающими почвами с большим количеством солонцовых пятен с плохим дренажом. Все это свидетельствует о необходимости изыскания способов улучшения накопления и сохранения почвенной влаги в условиях Северного Казахстана на тяжелых почвах с плохим дренажом.
В связи с изложенным рассмотрим вначале агроприемы накопления и сохранения влаги на тяжелых, заплывающих почвах.
Первый вопрос: «Как накопить зимнюю влагу?»
Наши исследования показывают и передовой опыт хозяйств «Трояна», «Жанахай» Федоровского района и «Магнат» Карасуского района подтверждает, что наиболее эффективным приемом накопления снежной влаги является формирование стерневых кулис. Запасы влаги при этом существенно выше, чем при оставлении высокой стерни в 3-3,5 раза, механическом снегозадержании и сплошном очёсе — в 1,5 раза [4,5]. Это важнейший агроприем, который не требует дополнительных затрат денежных средств – причем наиболее эффективным на склонах и лесостепной зоне является формирование стерневых кулис через 7-9 м, а в степной зоне через 9-14 м. Этот агроприем выполняется последовательными проходами очесывающей жатки через один-два прохода классической. Нами, совместно с ПАО «ПЕНЗМАШ», разработан сменный очесывающий адаптер к хедерам, обеспечивающий формирование стерневых кулис при существенном снижении капитальных затрат. Освоено производство очесывающих адаптеров в г. Пензе, установку которых на классические жатки будет производить опытный завод нашего института.
Накопление почвенной влаги – это не единственный плюс стерневых кулис. Их достоинство проявляется и в том, что в весенний период они существенно снижают скорость ветра над поверхностью почвы при знойных суховеях, тем самым предохраняя почву от иссушения.
Важнейший агроприём для сохранения влаги в почве – мульчирование почвы соломой. Для мульчирования применяются навесные серийные измельчители на комбайн, которые хорошо измельчают, однако при этом разбрасывают солому всего на 4-6 метров и снижают производительность комбайна до 20%. Поэтому очень важно после проведения уборочных работ равномерно распределить солому по полю цепной или пружинной бороной. Учеными нашего института разработаны горизонтальные навесные разбрасыватели с длиной резки 20-30 см к зерноуборочным комбайнам, которые требуют на измельчение всего около 5% мощности двигателя и разбрасывают солому на 9-10 метров. Это позволяет мульчировать почву на всей площади поля без применения цепных или пружинных борон.
Второй вопрос: «Как разуплотнить почву?»
В Северном Казахстане более 60% почв представлено средними и тяжелыми суглинками, оптимальная плотность которых для возделывания зерновых и пропашных культур не должна превышать 1,2-1,3 г/см3 [6].
Однако фактическая плотность почвы в посевах в условиях региона на 20…30% выше. Основными причинами столь высоких значений плотности являются: уплотнение почвы движителями тракторов; уплотнение рабочими органами плугов, культиваторов, рыхлителей слоя почвы ниже глубины обработки; самоуплотнение при высыхании тяжелых почв. Например, при проходе колесного трактора влажная почва под колесами сдавливается как губка, часть влаги выдавливается на поверхность и испаряется, вторая часть вдавливается в нижние слои почвы и становится недоступной растениям из-за образования в пахотном горизонте чрезвычайно плотных слоев (рисунок 1).
При этом на глубине 15-25 см образуется плужная подошва, которая препятствует проникновению корней и влаги в низлежащий влажный слой почвы. При высыхании уплотненных почв их твёрдость увеличивается от оптимальной в 3-4 раза. Доказано, что из-за переуплотнения почвы потери урожайности составляют по разным культурам от 20 до 50%.
Из-за высокой твердости почвы весной можно потерять влагу зимних осадков.
При этом, накопленная зимняя влага стекает по балкам или образует на полях лиманы. Возникает вопрос: «Как разуплотнить почву для лучшего впитывания весенней влаги?» Разуплотнить почву поможет осеннее щелевание или глубокое рыхление почвы. Глубокое рыхление и щелевание почвы осенью обеспечивают впитывание весной собранной за 5 месяцев талой воды в почву, исключая ее сток с полей по балкам и оврагам. Кроме того, глубокое рыхление решает задачу разуплотнения тяжелых суглинистых почв с высокой плотностью естественного сложения. Результаты производственных опытов, заложенных нами, показали, что формирование стерневых кулис и основная обработка полей являются эффективными мероприятиями по накоплению и сохранению почвенной влаги (таблица 2). [7]
Как видно из таблицы щелевание по стерневым кулисам позволяет накопить и сохранить к периоду посева в 2,2 раза больше влаги, чем по фону стерни без обработки. Это позволяет растениям благоприятно развиваться в засушливый июнь и обеспечить закладку более высокого урожая по году (таблица 3).
Как видно из таблицы, щелевание по стерневым кулисам обеспечивает прибавку урожая до 45% по сравнению с фоном стерня без обработки.
Многие фермеры задают вопрос: «Надо ли выполнять закрытие влаги?» Ответ на этот вопрос дают проведенные в различных условиях исследования (таблицы 4, 5).
Приведенные в таблицах 4 и 5 данные убедительно доказывают, необходимость этого агроприема при недостатке мульчирующих пожнивных остатков. Для закрытия влаги в хозяйствах применяются зубовые, игольчатые, тяжелые пружинные и цепные бороны. Следует иметь в виду, что зубовые вычесывают стерню, игольчатые имеют большую энергоемкость и низкую производительность, пружинные бороны неравномерно распределяют солому на поле и забиваются при большой массе пожнивных остатков. Поэтому для условий хозяйств Северного Казахстана наиболее подходят тяжелые цепные бороны.
Очень важный вопрос: «Какие рабочие органы сеялок применять на посеве на тяжелых почвах?» Многие хозяйства применяют ленточный и разбросной способы сева стрельчатыми лапами. При этом необходимо учитывать, что лапа взрыхляет 100% площади поля, а катки практически всех сеялок и посевных комплексов 
прикатывают только 50…60% площади поля. Учитывая, что взрыхленная поверхность быстро иссушается, поэтому для предохранения взрыхленного стрельчатой лапой слоя почвы от иссушения и создания плотного контакта семян с влажной почвой, посевы необходимо незамедлительно прикатать кольчатыми катками. Только в этом случае можно создать условия для дружных всходов.
Однако наилучшим способом посева, с позиций сохранения влаги, является посев анкером или диском, с адресным прикатыванием. При этом более предпочтительным является анкер, т.к. он устойчиво выдерживает глубину хода даже на глинистых тяжелых почвах. Для уменьшения разброса почвы перед анкером ставится дисковый нож. При этом при посеве анкером взрыхляется и иссушается не более 15-20% площади поля, в то время, как при работе стрельчатой лапы – весь поверхностный слой на глубину посева. Наши исследования и производственный опыт хозяйств показывают, что во влажный год урожайность при посеве стрельчатой лапой и анкером находятся примерно на одном уровне при сопоставимой ширине междурядья. Однако в сухой год посев анкером дает урожайность примерно в два раза больше, чем разбросной и рядовой посев стрельчатой лапой. Таким образом, при посеве анкером наблюдается гораздо меньше разброс урожайности по годам, чем при посеве стрельчатой лапой (рисунок 2).
Используя изложенные в статье приемы накопления и сохранения влаги, можно обеспечить меньшую зависимость урожая от складывающихся природно-климатических условий.
Описанные агроприемы с успехом применяются на полях ТОО «Трояна», ТОО «Жанахай», КХ «Магнат», и других хозяйствах Костанайской области. Накопленный опыт позволяет рекомендовать указанные агроприемы для применения в острозасушливой степи с годовым уровнем осадков менее 300 мм.
Следует отметить, что упомянутые в статье сельскохозяйственные машины (щелеватели и рыхлители переуплотненных почв к тракторам мощностью от 300 до 600 л.с, цепные бороны, измельчители соломы, рабочие органы к сеялкам для разбросного и прямого посева) производятся экспериментальным заводом Костанайского филиала КазНИИМЭСХ по заявкам хозяйств.
О правильной технологии
Рассмотрим вопрос о том, какую технологию можно применять на почвах с хорошим дренажом. Такая нулевая технология основана на освоении «правильных» севооборотов с применением «коктейлей» покровных культур при существенной минимизации применения химических средств. Эта технология опробирована фермерами Северной Америки при годовом уровне осадков свыше 400 мм на легких почвах. В засушливых условиях Ростовской области и Ставропольского края при годовом уровне осадков более 330мм успешно применяют аналогичную по сути влагосберегающую технологию, основанную на использовании бинарных посевов. Эти технологии применяются на не заплывающих почвах и основываются на следующих принципах:
— исключении черного пара и повторных посевов злаков;
— исключении посевов стрельчатой лапой, применяется только анкер или диск;
— освоении севооборотов с чередованием широколистных культур и злаков, культур холодного и теплого периода, культур с мочковатой и стержневой корневой системой;
— включении в севооборот бобовых культур, обогащающих почву азотом;
— применении в севообороте бинарных посевов культур (или коктейлей покровных культур);
В эту технологию хорошо вписывается агроприем формирования стерневых кулис, который применяют в ряде хозяйств Костанайской области. При этом увеличивается влагообеспеченность почвы в начальный период вегетации растений, что стимулирует деятельность биоты.
Наиболее типичные культуры для составления севооборотов с бинарными посевами в условиях Костанайской области представлены в таблице 5.
По традиционной технологии большинство севооборотов построено на монокультуре. Единственным средством очистки полей от сорняков здесь служит пар. При монокультуре, т. е. повторных посевах злаков, неизбежно увеличение патогенной микрофлоры в почве, рост ее плотности, увеличение потерь углерода.
По новой технологии идет чередование широколистных культур и злаков, культур холодного и теплого периода, культур с мочковатой и стержневой корневой системой. Например, в севообороте рапс, пшеница, кукуруза, подсолнечник, ячмень контроль сорняков обеспечивается чередованием культур теплого и холодного периода и их соотношением. По данным Р. Андерсена при «правильном» севообороте и соотношении культур холодного и теплого периодов количество сорняков снижается на порядок без применения гербицидов по сравнению с обычным простым севооборотом. [10]
С помощью бинарных посевов можно повысить плодородие почвы и снизить себестоимость продукции. Бинарные посевы — это совместные посевы многолетних трав — эспарцета, донника жёлтого, озимой вики, люцерны с другими культурами. Такие посевы восстанавливают плодородие почв естественным для природы образом. Традиционная технология земледелия строится на монокультурах. А в природе не бывает отдельно растущих злаковых или широколистных — всё растёт в симбиозе. За счёт использования многолетних трав объём минеральных удобрений, необходимых для внесения, уменьшается на 25-30%. В массе корневых остатков бинарных посевов содержится большое количество азота, фосфора, калия. Многолетние травы с мощной корневой системой перекачивают в верхний слой почвы фосфорные и калийные соединения, которые содержатся в глубине почв, переводя их в доступные формы.
Благодаря мощной корневой системе многолетние травы разрыхляют почву, придают ей структурность, предотвращают эрозию. Поэтому влага атмосферных осадков проникает на большую глубину и хорошо сохраняется там. Предотвращается нагревание почвы, создаётся водно-воздушный режим, благоприятный для многих биохимических процессов.
Значение бинарных посевов заключается в следующем:
1.За счет большой листовой поверхности при использовании солнечной энергии они аккумулируют углерод в почве, идет накопление органики;
2.Наличие живых корней в почве активизирует биологические процессы, растет количество бактерий и грибов, обеспечивающих обмен питательными веществами с растениями;
3.Чем больше органического вещества, тем меньше потребность в минеральных удобрениях;
4.Уменьшается количество сорняков, их место занято бинарными культурами. Существенно снижается потребность в гербицидах;
5.Уменьшается количество обработок, проходов тяжелой техники по полю. Уменьшается уплотненная площадь поля. За счет чередования культур с мочковатой и стержневой корневой системой почва разуплотняется;
Больше сохраняется влаги в почве. Открытая почва больше испаряет влаги, чем используют бинарные культуры. Под бинарными культурами на почве в зной ниже температура;
Сочетание многолетних трав с техническими и зерновыми культурами повышает урожайность последних и снижает себестоимость возделывания.
Указанная технология проходит апробацию в ТОО «Трояна», ТОО «Жанахай» Костанайской области с годовой суммой осадков 340-360 мм.
Выводы
Для применения в условиях Северного региона Казахстана апробировано и проходит апробацию два вида технологий:
— влагосберегающая технология, включающая приемы накопления и сохранения влаги (формирование стерневых кулис, глубокое рыхление или щелевание для разуплотнения почвы, закрытие влаги преимущественно цепными боронами, посев анкером или диском). Такая технология рекомендуется для острозасушливых условий с годовым уровнем осадков предпочтительно менее 300мм на тяжелых заплывающих почвах;
— для не заплывающих почв с годовым уровнем осадков более 330 мм проходит апробацию нулевая технология, основанная на освоении «правильных» севооборотов и применении бинарных посевов. Эта технология предполагает отказ от черного пара, механических обработок и предусматривает посев анкером или диском. Она дает возможность существенно улучшить состояние микрофлоры почвы, повысить урожайность, рентабельность и снизить себестоимость продукции при сокращении затрат на гербициды и минеральные удобрения.
Список литературы
1 No-till – шаг к идеальному земледелию. Методология, идеология, практика, техника, экономика / Под редакцией В. Батурина. Киев: Изд. «Зерно». 2007. 128 с.
2 Блэк А.Л. Контроль за влагой в почве семенной // Управление использования пожнивных остатков с целью уменьшения эрозии и улучшения качества почвы. Великие Северные равнины / Отчет № 38 Службы исследований сельского хозяйства. – МСХ США. 1994. 84 с. С. 13-15.
3 Питерсон Г.А. Взаимодействие поверхностных растительных остатков с почвой и климатом // Управление использования пожнивных остатков с целью уменьшения эрозии и улучшения качества почвы. Великие Северные равнины / Отчет № 38 Службы исследований сельского хозяйства. МСХ США. 1994. 84 с. С. 9-12.
4 Астафьев В.Л., Иванченко П.Г., Малыгин С.Л, /Эффективный способ накопления влаги зимних осадков и технические средства для его осуществления//ж. АПК России, том 75, №1, Челябинск,2016, с 59-64.
5 V.Astafyev, P.Ivanchenko, V.Kirkilevskiy (2017). Effectiveness Assessment of Methods for Moisture Accumulation During Winter Precipitation in the Arid Steppe of Northern Kazakhstan. Journal of Engineering and Applied Sciences 12 (Special Issue):6821-6826, 2017
6 Забродский В.М. и др. Ходовые системы тракторов // М.: Агропромиздат, 1986. 272 с.
7 Астафьев В.Л., Дерепаскин А.И., Полищук Ю.В., Иванченко П.Г. /Оценка способов накопления и сохранения влаги на стерневых фонах.//Материалы международной научно-практической конференции, НПЦ зернового хозяйства им. А.И.Бараева, 2016, том №1, с 66…70.
8 Двуреченский В.И. Основные правила возделывания зерновых культур по нулевой технологии // ТОО «Северо-Западный НПЦ сельского хозяйства»: Рекомендации. Костанай: ТОО «Издательский дом».. 2008. 56 с.
9 Нугманов А.Б. и др. Проведение весенне-полевых работ в системе сберегающего и органического земледелия в 2017 году. // Заречное: Костанайский НИИСХ. 2017. 55 с.
10 Андерсон Р. Новый экологический подход по борьбе с сорняками// Андерсон Р. Сборник авторских статей, Днепропетровск, 2005, с 20…29.
Опубликовано в журнале «Агробизнес.Казахстан», апрель 2018