Почвообработка в системе точного земледелия

В настоящее время одним из быстроразвивающихся направлений повышения эффективности сельскохозяйственного производства является точное земледелие. Об этом свидетельствует экспоненциальный рост публикаций в научных и популярных журналах, газетах и Интернете, посвященных различным аспектам данной технологии.

Это обусловлено в первую очередь тем, что применение элементов точного земледелия при выполнении технологических операций при возделывании сельскохозяйственных культур способствует повышению эффективности сельскохозяйственного производства. Это происходит за счет снижения затрат удобрений и посевного материала, повышения урожайности и качества возделываемых культур, уменьшения загрязнения окружающей среды, снижения энергозатрат и повышения качества выполнения технологических операций, улучшения ведения учета, совершенствования системы принятия управленческих решений, снижения рисков, обусловленных природно-климатическими, политическими и социально-экономическими факторами. 

Наиболее широко применяются на практике технологии дифференцированного внесения удобрений, мелиорантов и других средств химизации. Все чаще появляются печатные работы по дифференцированному посеву и почвобработке [1, 2]. Анализ выполненных исследований свидетельствует о том, что максимальная эффективность от реализации новой технологии может быть достигнута при выполнении всех основных технологических операций в системе точного земледелия: обработки почвы, посева, применения удобрений и других средств химизации, ухода за растениями и уборки урожая. 
Одним из направлений снижения энергозатрат при почвообработке и повышения качества технологического процесса является дифференцированная обработка почвы. Это обусловлено тем, что за время возделывания и уборки сельскохозяйственных культур суммарная площадь воздействия на почву ходовых систем машин составляет до 120% площади поля. Наибольшему уплотнению подвергаются поворотные полосы, которые занимают 10...20% площади поля. Они подвергаются уплотнению ходовых систем машин от 6 до 20 раз. Каждый проход агрегата по полю снижает урожай не менее чем на 1 ц/га [3].
С увеличением числа проходов возрастает твердость и лишь после 10 проходов отмечается тенденция к затуханию деформации. По данным [4]  уплотнение под колесами Т-150К ощущается до глубины 50-60 см. Следовательно, при использовании энергонасыщенных тракторов создаются условия для аккумуляции упрочнения почвы в подпахотном слое, что крайне нежелательно, ибо  процессы разупрочнения в этих слоях замедленны.

Исследования [5] по определению коэффициента уплотнения почвы после прохода тракторов показали, что при использовании энергетических средств всех изученных марок его величина превышает единицу. Наибольшее техногенное воздействие на почву оказывают трактора марки МТЗ-82 класса 1,4, поэтому их лучше всего применять при плотности почвы 0,90…0,97 г/см3. Использование энергетических средств марок Т-150К, Buhler Versatile 2425, К-701 и К-744 эффективно при следующих предельных значениях плотности почвы: соответственно 0,90…1,15, 0,90…1,11, 0,90…1,02 и 0,90…1,03 г/см3. Чрезмерное уплотнение почвы является одной из причин, снижающих урожайность сельскохозяйственных культур. Оно препятствует проникновению корней в более глубокие слои, более обеспеченные влагой и элементами питания.
Уплотнение почвы ходовыми системами тракторов снижает скорость фильтрации воды более чем в 3…7 раз, ухудшает газообмен, снижает интенсивность протекания биологических процессов в почве (Рисунок 1). 
 

При уплотнении свыше 1,17…1,20 г/см3 численность основных физиологических групп микроорганизмов снижается более чем в 2 раза.
Уплотнение почвы уменьшает процессы аммонификации и нитрификации и поступление азота в растение, снижает полевую всхожесть семян, затрудняет рост корневой системы, ухудшает потребление влаги и питательных веществ.
Отрицательное влияние на урожай культур чрезмерного уплотнения почвы зависит от погодных условий в период вегетации растений. В засушливые годы от однократных проходов урожайность может снизиться на 25…30 %, от многократных на 50…60 %. Во влажные годы отрицательное действие уплотнения незначительно и достигает 5…10 %.
Исследованиями, проведенными в БелНИИ земледелия, установлено, что изменение в агрофизичес-ких свойствах почвы в результате ее уплотнения трактором МТЗ-80 снизило урожай зерна ячменя и озимой ржи на суглинистой почве на 5,3 ц/га (14,8%), трактором Т-74 – на 2,6 ц/га (7,4%). На супесчаных почвах (трактор К-701) урожай ячменя снизился на 4,4 ц/га (13,8%), озимой ржи – на 3,4 ц/га (14,7%). Особенно большое снижение урожайности наблюдается на поворотных полосах. По данным ЦНИИМЭСХ, сбор зерна ячменя на поворотных полосах ниже, чем на основном массиве, на 32,1…75,9%, озимой ржи – на 52,9…67,3% [4].

Интересные результаты получены Е. Bolenius et.al.[6]. Если ранее в Швеции пестроту урожая чаще всего рассматривали как следствие перераспределения питательных элементов в почве, то в этой работе чрезвычайно широкий разброс урожайных данных на поле (от 4,0 до 11,5 т зерна/га) объяснили вариабельностью твердости почвы. Была установлена достаточно ясная закономерность: урожай был выше там, где меньше твердость. Одновременно были установлены различия в динамике развития корневых систем в течение вегетации ячменя.
Дифференцированная почвообработка, при которой изменение физических свойств почвы осуществляется только там, где это нужно для роста и развития растений, может способствовать сокращению затрат труда, горючего. 
Исследования, выполненные [7], были направлены на сравнительную оценку затрат энергии и расхода горючего при дифференцированной вспашке и пахотой на одной глубине для всего поля. Было изучено влияние скорости движения пахотного агрегата, структуры почвы, влажности на величину тягового усилия и расхода горючего при дифференцированной пахоте и пахоте с постоянной глубиной.
При дифференцированной почвообработке было достигнуто сокращение затрат энергии на 50%, горючего на 30% по сравнению с пахотой на одну глубину. Было установлено, что влажность почвы не существенно влияет на величину тягового усилия и расход горючего.

Скорость движения агрегата в меньшей мере влияет на тяговое усилие и расход горючего, чем глубина обработки.
Электропроводность почвы сильно коррелирует со структурой почвы (R2 =0,916) и тяговым усилием. 
Основная обработка почвы с разноглубинным дифференцированным рыхлением подпахотного горизонта, ранневесенняя обработка с дифференцированным рыхлением поверхности поля, междурядная обработка посевов свеклы с дифференцированным качеством и глубиной рыхления почвы за счет более правильного выбора режимов работы, основываясь на карте распределения типа почвы по полю, влажности, уплотнения обеспечивает:
– повышение биологической активности и плодородия почвы;
– однородную комковатость почвы и сохранение влаги;
– выравненность фона почвы, снижение испарения влаги;
– повышение биологической активности почвы и урожайности с.-х. культур.

Для эффективной борьбы с уплотнением почвы посредством дифференцированного воздействия на неё необходимо иметь электронную картограмму распределения плотности (твердости) почвы в рамка поля. Для определения плотности почвы в настоящее время широко используются конические пенетрометры [8]. Данный инструмент позволяет относительно быстро измерять твердость почвы в зависимости от глубины. При работе с приемником сигналов ГЛОНАСС или GPS можно строить картограммы распределения твердости почвы, которые затем могут быть использованы для дифференцированной почвообработки. 
Карты урожайности могут также быть использованы для выявлений участков поля с повышенным уплотнением, т.к. в этих местах урожайность существенно снижается. Многими исследователями установлена тесная связь меду показаниями пенетрометра и урожайностью [Taylor et al. 1964; Douglas and McKeyes ,1983; Al-Adawi and Reed, 1996]. 
Принимая во внимание, что существует много факторов, снижающих урожайности, необходимы дополнительные исследования, подтверждающие, что имеет место уплотнение.

Литература
1.  Набок В. Дифференциальные уравнения для сеялки «Зерно»,  №09 2012 г.
2.  Bertocco M.,  Basso B., Sartori L., Martin E.C Evaluating energy efficiency of site-specific tillage in maize in NE Italy. Bioresource Technology 99 (2008) 6957–6965
3.  Симченков Г. В., Цыганов Ф. П., Коробач А. П. Новое в обработке почвы /… – Мн.: Ураджай, 1988. — 80 с.
4.  Медведев В.В. Твердость почв. Харьков. Изд. КГ1 «Городская типография», 2009, 152 с.
5.  Щитов С.В., Тихончук П.В., Спириданчук Н.В… Техногенное воздействие на почвуколесных тракторов. Достижения науки и техники АПК, №6-2012. – С.73-74.
6.  Bolenius E„ Rogstrand G., Arvidsson J., Strenberg В., ThylenL. On-the-go measurements of soil penetration resistance on a Swedish Eutric Cambisol // International Soil Tillage ResearchOrganization 17 th Triennal Conference. Kiel. Germany, 2006. P.867-870.
7.  Alimardani Reza, Abbaspour-Gilandeh Yousef, Khalilian Ahmad, Keyhani Alireza and d Hossein SadatiSeye. Energy Savings with Variable-Depth Tillage "A Precision Farming Practice". American-Eurasian J. Agric. & Environ. Sci., 2 (4): 442-447, 2007
8.  Труфляк Е.В.Сенсорика. Краснодар. КубГАУ 2016. 33 c.