рослинництво

8.4.Точне землеробство

Урозвинених аграрно-індустріальних країнах дедалі більшого поширення набуває система точного землеробства (СТЗ), яка дає змогу не тільки отримувати дешевшу продукцію кращої якості, а й знижувати шкідливе агротехногенне навантаження, за рахунок зменшення витрат пестицидів, добрив тощо. Точне землеробство (Precision Farming (Agriculture)) – це система взаємоузгоджених заходів, що ґрунтуються на оптимізації використання технологічних матеріалів (насіння, добрив, засобів захисту, регуляторів росту рослин) та агрозаходів на конкретній ділянці поля, відповідно до вимог певної сільськогосподарської культури, стану ґрунту і збереження довкілля, враховуючи унікальні особливості кожної елементарної ділянки поля.

Принципи точного землеробства надають нового змісту застосу-

ванню інтенсивних технологій, без погіршення якості довкілля, за рахунок реалізації адаптивного потенціалу виду, сорту, агробіоценозу, тобто їх біологічної здатності пристосовуватись до умов навколишнього середовища. Щоб реалізувати адаптивний потенціал рослин, треба повністю використати їхні біологічні можливості не тільки для підвищення потенційної продуктивності за сприятливих умов середовища, а й для збільшення екологічної стійкості (протистояння суховіям, посухам, морозам, низьким температурам). За таких умов зростатиме потенційна продуктивність сорту, агробіоценозу, що розглядається як вирішальний чинник збільшення врожайності.

Поступовий перехід до практичного впровадження точного землеробства є виявом загальної тенденції зростання ролі інформаційних технологій в усіх сферах життєдіяльності людини, а у виробництві дає змогу істотно піднести його технічний та організаційно-управлінський рівень, за рахунок високої оперативності та багатопараметричності рішень, які приймаються.

Одним із головних шляхів вирішення завдань землеробства є просторово-часова оптимізація умов для рослин. Точне землеробство у сучасному розумінні переважно орієнтоване на просторову оптимізацію. Для цього потрібно, по-перше, забезпечити рівномірне розміщення рослин у полі, що за рядкової сівби означає – на однаковій відстані. Цим створюють однакові площу й об’єм живлення для рослин. Подруге, добрива, пестициди треба вносити так, щоб забезпечити рівноцінні умови для рослин. Однак, високі точність і рівномірність застосування технологічних матеріалів, внаслідок використання досконалішої

361

техніки, не гарантують створення однакових умов для рослин, оскільки на різних ділянках поля вони можуть опинитися в нерівнозначних умовах, у зв’язку з варіабельністю ґрунтового покриву і властивостей ґрунту, забур’яненості поля і заселеності його шкідниками тощо. Це, в свою чергу, може призвести до розриву в темпах росту і розвитку рослин, формування різного за якістю врожаю, неодночасності його достигання. Отже, завдання полягає у здійсненні технологічних заходів, відповідно до потреб рослин та фітосанітарної ситуації стану посівів на кожній елементарній ділянці поля, для чого потрібні його детальні картограми з даними про запас елементів живлення, густоту бур’янів, стан рослин, біологічну урожайність тощо.

Точне землеробство передбачає: 1) детальне картографування поля за основними агротехнічними параметрами; 2) координатне при- в’язування машинно-тракторних агрегатів до поля; 3) точне виконання технологічних заходів відповідно до особливостей елементарних ділянок поля.

Основними складовими СТЗ є географічна інформаційна система (FIC, GIS), диференційована глобальна система позиціонування (ДГСП, DGPS) та технологія змінних норм внесення (3HB, VRT).

Географічна інформаційна система (Geographic Information System, GIS) – це система комп’ютерних апаратних засобів та програмного забезпечення, призначена для збирання та обробки даних щодо агротехнологічних параметрів елементарних ділянок поля.

Інформацію можна збирати відбиранням проб у полі (наприклад, для визначення агрохімічних показників) з наступною обробкою результатів аналізів і прив’язуванням їх до координат місць відбирання. Створено оптичні прилади з безконтактними датчиками, за допомогою яких в інфрачервоному випромінюванні з літаків або супутників фотографують поля. Інформація з характеристиками параметрів накопичується в базі даних (Data base), використовується для складання тематичних карт (Thematic map) урожайності, вмісту елементів живлення, норм внесення технологічних матеріалів тощо.

Диференційована глобальна система позиціонування (Differential Global Positioning System, DGPS) – радіонавігаційна супутникова система, спеціально скоригована для визначення місцезнаходження стаціонарних і мобільних об’єктів у трьох світових координатах (довгота, широта, висота) з точністю до десятків сантиметрів. Є поліпшеним варіантом глобальної системи позиціонування (GPS), точність якої вимірюється десятками метрів.

362

Широке застосування DGPS для визначення координат машиннотракторних агрегатів стримується високою вартістю технічних та інформаційних засобів, відсутністю розвиненої мережі станцій диференціального коригування, можливими похибками, спричиненими грозовими розрядами та магнітними бурями.

Технологія змінних норм внесення (Variable Rate Technology, VRT) – це внесення за допомогою спеціального обладнання змінних норм (доз) технологічних матеріалів, відповідно до особливостей кожної елементарної ділянки поля. Основою VRT є високоточна сільськогосподарська техніка, функціональні властивості якої визначаються широким використанням електронних пристроїв (комп’ютерів, мікропроцесорів, датчиків) (рис. 19).

Рис. 19. МТЗ-1221 із установленим Hydro-N-Sensor на даху

і розкидачем AmazoneZA-M1500

Обприскувачі обладнані пристроями для електронного регулювання подачі робочого розчину пестицидів, сівалки – для регулювання норми висіву та глибини загортання насіння, машини для внесення добрив – регулювання доз внесення добрив, ґрунтообробні знаряддя – для регулювання глибини обробітку ґрунту. Керування робочим процесом і контроль за його виконанням здійснюють із трактора, обладнаного багатоканальним мікропроцесором або комп’ютером, а на сільськогосподарських машинах встановлюють уніфіковані датчики. На пульт керування надходить інформація щодо швидкості руху агрегату, обсягу виконаної роботи, витрат пального і запасів технологічних матеріалів тощо (рис. 20).

363

Рис. 20. Кабіна МТЗ 1221 із установленими бортовими системами

При неможливості впровадження системи точного землеробства за класичною схемою, вдаються до альтернативних підходів. Так, для визначення координат MTA використовують радіосистеми, які складаються з базової радіостанції, що знаходиться в приміщенні, та при- ймально-передавальних приладів, встановлених на польових агрегатах.

Українські вчені розробили нову концепцію та методологію впровадження системи точного землеробства, на основі визначення місцезнаходження в полі і в локальній криволінійній системі координат. За допомогою цифрових відеокамер, якими оснащені агрегати, здійснюють зйомку полів, дані якої використовують для складання агротехнологічної карти завдань у координатах, що означають номер проходу агрегату та відстань його від краю поля. Карту можна вносити у пам’ять бортового комп’ютера.

В Україні у 2000 р. прийнято ”Програму створення та впровадження технічних засобів для технологій точного землеробства”, реалізація якої дала перші результати, створено мобільні машини для механічного відбирання проб ґрунту, електронно-механічні пристрої для зміни доз внесення добрив, машину для диференціального обробітку ґрунту, радіосистему для визначення координат агрегатів, з використанням базової радіостанції, та ін.

364

8.5.Ґрунтозахисна технологія вирощування польових культур

вумовах схилових земель України

Широкомасштабна деградація наших ґрунтів, за висновками вітчизняних фахівців, є основним наслідком екологічної недосконалості нинішніх технологій вирощування сільськогосподарських культур, існуючої структури земельних угідь і потребує з екологічної точки зору перегляду стратегії і тактики як ґрунтознавчої, так і землеробської наук. Деякі ґрунти в Україні перебувають на межі незворотних змін, що відбивається на складі ґрунтової біоти. Відновлення деградованих земель є складним, а в деяких випадках неможливим, оскільки втрата їх природної родючості тісно пов’язана з порушенням ряду процесів і явищ, у які включені рослини, ґрунт та організми, які його населяють. Ґрунтозахисні технології вирощування культур забезпечують охорону ґрунтів від факторів деградації і дають можливість мати вищу врожайність культур при низькій собівартості вирощеної продукції.

Традиційні технології вирощування культур в умовах схилого землеробства базуються на застосуванні для обробітку ґрунту полицевих знарядь із заорюванням після пожнивних і рослинних решток, які сприяють утворенню переущільненого підорного горизонту. Така система обробітку призводить до погіршення протиерозійної стійкості поверхні ґрунту, значно знижує його поглинаючу здатність, створюючи умови для активного розвитку водоерозійних та дефляційних процесів.

Ґрунтозахисні технології вирощування культур базуються на мінімальному обробітку ґрунту на глибину 4-5 см (параметри плоскоріза для суцільного мілкого обробітку на глибину 5-16 см та глибокого 3045 см) під всі культури сівозміни (у тому числі під цукрові буряки, кукурудзу, соняшник та ін.), біологізації землеробства, використанням нетоварної частини врожаю як органічних добрив, мульчуванні поверхні ґрунту післяжнивними рештками і широкому застосуванні сидератів. Застосування мінімального обробітку ґрунту сповільнює мінералізацію та втрати гумусу.

Впровадження їх у виробництво дає змогу економити пальне (в 2-4 рази), мінеральні добрива (у два рази), пестициди (в 5-8 разів), робочий час (у три рази), витрати металу на 1 м захвату ґрунтообробних машин (у два рази) і мати вологозберігаючий ефект до 50 мм продуктивної вологи порівняно з технологіями, які базуються на оранці. Крім того, технологія протиерозійного обробітку ґрунту сповільнює ерозійні процеси до допустимих меж.

365

Ґрунтозахисна технологія вирощування забезпечує підвищення врожайності, наприклад озимої пшениці на 3-5 ц/га, зниження енергозатрат на 25-30%, при цьому втрати ґрунту зменшуються з 15-20 до 3-5 т/га, в цілому поліпшується екологічна ситуація в агроландшафтах.

При застосуванні інтенсивних технологій вносились великі дози міндобрив та хімічних меліорантів, унаслідок чого знищувалась ґрунтова мікрофлора. У результаті цього ґрунт відмирав, змінювалася його структура, зменшувалась родючість. За даними вітчизняних науковців та фахівців, мінімальні середньорічні втрати гумусу по Україні станов-

лять 0,6-0,7 т/га.

Відновити структуру і родючість ґрунту, внесенням на великій площі гною, справа трудомістка і дуже дорога. Крім того, разом із гноєм на поля повертаються насіння бур’янів, збудники хвороб, що останнім часом завдали нашому сільському господарству колосальних збитків. Доцільніше і дешевше використовувати для відновлення родючості ґрунтів елементи альтернативного землеробства – біогумусні органічні добрива, які отримують промисловою переробкою компостів за допомогою технологічних каліфорнійських черв’яків, які у 5-7 разів швидше, ніж звичайні дощові черв’яки, переробляють рослинні компости та коров’ячий гній на біогумус.

Застосування біогумусу дає змогу підвищити родючість ґрунту, врожайність культур, при зменшенні затрат на придбання дорогих міндобрив і шкідливих для ґрунту пестицидів. При цьому з полів, удобрених біогумусом, отримують якісні, екологічно чисті рослинницькі продукти, які в розвинутих країнах нині дуже ціняться. Так, в Англії, Голландії, Німеччині на полях, удобрених біогумусом, урожайність зернових сягає 56-70 ц/га, картоплі – 500-800 ц/га.

На кінець 1992 року в США понад 500 тисяч фермерських господарств перейшли на систему біологічного землеробства, що дало змогу забезпечити підвищення якості та врожайності зернових культур до 60 ц/га, а кукурудзи на зерно – понад 100 ц/га.

Саудівська Аравія практично не має земель, придатних для землеробства, але вона, використовуючи біогумус, не лише задовольняє свої потреби в зернових та овочевих культурах, але й значну їх частину експортує.

Обґрунтування ґрунтозахисних технологій. Теоретично обґрун-

тований ”шоковий” стан ґрунту при обертанні скиби, коли аеробна біота ґрунту з глибини 0-15 см заорюється плугом в анаеробні умови на глибину 16-30 см і гине без кисню, а анаеробна біота з глибини 16– 30 см вивертається плугом на поверхню і також гине, але вже від кисню.

366

”Шоковий” стан зникає тільки на 4-5-й рік систематичного застосування ґрунтозахисних технологій, і тоді віддача від них ефективним урожаєм різко зростає (М.К. Шикула, Г.В. Назаренко, 1990; М.К. Ши-

кула, 1998; М.К. Шикула, 2000).

Протягом тривалого часу в аграрному виробництві приживались

технології вирощування сільськогосподарських культур, базовані на перевертанні пласта ґрунту, широкому застосуванні міндобрив, хімічних засобів захисту рослин, багаторазових операціях під час підготовки площ до сівби тощо. Це призводить до ерозії та деградації ґрунтів, погіршення якості сільськогосподарської продукції, забруднення її шкідливими для здоров’я людини речовинами. Якщо додати до цього навантаження на природу й на людей всілякі викиди промислових підприємств та наслідки аварії на ЧАЕС, то й зовсім стає кепсько. Тож не випадково, останніми роками особливої актуальності набуває так зване органічне (альтернативне) землеробство, яке інтенсивно поширюється, зокрема, за кордоном. Люди хочуть мати на столі достойні продукти, хоч і ціняться вони дорожче.

Систематична оранка протягом століть призвела до втрати здатності ґрунтів до саморегуляції, тому що із шести асоціативних груп мікробів, які є в цілинних ґрунтах і які відповідають за ґрунтові властивості та режими, внаслідок панування оранки залишилося тільки три асоціації. Це й зумовлює ”шоковий” стан ґрунту. Перехід на систематичний обробіток без обертання скиби відновлює на 4-5-й рік дві групи, а третя із зниклих відтворюється тільки на 8-9-й рік. Із цього моменту в ґрунті відновлюється здатність до саморегуляції ґрунтової родючості й різко підвищується його продуктивність (на 30-40%).

Що являє собою органічне (природне) землеробство (Nо-till)? Це поверхневий обробіток ґрунту на глибину 4-5 см; мульчування після появи сходів міжрядь просапних культур пожнивними рештками рослин; відтворення родючості ґрунту за рахунок органічних добрив (напівперепрілий гній, нетоварна частина врожаю, сидератні посіви); відмова від синтетичних мінеральних добрив та засобів захисту рослин, а також гербіцидів; боротьба з бур’янами, шкідниками і хворобами агротехнічними методами і біологічними засобами. Застосовуються лише такі несинтетичні мінеральні добрива та меліоранти, як фосфорне борошно, каїніт, гіпс, доломіт.

Велика увага приділяється сівозмінам. Враховується різноманітність культур, захист рослин, кліматичні умови, кількість пожнивних решток, навантаження на техніку. В сівозміні має бути 25-40% бобових культур, 40-50% – зернових.

367

Основа органічного (природного) землеробства – система обробітку ґрунту. Він не ореться і не перекопується, бо при цьому знищуються корисні мікроорганізми, і ґрунт стає ”мертвим”.

Набуває поширення технологія, при якій здійснюється пряма сівба (Nо-till). Ця ґрунтозахисна система базується на безполицевому обробітку ґрунту. При nо-till пожнивні рештки не виносяться з поля, не спалюються, не приорюються, а рівномірно розкидаються по всьому масиву. Мульча, що утворилась унаслідок цього, захищає ґрунт від вітрової та водної ерозії, випаровування вологи, насичує його органічними речовинами, пригнічує бур’яни.

Уперше в Україні на нульову технологію в 2002 році перейшла корпорація АТЗТ ”Агро-Союз”, що в Дніпропетровській області.

Чим далі відходить у часі момент, коли оберталася скиба, тим вища ефективна родючість ґрунту, тобто тим вищий урожай. Таких дискретних рубежів існує три. Перший – після 4-5 років застосування ґрунтозахисних технологій (період після ”шокового” стану ґрунту). В цей час, як би ми не поліпшували культуру землеробства, прирости врожаю, порівняно з традиційною технологією, становлять 4,5-7 ц/га зернових одиниць.

Другий – після 4–5 років впровадження ґрунтозахисних технологій, коли ґрунт значною мірою відновить статус природного тіла, прирости врожаю при тих же витратах, що й раніше, будуть 12-20 ц/га, порівняно з вихідними даними або з традиційними технологіями.

Третій – через 8–9 років використання технологій, ґрунт майже повністю відновлює свій природний статус і його продуктивність менше залежить від стихійних сил природи (посухи, перезволоження та ін.), а середні прирости врожаю у цей період становлять 20-25 ц/га до вихідних. Після 15 років систематичного застосування ґрунтозахисних технологій, за природним статусом ґрунт наближається до цілинних аналогів, він меншою мірою залежить від стихійних факторів ризику і здатний подвоїти врожай порівняно з вихідним аналогом.

Можна також відзначити, що в ґрунтозахисних технологіях ми удобрюємо ґрунт, а не рослини (культури), а удобрений ґрунт спроможний забезпечити всі потреби рослини завдяки, поліпшенню ґрунтових режимів – поживного, водного, повітряного, теплового та фітосанітарного.

Останнім часом ми спостерігаємо спалювання соломи та стерні на полях. Керівники господарств вважають, коли палити свою стерню, післяжнивні рештки, то можна удобрити поля попелом, який є ефективним фосфорним і калійним добривом. Але ж азот та енергетика

368

ґрунтоутворення ”полетіли” в повітря, а ґрунти збіднюються. Тому випалювання стерні заборонений захід, що погіршує якість ґрунтів. На полях, де регулярно випалювали стерню та інші післяжнивні рештки протягом чотирьох років, на п’ятий рік не добирають близько 5 ц/га товарної продукції.

Відмова від обертання скиби і використання соломи як органічного добрива посилює процеси нітрифікації. Це призводить до меншого вимивання нітратів у глибину в зимовий період, сповільнення процесів денітрифікації й втрати мінерального азоту, а також зумовлює підвищення цукристості цукрових буряків, кавунів, динь, помідорів та іншої товарної продукції. У той же час заорювання соломи на глибину викликає анаеробний процес бродіння, з утворенням важких органічних кислот – пропіонової, масляної, оцтової, які токсичні для вищих рослин.

На агротехнічних фонах із мінімальним обробітком ґрунту інтенсивніше, ніж на оранці, відбувається фіксація атмосферного азоту азотобактером та іншими мікробами, які вільно живуть у ґрунті, що поліпшує режим азотного живлення рослин.

Ще один важливий аспект, який потрібно враховувати при внесенні нетоварної частини врожаю – досить широке співвідношення C:N. При залишенні стерні, на кожні 10 см її висоти перед обробітком вносять до 10 кг діючої речовини азоту на 1 га. Додаткове внесення азотних добрив не лише усуває депресивну дію в перший рік після заорювання стерні та соломи, але й підвищує загальну ефективність удобрення. В господарствах з розвинутим тваринництвом, замість азотних добрив із соломою, добре використовувати рідкий гній із розрахунку 6-8 т на 1 т соломи.

Спостерігається значне поліпшення агрофізичних властивостей ґрунтів під впливом ґрунтозахисних технологій: зростає структурність ґрунту, зменшується його щільність, утворюється вертикальна орієнтація пор аерації, що значною мірою поліпшує водопроникність і на порядок підвищує несучу спроможність ґрунтів. На поверхні не утворюється ґрунтова кірка, а карбонати ґрунту близько підходять до його поверхні. Посилюється протиерозійна стійкість ґрунтів, спроможність її протистояти водній і вітровій ерозії.

Наявність на поверхні ґрунту мульчі з післяжнивних решток забезпечує зростання температури ґрунту в холодний період року й зниження її у літню спеку. А це виводить тепловий режим ґрунту на оптимум і зменшує невиробничі втрати вологи через випаровування.

369

Також була відкрита наявність конденсаційної вологи в ґрунті у період посух, коли вона пароподібно переміщується в ґрунті по температурному градієнту і випадає внутрішньо ґрунтовою росою на твердому посівному ложі, розміщеному близько до поверхні ґрунту.

Систематичне застосування ґрунтозахисних технологій підвищує врожайність вирощуваних культур та поліпшує їхню якість: зростає вміст білка й клейковини в зерні озимої пшениці, і вона переходить у категорії цінних і сильних, збільшується кількість цукру в коренеплодах цукрових буряків, у помідорах та інших овочах, що також поліпшує їхні смакові властивості.

Солома є також джерелом вуглецю. При її розкладі в ґрунт надходить значна кількість вуглекислого газу (до 25% від загальної маси соломи). Зв’язуючись із водою, він утворює вуглекислоту, яка переводить деякі складові соломи в розчин, у тому числі необхідні рослинам поживні елементи. Одночасно солома поліпшує кореневе та повітряне живлення рослин.

Вносити солому необхідно з урахуванням азоткомпенсації та того, що післяжнивні рештки перешкоджають контакту гербіцидів із ґрунтом, частково (на 30-60%) перехоплюють їх й інактивують. Для боротьби з бур’янами раціональнішим є післясходове внесення гербіцидів. Нерівномірний розподіл соломи на поверхні ґрунту призводить до погіршення якості посівів, фітосанітарних умов тощо. При цьому слід адаптувати ґрунтозахисні технології, що базуються на мінімальному обробітку ґрунту, з використанням нетоварної частки врожаю, до конкретних ґрунтово-кліматичних умов.

Безпестицидні технології біологічного землеробства застосовуються з метою вирощування екологічно чистої продукції для дитячого, лікувального і профілактичного харчування. Існують сучасні технології інтегрованого захисту сільськогосподарських культур від комплексів шкідливих організмів, які обґрунтовані прогнозами їх розмноження, при складанні фітосанітарного моніторингу, враховуючи особливості збереження та охорони корисних видів організмів.

Елементи ризику. При впровадженні ґрунтозахисних технологій необхідно враховувати елементи ризику, які можуть виникнути при їх застосуванні та здійснювати заходи щодо їх профілактики. Це, зокрема: 1) відносна азотна недостатність, що спостерігається на низьких агрохімічних фонах у перші 2-3 роки після переходу на безплужний обробіток. Для її запобігання необхідно на фонах нижче N45 вносити додатково N15-20, краще – навесні; 2) небезпека підвищення забур’яненості

370