Основными задачами обработки почвы являются:
Изменение строения пахотного слоя почвы и ее структурного состояния для создания благоприятных водно-воздушного и теплового режимов.
Усиление круговорота питательных веществ путем извлечения их из более глубоких горизонтов почвы и воздействия в необходимом направлении на микробиологические процессы.
Уничтожение сорных растений путем провоцирования их прорастания, уничтожения всходов, подрезания отпрысков и выворачивания корневищ на поверхность.
Заделка жнивья и удобрений.
Уничтожение вредителей и возбудителей болезней культурных растений, гнездящихся в растительных остатках или в верхних слоях ночвы.
Коренное улучшение подзолистых и солонцеватых почв глубокой обработкой.
Борьба с водной и ветровой эрозией.
Подготовка почв к посеву и уход за растениями: выравнивание и уплотнение поверхности почвы или, наоборот, создание гребнистой поверхности, окучивание растений и т.п.
Уничтожение многолетней растительности при обработке целинных и залежных земель, а также пласта сеяных многолетних трав[3].
Технологические процессы при обработке почвы. Основными операциями воздействия на почву являются: оборачивание, крошение и рыхление, перемешивание, уплотнение, выравнивание, подрезание сорняков, создание борозд и гребней, сохранение стерни на поверхности почвы. Эти технологические процессы выполняются различными приемами и орудиями основной глубокой и поверхностной обработки почвы.
Вспашка - прием обработки почвы, обеспечивающий оборачивание и рыхление обрабатываемого слоя почвы, а также подрезание подземной части растений, заделку удобрений и пожнивных остатков. Выполняется она тракторными плугами. Плуг состоит из лемеха, горизонтально подрезающего пласт снизу, отвала, крошащего, оборачивающего почву. К плугу придается дисковый нож, отрезающий пласт по вертикали. Важная часть плуга-предплужник, устанавливаемый перед основным корпусом. При вспашке он подрезает верхнюю часть пахотного слоя на глубину 8-12 см и сбрасывает его на дно плужной борозды. Захват предплужника составляет примерно 3/4 ширины захвата корпуса. Благодаря предплужнику получается более совершенная заделка пласта и более ровная поверхность пашни. Вспашку плугом с предплужником называют культурной.
Глубина вспашки отвальными плугами зависит от почвы и назначения поля, но обычно она составляет 20-22 см, а там, где позволяет мощность гумусового горизонта, - 22-24 см. Для увеличения глубины вспашки при мелком пахотном слое используют плуги с почвоуглубителем, рыхлящим подпахотный слой на 10 - 15 см, или плуги с вырезными отвалами. Углубление пахотного слоя отвальными плугами должно обязательно сопровождаться окультуриванием вынесенных наверх подпахотных слоев путем внесения органических и минеральных удобрений, извести.
В производстве наиболее распространены прицепной пятикорпусный плуг марки "Труженик-V", а также навесные и полунавесные плуги ПЛН-5-35 и ПЛП-6-35. Конструкция плугов рассчитана на отвал пласта слева направо. Также применяются оборотные плуги и балансирные, которыми можно пахать без загонов, отваливая пласт то влево, то вправо.
Наряду с отвальной вспашкой существуют и другие приемы основной обработки почвы. К ним в первую очередь следует отнести безотвальную глубокую обработку. Она не оборачивает пласт, а только приподнимает его, несколько рыхлит и подрезает по горизонтали (метод Т.С. Мальцева)
В районах распространения ветровой эрозии осенняя обработка почвы выполняется культиваторами-глубокорыхлителями, способными рыхлить почву на глубину до 30 см, или культиваторами-плоскорезами. При использовании плоскорезов сохраняется стерня на полях, предохраняющая поверхность пашни от выдувания и способствующая снегозадержанию.
Для выполнения специальных задач применяются:
двухслойная вспашка, обеспечивающая оборачивание пахотного слоя и подпахотного горизонта путем их взаимного перемещения;
трехслойная вспашка, обеспечивающая оборачивание и перемещение трех смежных горизонтов почвы;
плантажная вспашка с предплужниками и почвоуглубителями;
фрезерование;
обработка почвы тяжелой дисковой бороной[4].
Лущение - это прием обработки почвы, обеспечивающий рыхление, частичное оборачивание и перемешивание почвы, а также подрезание сорняков на глубину не более 10-12 см. Выполняют его отвальными или дисковыми многокорпусными лущильниками.
Культивация - это прием обработки почвы, обеспечивающий рыхление и перемешивание почвы, а также подрезание сорняков.
Широко применяется для поверхностной обработки почвы весной, а также в пару. Культивация осуществляется различными культиваторами. Рабочими органами у них служат плоские экстирпаторные (стрельчатые) лапы или более прочные грубберные или пружинные. Использование тех или иных лап зависит от состояния и назначения разделываемой почвы
Боронование - прием обработки почвы, обеспечивающий рыхление, перемешивание и выравнивание поверхности почвы, а также частичное уничтожение проростков и всходов сорняков. Осуществляется этот прием различными видами борон ("Зигзаг", сетчатыми, дисковыми и др.).
Прикатывание - прием обработки, обеспечивающий уплотнение и выравнивание поверхности поля, а также дробление глыбистой части почвы. Прикатывают почву тяжелыми, средними и легкими катками; применяют катки гладкие, ребристые, кольчатые в зависимости от задач и условий.
Для получения полного эффекта от проведения тех или иных приемов обработки почвы следует выполнять их в необходимые сроки и высококачественно. Прежде всего, имеет значение физическая спелость почвы. Это такое состояние почвы, когда она не мажется об орудия обработки и не распыляется, не образует глыб, а хорошо распадается на мелкие структурные комочки. Спелость почвы в первую очередь зависит от ее влажности. Обработку следует проводить при влажности обрабатываемого слоя 50--70% полной влагоемкости[5].
Все шире применяют различные агрегаты и комбинированные орудия, выполняющие несколько операций за один проход трактора, в целях уменьшения распыления почвы и повышения производительности.
Проблемный подход
Имеет проблемный характер и вопрос об отрицательном влиянии низкой рН на растения.
В основном отрицательное влияние происходит через элемент алюминий, который растворяется в кислой среде и проникает в растение, где и нарушает их жизнедеятельность.
В настоящее время отрицательное влияние алюминия, устраняется путём подщелачивания среды известью, доломитовой мукой - растворимость алюминия снижается, его меньше поступает в растение. Второй способ - селекционный. Создаются сорта, почти не реагирующие на кислотность почвы. Возможен и третий способ - использования физиологического антагониста алюминия, который поступает в растение и предотвращает отрицательное его влияние. Уже известно, что антагонистами алюминия являются кремний и молибден. Можно найти и другие элементы и способы.
Этот поиск актуален потому, что высокие дозы извести, вносимой для подщелачивания почвенной среды, связывают многие микроэлементы, и полноценность растительной продукции снижается. Известь также значительно снижает засухоустойчивость растений, к тому же известкование почв - очень дорогой агротехнический приём.
Актуальной остаётся проблема содержание белка в растительной продукции. Она обсуждается давно во всех странах. Но удовлетворительного решения пока не имеет. Самый главный недостаток научного решения - отсутствие системного, многомерного подхода. Прежде всего, на первое место надо поставить пищевую ценность продукции, а не процент белка. Проламиновая фракция белка малоценна, даже может быть вредной. Вторая сторона - полноценный белок связан с активностью корневой системы, но селекционные и агротехнические способы регенерации корневой системы практически не разработаны. Третья сторона - синтез белка и его полноценность сильно угнетаются алюминием, поэтому нужны активные способы ослабления вредного действия этого элемента, о чем уже сказано выше. В решении проблем белковости вполне возможно найти "ключевое звено", если рассматривать эту проблему целостно и биологически научно.
Как проблема земледелия может быть корневая система. В США в последние годы корневая система изучается фундаментально, построены мощные ризотроны, выделяются огромные финансы. Так как корневая система растений выполняет ключевую роль в продуктивности, выносливости, качестве продукции, в процессах развития, избирательности поглощения минеральных элементов, в растворении малодоступных соединений, в активации наследственного проявления признаков, в реакции на почвенные токи.
К сожалению, корневой системе растений, как проблеме земледелия в России, странах СНГ уделяется мало внимания. Особенно важно изучение функциональной стороны - процессы индукции, синтеза универсального индуктора генов - цитокинина, белоксинтезирующие процессы, связь корневой системы с формированием полноценного урожая, его величины, надёжности, переносимости повреждений.
Корни возникли на определённом эволюционном этапе как мощный и универсальный механизм приспособления, процветания вида и метаболического совершенства. Всё, что повышает активность корней, повышает величину, надёжность и качество урожая.
Любую проблему земледелия нельзя решить полноценно без учёта корневой системы, так как все параметры растений замкнуты на функциональную специфику корней.
Есть многообещающий резерв земледелия, но мало используемый и мало обоснованный - это повышение используемой части урожая, то есть увеличение используемой части без увеличении биомассы. Если в селекции этот показатель постоянно учитывается (коэффициент хозяйственный, процент крахмала, сахара, масла, волокна и т.д.), то агротехнических приёмов почти не разрабатывается. В частности, крайне актуально повышение клейковины в зерне пшеницы, однако надежных приёмов агротехники для этого практически нет. Отдельные исследования показывают плодотворность агротехнических приёмов по этой проблеме. Но до уровня технологических разработок эти исследования не доведены. Совершенно ненормальным надо считать положение, когда увеличение доз удобрений, особенно азота, повышает урожай биомассы, например, на 30%, а урожай зерна - только на 10 - 15%. В тоже время встречаются случаи, когда доля зерна возрастает в большей степени, чем урожай биомассы. Научная работа должна быть направлена на обоснование именно таких технологических приёмов в агротехнике, особенно при возделывании картофеля, сахарной свеклы и других пропашных культур.
Очень актуальна проблема взаимокомпенсации в самом широком смысле - как одно влияние или один фактор компенсировать другим. Можно ли недостаток влаги, тепла, опоздания со сроками сева и т.д. чем-то компенсировать? Наука в целом и сельскохозяйственная биология в частности накопила много материалов для положительного ответа на этот вопрос. Речь идёт не о том, что один фактор заменить другим, а недостаток одного фактора компенсировать увеличением другого фактора, более доступного и приемлемого. Например повышенное содержание СО2 резко снижает транспирацию растений, если увеличить выделение почвой СО2 за счёт её рыхления (в мелиорации рыхление почвы верхнего слоя называется "сухой полив"), то недостаток влаги для урожая будет уменьшен. При опоздании с посевом обычно урожай резко снижается. Известны два приёма, резко снижающие ущерб от позднего сева - увеличение норм высева и плотное ложе для семян (предпосевное и послепосевное прикатывание, но с разрыхленной поверхностью) [6].
Проблема взаимокомпенсации в земледелии всегда была и частично решалась, но она осталась самой минимально решенной. Нужны более основательные научные решения.
К числу актуальных и плодотворных проблем технологической стороны земледелия нужно назвать эволюционный подход. Обычно эволюционные критерии используются только в селекции. Однако содержанием эволюции является параметр приспособления. Отношения между организмом и средой могут быть успешными и не успешными, это зависит от приспособления. В среде есть много изменяющихся факторов (температура, освещённость, влажность, биотические факторы и т.д.), поэтому растение должно непрерывно приспосабливаться в онтогенезе. Потенциалом приспособляемости можно управлять. Для этого надо привлечь параметры эволюционной продвинутости растений, - к ним относятся такие признаки: активная и мощная корневая система, быстрое первоначальное развитие, синергизм, выносливость к недостатку кислорода, пониженный температурный оптимум метаболизма и т.д. Известны технологические приёмы усиления этих свойств в онтогенезе, некоторые уже используются чисто эмпирически. Но нужна научная обоснованность такого подхода, и он вполне возможен. Более того, без привлечения эволюционного подхода научное земледелие не полноценно.
Таким образом, если взыскательно относиться ко всем перечисленным нетрадиционным факторам среды, таким как восстановление плодородия после уборки полевых культур, повышение содержания СО2 в посеве, более полное использование вегетационного периода, в том числе и всех сезонов года: осень, зиму и раннюю весну, а так же ослабление отрицательных последствий стихийности погоды, приемы, усиливающие рост корней в глубину, эффект сортосмесей и т.д., можно заключить, что все они позволяют лучше использовать освещенность и эндогенные ритмы растений, уменьшить расход воды на транспирацию, что положительно скажется на повышение плодородия почвы, существенно повысит урожайность сельскохозяйственных культур и качество производимой продукции.
Любая страна, регион имеют писаные и неписаные концепции земледелия. Важно, чтобы она была плодотворной, обеспечивая потребности общества в объёме, качестве, цене, надёжности получения продукции. Концепция должна интегрально включать весь исторический опыт земледелия, все научные исследования, природу региона, его реальные и потенциальные возможности, имитирующие факторы, взаимокомпенсирующие культуры. Особенно актуально обоснование надёжности земледелия, преодоление стихийности и экстремальности погоды, разработка резервных способов агротехники, альтернативные типы растений (озимые - яровые, основные - промежуточные, луговые - полевые, кормовые - зерновые, белковые - углеводные и т.д.). Концепция земледелия должна в конкретной форме отразить практический и научный опыт изучения растений, технологии, возможности климата, экономики и даже психологии кадров[7].