«Органический NO-TILL»:

30 марта 2019 г.
Статьи Агротехнологии «Органический NO-TILL»:
NO-TILL

Покровная культура и прямой посев


Некоторые фермеры в США и некоторых странах Западной Европы с начала 2000-х годов используют технологию «органического No-Till» для выращивания полевых и даже овощных культур. «Органический No-Till» объединяет основные принципы так называемого «органического» земледелия и No-Till технологии в единую систему.

«Органическое» земледелие принципиально игнорирует существование синтетических минеральных удобрений, пестицидов, регуляторов роста и ГМО культур.

Питание растений обеспечивается за счет органических удобрений, сидератов и растительных остатков. А защита – использованием стойких сортов, загущенного стеблестоя, севооборота, механической обработки почвы.

Зубовые или пружинные бороны, ротационные мотыги и культиваторы разрушают почвенные агрегаты. Почва, превращенная в пыль, уносится ветром. То есть усиливается дефляция (ветровая эрозия).

При выпадении обильных осадков многократно обработанная поверхность почвы и неизбежная в этом случае «плужная подошва» препятствуют инфильтрации влаги осадков. Усиленный сток влаги вымывает элементы питания и продолжает разрушение почвы – водная эрозия разрушает то, что не разрушила ветровая.

Александр Гончаров
«Органический No-Till» в абсолютно «органическом» варианте может выглядеть так. Каток с двигателем 1 л.с, и сеялка с тем же приводом. Трудоемко, но романтично…

Постановление ЕС об «органических» продуктах питания и «органическом» сельском хозяйстве декларирует, что органическое земледелие должно стремиться к «поддержанию и улучшению биологической активности и естественного плодородия почв». Кроме того, предполагается «борьба с уплотнением и эрозией почв». К сожалению, между декларацией благих намерений и их реальным воплощением разница очень велика. Примерно такая же, как между гладкой поверхностью листа офисной бумаги и эродированной поверхностью «смытого» поля.

В отличие от «органического» земледелия, No-Till технология исключает обработку почвы. В идеале почву «беспокоят» единственный раз за сезон — при посеве. Но в жизни случается всякое, и для ликвидации уплотнения почвы (по следам комбайна и другой «тяжеловесной» техники) поля обрабатывают глубокорыхлителем.

«Органический No-Till» защищает растения товарной культуры от сорных с помощью покровной культуры. Например, зимующего австрийского гороха

«No-Till» технология сохраняет, а со временем и улучшает структуру почвы. Защищенная вегетирующими растениями и растительными остатками почва восстанавливает свои физические свойства и накапливает органические вещества.

Улучшение структуры и пористости обеспечивает поглощение влаги осадков — необработанная почва «запасает» на 25-50% больше влаги, чем неоднократно взрыхленная и укатанная. При этом влага сохраняется лучше, а используется экономнее. Растительные остатки уменьшают нагрев поверхности почвы и «гасят» скорость ветра. Вегетирующие растения меньше страдают от жары и меньше «потеют», то есть испаряют влаги.

Стандартная технология No-Till опирается на комплексное использование современной «химии»: минеральных удобрений, пестицидов, регуляторов роста. А также современной генетики и селекции, включая ГМО сорта и гибриды с/х культур.

Объединение «органик» и No-Till в одну технологию суммирует ограничения: «табу» No-Till на обработку почвы усугубляется запретом на использование пестицидов и минеральных удобрений в «органическом» земледелии.

Но, если повезет, гибридная технология суммирует не только ограничения, но и преимущества исходных технологий. Простоту и эффективность No-Till, самодостаточность и «беспестицидность» organic. И, кроме того, обеспечивает существенную экономию денежных средств. Тех самых, которые НЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ для многократной механической обработки почвы, приобретения и внесения «химии».

Как совместить достоинства и обойти недостатки настолько идеологически отличающихся технологий в одной – гибридной?

Для этого можно воспользоваться юридическим принципом «что не запрещено, то разрешено». И найти элементы (технологические операции) в «органической» и No-Till технологиях, которые не запрещены ни там, ни там.

Органический NO-TILL
Бахчевые культуры используют все преимущества плотной мульчи в междурядьях

ЕДИНСТВО ИДЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОТИВОПОЛОЖНОСТЕЙ

■ Первый элемент – севооборот. Принцип ротации культур используют и сторонники «органических» (эко-, био- и прочих) систем земледелия, и приверженцы No-Till.

■ Второй элемент – покровные культуры, которые используют как живую и/или «мертвую» мульчу. А также как сидерат.

■ Третий элемент – гранулированные органические удобрения.

■ Четвертый элемент – прямой посев с/х культур (основных, промежуточных и покровных) в необработанную почву. В системе No-Till этот элемент является базисом технологии, а в «органическом» земледелии такая технология посева не запрещена.

Таким образом, существует четыре элемента, которые можно объединить в одну технологию. Из этих четырех решающее значение имеют два элемента:1) прямой посев в необработанную почву; 2) использование покровной культуры.

Технология предполагает прямой посев покровной культуры, а затем – прямой посев товарной с/х культуры в «убитую» (механическим способом) покровную культуру.

Густой стеблестой вегетирующей покровной культуры подавляет развитие сорняков, а мульча препятствует появлению их всходов. Таким образом, у сорняков нет ни времени, ни пространства для того, чтобы обосноваться на поле. Кроме того, в процессе «убийства» покровной культуры погибают и те немногие сорняки, которые выжили, несмотря на жесткую конкуренцию.

Органический NO-TILL
На подготовленном таким способом поле отлично чувствует себя соя. Ей, как азотфиксатору, не страшен даже дефицит азота в верхнем слое почвы, который «во временное пользование» взяли целлюлозоразлагающие микроорганизмы

Посев в прикатанную мульчу сохраняет большую часть поверхности почвы под слоем растительных остатков. Таким образом, для сорняков единственным «просветом» является узкая полоска засеянного рядка. То есть не более 5% площади поля при широкорядном (45-70 см) посеве сои или кукурузы. Немногочисленные всходы сорняков в междурядьях появляются поздно и не могут конкурировать с развитыми растениями культуры.

А сорняки в рядах? Если повезет, то их количество будет незначительным и не отразится на урожае товарной культуры.

Развитые растения товарной культуры продолжают дело культуры покровной, плотной тенью препятствуя прорастанию семян и развитию всходов сорняков. Растительные остатки после уборки пополняют слой мульчи, сохраняя давление на сорную растительность. А затем в них проводят посев либо товарной, либо покровной культуры.

И цикл замыкается.

На первый взгляд, ничего сложного. Но простота обманчива: ограниченное количество элементов технологии предполагает внимание к самым мелким деталям. Например, какую покровную культуру можно сеять в качестве предшественника конкретной товарной культуры? И когда (и как) именно ее сеять?

При выборе покровной культуры необходимо учитывать продолжительность ее вегетации, потребление (а также накопление) питательных веществ. Расход влаги, устойчивость к неблагоприятным погодным условиям. Ее влияние на сорные растения и с/х культуры. Кроме того, необходимо выбрать правильный способ «убийства» покровной культуры. И правильно определить время превращения живого растительного покрова в мертвый.

ПОКРОВНЫЕ КУЛЬТУРЫ И МУЛЬЧА

Вегетирующая покровная культура может подавлять сорняки как прямой конкурент, то есть лишая сорное растение доступа к жизненно важным ресурсам (свету, воде, питательным веществам). Преимущество достигается благодаря быстрому развитию и густому стеблестою, создающему эффект «физиологической темноты» для сорняков, оказавшихся в тени покровной культуры. Необходимыми условиями успешного подавления является опережение развития сорняков покровной культуры и отсутствие «прорех» в посеве.

Некоторые растения в борьбе за «место под солнцем» активно используют аллелопатию – их корни (реже листья) выделяют вещества, подавляющие рост конкурентов. Такое воздействие специфично, поэтому аллелопатия проявляется по отношению к конкретному виду (или нескольким видам) растений. Корневые выделения амброзии, например, подавляют развитие щирицы запрокинутой (Amaranthus retroflexus), мелколепестника канадского (Erigeron canadensis), видов костера (Bromus).

Органический NO-TILL
Кукуруза успешно растет при выращивании по технологии «органического No-Till». Особенно при внесении гранулированных органических удобрений или при спользовании бобовых покровных культур (на фото – мульча озимой вики)

Листья сорняка рыжика льняного (Camelina alyssum) содержат ингибитор роста льна, резко снижающий урожай культуры даже при незначительном засорении полей. Люпин (Lupinus albus) и кукуруза своими корневыми выделениями способны подавлять рост мари белой (Chenopodium album) и щирицы запрокинутой (Amaranthus retroflexus).

При выборе покровной культуры стоит учитывать ее аллелопатические взаимодействия с сорняками, преобладающими на поле. А также с товарной культурой, высеваемой в свежую мульчу покровной культуры. Например, в послеуборочных остатках овса, пшеницы, сорго и кукурузы содержится не менее пяти фенолкарбоновых кислот (n-кумаровая, сиреневая, ванилиновая, феруловая и тг-оксибензойная), которые подавляют рост проростков пшеницы. Поэтому существует риск аллелопатического последействия «неправильной» покровной культуры на товарную.

Кроме того, покровная культура сдерживает прорастание семян сорняков, блокируя стимулирующие сигналы (свет, суточный перепад температур, прогрев до «стартовой» температуры и т.д.). Кроме того, посев покровной культуры влияет на микробное сообщество почвы, что влияет на интенсивность развития некоторых видов сорных растений.

После своевременного «убийства» растительные остатки на поверхности почвы выполняют функцию барьера, затеняющего поверхность почвы. Это сдерживает прорастание семян и создает серьезное препятствие для молодых сорных растений. Проростки «мелкосемянных» видов сорняков имеют мизерный запас питательных веществ, поэтому толстый и плотный слой органической мульчи является для них непреодолимым препятствием.

При разложении растительных остатков покровной культуры в почву выделяются аллелопатические вещества (фенольные кислоты и другие фитотоксичные соединения). Аллелопатический эффект сохранятся в течение нескольких недель после «убийства» покровной культуры.

Действие заделанных в почву и оставленных на ее поверхности растительных остатков существенно отличается как по времени, так и по интенсивности. Заделка в почву покровной культуры (обычная технология при выращивании сидератов) вызывает интенсивное, но кратковременное аллелопатическое воздействие, «размазанное» по обработанному слою почвы. Мульча из растительных остатков создает аллелопатический «экран» толщиной 2-3 см на поверхности почвы. Его активность сохраняется от 3 до 10 недель, в зависимости от вида растения, количества растительной массы и погодных условий. Таким образом, управление культурой безвыходного покрова дает возможность избирательного подавления однолетних сорняков с малыми посевами в пересаженных и крупносемянных овощах, корни которых растут в основном ниже аллелопатической зоны.

Органический NO-TILL
Существуют различные конструкции ребристых катков для «убийства» покровной культуры. Некоторые конструкции хорошо копируют рельеф местности благодаря отсутствию единой жесткой оси

Таким образом, покровная культура даже «посмертно» продолжает химическое воздействие на семена и проростки однолетних видов сорняков. Особенно если семена мелкие, а проростки маленькие.

Для товарной культуры с крупными семенами, «аллелопатический экран» практически безвреден. Корневая система кукурузы, сорго или сои развивается намного ниже слоя почвы с высокой концентрацией продуктов распада покровной культуры. Кстати, такой способ контроля сорняков с успехом применяют при выращивании овощей рассадой с закрытой корневой системой – высаженные растения не подвергаются непосредственной «химической атаке» растительных остатков покровной культуры.

Томаты и другие пасленовые (перец, баклажаны) отлично себя чувствуют при высадке в свежую мульчу озимой ржи и/или озимой вики.

Разложение растительных остатков вызывает временную иммобилизацию нитратного азота из верхнего слоя почвы целлюлозоразлагающими бактериями. Это сдерживает прорастание «нитратофильных» видов сорняков. Для бобовой товарной культуры (соя, нут) это обеспечивает преимущество – в бедной (временно) нитратным азотом почве культура активно «сотрудничает» с ризобактериями. А к моменту окончания цветения, когда ризобии уже «уходят на покой», высвобождающийся азот минерализованных растительных остатков обеспечивает своевременную подпитку формирующихся и/или наливающихся бобов. При выращивании злаковых культур временная иммобилизация азота может оказать негативный эффект на развитие культуры.

Для достижения наилучшего результата важна мера: масса покровной культуры (толщина мульчи) должна быть не больше и не меньше, чем необходимо. Биомасса злаковой покровной культуры, например, должна быть не менее 8000 кг/га. Если биомасса покровной культуры меньше, чем необходимо, то через слой мульчи «прорываются» всходы сорняков. Впрочем, многолетние сорняки способны пробиться на поверхность даже через очень плотный слой растительных остатков. Поэтому органическая мульча – надежный барьер против однолетних (или двухлетних) сорняков, но напор всходов горчака, осота или молочая она не выдерживает.

СЕЯЛКА – КАТОК-СЕЯЛКА

«Идеальная» покровная культура в системе «органического No-Till» должна быть: 1) неприхотливой; 2) быстро растущей; 3) формировать достаточно плотный покров; 4) улучшать фитосанитарное состояние почвы; 5) улучшать плодородие; 6) не угнетать (а лучше – стимулировать) рост товарной культуры; 7) легко и просто «убиваться» механическими методами.

Из большого списка видов, используемых в качестве покровных культур, более-менее универсальными оказались высокостебельные злаки (озимая рожь, тритикале) и бобовые (зимующий австрийский горох, вика). Эти виды можно выращивать как отдельно, так и в смеси (злак + бобовое растение).

Именно эти варианты покровных культур стали основными в американской технологии «органического No-Till», которая известна по аббревиатуре CCBRT. Это сокращение длинной фразы «сover crop-based rotational reduced-till production». То есть «метод сокращенной обработки почвы, основанный на использовании покровных культур».

Лидером исследований является Институт Родайла в Кутцтауне, штат Пенсильвания. Также с начала 2000-х годов развернуты исследовательские программы на Среднем Западе (штаты Айова, Висконсин и Мичиган), как на научно-исследовательских станциях, так и на сертифицированных органических фермах.

Предпочтения американцев в выборе покровных культур объясняются тем, что до посева сои и кукурузы покровная культура должна надежно «придавить» сорняки. А для этого она должна сформировать большую массу до конца апреля – начала мая месяца. То есть до того момента, как начнут появляться массовые всходы поздних яровых сорняков. Кроме того, покровная культура должна быть «убита» не позже третьей декады мая – первой декады июня. Поэтому озимые покровные культуры – лучшее решение. Они используют влагу осенне-зимних осадков, предохраняют почву от эрозии с октября по май месяц, подавляют не только поздние, но и ранние яровые сорняки. А также двухлетние и зимующие.

Органический NO-TILL

Но покровную культуру надо не только посеять, но качественно и своевременно убить. Не используя гербициды и не «беспокоя» почву механической обработкой. При этом растительные остатки должны создать равномерный плотный «ковер», надежно блокирующий прорастание сорняков. И, кроме того, позволяющий качественно провести посев товарной культуры.

Для того чтобы умертвить растение механическим способом, воздействуя только на надземную часть, можно либо срезать (скосить) стебли, либо их раздавить. При этом операцию необходимо проводить в наиболее уязвимую фазу развития растений. У двудольных – в конце бутонизации и до завершения цветения, у злаков – в фазу колошения. То есть после перехода растений в генеративную фазу развития, но до начала формирования семян. Если поспешить с уничтожением покровной культуры и провести его в фазу вегетативного роста, то растения могут восстановиться даже после повреждений, визуально «несовместимых с жизнью». Злаковые культуры «убивают» при достижении стадии 60 по Задоксу, бобовые — при 100% цветении.

Скашивание надземной части цветущих (колосящихся) растений покровной культуры обеспечивает 100% эффект. Но при этом скошенные растения ложатся на поверхность почвы хаотично, что затрудняет проведение посева. Кроме того, стебли, в буквальном смысле потерявшие связь с землей, свободно перемещаются ветром. Особенно после того, как мульча высохнет. В результате перемещений «незакрепленных» растительных остатков возможно возникновение плешей, которые неизбежно зарастут сорняками.

Прикатывание, вернее расплющивание покровной культуры, сохраняет связь надземной части мульчи с почвой. Кроме того, стебли укладываются в одном направлении – по ходу движения агрегата. Это существенно облегчает посев, при условии, что сеялка движется вдоль, а не поперек уложенных стеблей.

Основная проблема «расплющивания» покровной культуры в том, что часть растений не погибает и регенерирует. Для того чтобы усилить действие, ученые разработали различные конструкции катков. Их общей чертой является наличие поперечных или наклонных ребер на поверхности катка.

Существуют катки, напоминающие батарею больших шестеренок, закрепленных на подвижной оси. Такая конструкция копирует рельеф поля и обеспечивает равномерное воздействие на возвышенностях и впадинах.

Для работы на полях с ровным рельефом можно использовать сплошной цилиндрический каток с шириной захвата до 4-6 м. Обычно он полый, и может заполняться водой для утяжеления. На поверхности катка закреплены металлические планки («уголки»), расположенные в виде шевронов под углом от 7 до 10 градусов от перпендикуляра. Такие катки разработаны и используются в Институте Родайла с начала 2000-х годов.

Логическим усовершенствованием идеи было агрегатирование прикатывающего катка не за трактором, а перед ним. Это позволило избежать огрехов по следу трактора. При этом появилась возможность одновременно с прикатыванием покровной культуры проводить посев. Для этого достаточно дополнить трактор с катком прицепной «Nо-Till» сеялкой с соответствующей шириной захвата. Это не только экономит время, но и позволяет точно проводить посев – при выполнении последовательных операций трудно определить границу между засеянным и незасеянным участками. Поэтому приходилось использовать пенные маркеры для точного «наведения» сеялки. Объединение двух операций в одну избавило от лишней суеты и затрат.

ЦИФРЫ: УРОЖАЙ И РЕНТАБЕЛЬНОСТЬ

В США органическое сельское хозяйство продолжает наращивать обороты. По данным Министерства сельского хозяйства США (USDA), в 2014 году «органическую» кукурузу выращивали на 82328 гектарах, «органическую» сою – на 39996 гектарах. Общая площадь органических пахотных земель – 1,4 миллиона гектаров. No-Till используют от 20 до 37% органических ферм.

Из 3319 сертифицированных «органических» ферм в Айове, Иллинойсе, Мичигане, Миннесоте, Миссури, Небраске и Висконсине 957 используют No-Till.

Экономический анализ использования технологии CCBRT в условиях Среднего Запада США (Bernstein et al) показал, что прибыль была меньше, чем в обычной «органической» системе. Следует принять во внимание, что речь идет о данных конкретного исследования, поэтому выводы автора не претендуют на статус глобальной тенденции.

Причина уменьшения прибыли на 27% – меньшая урожайность (на 24%) «органического No-Till» с использованием покрова из озимой ржи по сравнению с обычной «органической» технологией.

При этом затраты на оплату труда и ГСМ были меньше на 50%, чем при использовании стандартной технологии «органического» земледелия. Экономия затрат труда и более высокая окупаемость рабочего времени (на 25% выше) позволяют легче перенести меньшую доходность «органического No-Till». Более того, в условиях дефицита времени и «рабочих рук» такая технология может оказаться интереснее, чем стандарный «органик» с постоянными культивациями, боронованиями и рыхлениями.

В ЕС к растениеводству относятся иначе, чем в США. Аграрный протекционизм, высокие дотации и тотальная «зарегулированность» сельского хозяйства делают европейского фермера консервативным и осторожным. Например, немецкие «органические» фермеры не спешат переходить на No-Till. Они предпочитают использовать мелкую вспашку или безотвальную обработку почвы.

Тем не менее, попытки внедрить «органический No-Till» в Германии предпринимались. Результаты не разочаровали окончательно, но восторга не вызвали.

Урожайность большинства культур по технологии «органического No-Till» была в среднем на 20% ниже, чем при использовании «органической» технологии с отвальной обработкой почвы.

Урожайность озимой пшеницы была в пределах от 67 до 101% от контрольного варианта. Урожайность картофеля была от 83 до 100% от урожая при обычной системе обработки почвы. Хуже всего пришлось бобовым – их урожайность уменьшилась почти в два раза. Немецкие эксперты считают, что органическая «минималка» и No-Till в данный момент не являются перспективными технологиями из-за меньшей и крайне нестабильной урожайности.

Однако результаты исследований в других европейских странах наталкивают на диаметрально противоположные выводы. В Швейцарии и Греции, например, «органическая минималка» обеспечивает урожайность на уровне, а иногда даже выше, чем система с отвальной обработкой почвы. При этом уменьшается эрозия почвы, что очень важно для горных стран, не избалованных плодородными почвами и удобным рельефом. И экономятся ресурсы: время, деньги, ГСМ.

В настоящее время технология «органического No-Till» далека от совершенства. Она требует достаточно хорошего обеспечения влагой, что исключает засушливые регионы.

Технология эффективна для выращивания товарных культур с крупными семенами и мощными проростками. И, соответственно, не подходит для выращивания мелкосемянных (рапс, горчица и т.д.) культур.

В прохладном климате почва под слоем мульчи долгое время остается холодной, а иногда – слишком влажной. Растительные остатки злаков создают временный дефицит азота, из-за его иммобилизации микроорганизмами. А растительные остатки бобовых покровных культур, которые не создают такой проблемы, иногда не обеспечивают достаточной плотности и прочности мульчи.

Но к набору недостатков «органического No-Till» прилагается комплект неоспоримых достоинств. Главное из которых – сохранение плодородия почвы с минимальными затратами труда и без применения гербицидов. И этого вполне достаточно для того, чтобы найти решения для всех перечисленных проблем и слабых мест технологии.

Александр Гончаров