А. И. Беленков, А. Ю. Тюмаков, Умар Сабо
ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет МСХА имени К. А. Тимирязева», г. Москва
Экологические аспекты полевого опыта ЦТЗ в рамках природоохраняемой территории РГАУ МСХА имени К. А. Тимирязева как объекта культурного и исторического наследия
Аннотация: в полевом опыте ЦТЗ решаются вопросы внедрения и освоения технологии точного земледелия, позволяющие экономить затраты, стабилизировать урожайность с.-х. культур и вести экологически безопасное производство растениеводческой продукции.
Ключевые слова: точное земледелие, исторический объект, экология, системы GPS, индекс NDVI, гербициды, удобрения, урожай.
В 2007 году в рамках инновационного общеобразовательного проекта в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева впервые в стране в учебном ВУЗе был создан научный Центр точного земледелия (ЦТЗ). В задачу Центра входит разработка и освоение технологии точного земледелия в рамках полевого опыта, демонстрация основных элементов точного земледелия, обучение студентов, бакалавров, магистров и всех заинтересованных лиц новым современным технологиям, внедрение результатов исследований в производство, проведение семинаров и курсов повышения квалификации.
Основу Центра составляет полевой опыт общей площадью около 6 га по сравнительному изучению технологий точного и традиционного земледелия в четырехпольном зернопропашном севообороте с чередованием культур; викоовсяная смесь на корм – озимая пшеница с пожнивным посевом горчицы на сидерат – картофель – ячмень. В опыте изучаются два фактора – технологи возделывания полевых культур (фактор А) и приемы основной обработки почвы (фактор В). Традиционная технология возделывания культур (А1) основана на использовании современной техники с соблюдением рекомендуемых параметров, сроков и нормативных показателей их выполнения. Технология точного земледелия (А2) основана на принципах использования спутниковой навигационной системы GPS, с помощью которой корректируется выполнение агроприемов. Изучаемые приемы обработки различаются между собой по интенсивности и характеру воздействия на почву: отвальная (В1), минимальная (В2) и «нулевая» (В3).
Опытные поля РГАУ – МСХА имени К. А. Тимирязева в составе Полевой опытной станции расположены вблизи университетских корпусов в черте крупного столичного мегаполиса. Данная территория, называемая Петровско-Разумовское, согласно Указа Президента РФ № 1343 от 11 сентября 2008 г., признана территорией культурного и исторического наследия. Она охраняется Федеральным законом и Правительством г. Москвы. Здесь запрещено строительство высотных жилых зданий и промышленных объектов. Тем ни менее, на ограниченной территории, размещены опытные поля кафедр и факультетов агроуниверситета, в т. ч. и Центра точного земледелия. В связи с указанными обстоятельствами на территории Полевой опытной станции запрещено или ограничено применение извести и навоза в качестве мелиоранта и удобрения соответственно. Возможно использование минеральных удобрений, только в гранулированном виде. Это определяет некоторые особенности на условия проведения полевых исследований. Так, в качестве органического удобрения под картофель в опыте предусмотрена заделка горчицы на сидерат, выращенной после уборки предшественника. Незначительную кислотность почвы устраняют использованием соответствующих комплексных минеральных удобрений с правильным подбором культур.
В полевом опыте ЦТЗ пестициды, в первую очередь гербициды, на варианте точного земледелия вносят локально и адресно с учетом обилия и распространения сорных растений на полях. Это то же способствует уменьшению вредного влияния химических препаратов на окружающую среду. Приводимые нюансы позволяют отнести Центр точного земледелия в разряд экологически безопасных объектов на территории города Москвы.
Принципиальными элементами технологии точного земледелия, отработанными и используемыми в полевом опыте ЦТЗ на протяжении пятилетнего срока являются следующие (1):
1. Адаптация и внедрение элементов технологии точного земледелия, которая подразумевает:
а) возможность проведения агротехнических операций, связанных с посевом и уходом за посевами, в условиях ограниченной видимости (ночь, туман, пыль, задымление и т. д.);
б) решение вопросов облегчения работы механизатора при применении автопилота, которые сводятся к отслеживанию и корректировки движения агрегатов с помощью системы GPS/GNSS;
в) организацию труда в три смены, что позволяет использовать работу МТА круглосуточно, в лучшие агротехнические сроки, повышая суточную выработку на 25–30 %;
г) создание оптимальныех конструкций посевов и посадок с.-х. культур, не допускающих огрехи и перекрытия смежных рядков, что дает экономию семян в сравнении с посевом по маркеру;
д) повышение производительности работы МТА на 10–15 % за счет более качественного и ускоренного выполнения агроприемов.
2. Агроэкологическая эффективность технологий точного земледелия, подразумевающее:
а) локальное и адресное внесение удобрений и пестицидов, позволяющих рационально их использовать и экономить средства химизации на 20–25 %;
б) проведение разовых подкормок культур с учетом состояния посевов и экономией удобрений в пределах 15–20 %;
в) установление взаимосвязей между показателями биомассы растений, засоренностью посевов и индексом вегетации NDVI для прогнозирования урожайности культур.
3. Оценка содержания питательных веществ в почве в системе точного земледелия, включающая:
а) определение содержания элементов питания в почве с составлением электронных картограмм и дифференцированном внесении удобрений на различные участки поля, что экономит расход удобрений на 20–30 %;
б) установление взаимосвязей между продуктивностью культур, агрофизическими и агрохимическими свойствами почвы;
в) составление электронных карт урожайности с учетом обеспеченности почв элементами питания, их электроповодности и другими показателями.
Конкретным примером экологически обоснованного метода использования пестицидов, а следовательно, уменьшения гербицидной нагрузки на единицу площади служит дифференцированное их внесение в посевах зерновых культур на полях ЦТЗ. Гербицид ковбой на посевах озимой пшеницы и ячменя вносили в режиме on-line. Предварительно были проведены замеры индекса NDVI в посевах и в зависимости от этих показаний выставлены нормы расхода рабочей жидкости для опрыскивателя. Анализ данных показал, что индекс изменялся от 0,29 до 0,58. Подсчитав коэффициент корреляции между показателями индекса NDVI на учетных площадках с сорняками и без них, была установлена тесная связь, коэффициент корреляции составил 0,86.
Определив значения индекса NDVI в посевах озимой пшеницы, рассчитывается общая и дифференцированная норма расхода гербицида, которая вводилась в бортовой компьютер для применения на делянках традиционного и точного земледелия. Количество сорняков как после общего внесения препарата, так и при дифференцированном внесении гербицида различаются незначительно. Последняя обработка проводилась с использованием системы GPS, что позволило проследить движение агрегата по полю, уточнить индекс NDVI и норму расхода в каждой точке.
Посевы ячменя в полевом опыте оказались неоднородными, поэтому расчет норм расхода гербицида по индексу NDVI оказался неодинаковым. В одном случае норма расхода увеличивалась с увеличением индекса, во втором она сокращалась при повышенных значениях индекса NDVI.
По данным учета засоренности посевов ячменя на отвальном фоне при обработке общей нормой количество сорняков сократилось почти в 5 раз, при уменьшении нормы гербицида сорняков стало также в 5 раз меньше, при увеличении нормы количество сорняков сократилось в 3 раза. Надземная масса сорных растений практически одинакова. На прямом посеве при общей норме расхода гербицида количество сорняков сократилось в 2,7 раза, надземная масса в 2 раза, при уменьшении нормы расхода сорняков уменьшилось в 2,5, при увеличении нормы в 4,2 раза (2).
По результатам четырехлетних исследований в опыте ЦТЗ получена следующая урожайность (табл.).
Следует подчеркнуть, что существенной разницы в урожайности по вариантам опыта не наблюдается. Тем ни менее реализуются задачи экономии средств и экологической безопасности в точном земледелии (3).
В полевых опытах в пределах одного поля нередко встречаются участки с исторически низкой урожайностью, причины появления которых могут быть разными.
Урожайность сельскохозяйственных культур по вариантам полевого опыта ЦТЗ, т/га
Удобрения, вносимые на проблемные участки, имеют очень низкую эффективность. Поэтому, помимо картограммы распределения почвенных свойств в точном земледелии необходимо использовать картирование биомассы посевов в различные фазы вегетации в режиме реального времени с использованием навигационных систем. На участках с исторически низкой урожайностью рекомендуется снижать дозы, экономить их расход и, тем самым, претворять агроэкологическую концепцию точного земледелия.
1. Беленков А.И., Железова С.В., Березовский Е.В., Мазиров М.А. Элементы технологии точного земледелия в полевом опыте РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева // Известие ТСХА. – 2011. – Вып. 6. – С. 90–100.
2. Полин В. Д., Березовский Е. В. Совершенствование методов борьбы с сорняками в системе точного земледелия в новых экологических условиях // Адаптация сельского хозяйства России к меняющимся погодно-климатическим условиям: Сб. докладов Международной научно-практической конференции. – М.: Изд-во РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева, 2011. – С. 131–136. 3. Белошапкина О.О., Беленков А.И., Гриценко В.В., Полин В.Д.Сравнительная эффективность технологий возделывания зерновых культур в полевом опыте ЦТЗ // Земледелие. – № 2012. – № 4. – С. 44–46.