Почему важно делать все так, словно ни капли дождя уже не будет

Группа исследователей, которой помогали около 150 инженеров и техников Центра автоматизации и метрологии АН МСС, училась заблаговременно прогнозировать урожай с точностью до каждого поля и исходя из «разговора» с растением старалась понять его потребность в воде, оптимизировать режимы орошения. Учитывая нынешние засухи, а также ситуацию, сложившуюся в связи с ними в РФ, тема весьма актуальная… (Опубликовано в № 08.2010 г.)
Эксперименты проводились на разных полигонах начиная с климокамер биотрона и заканчивая полями на природно-хозяйственном полигоне.

Вначале было письмо в редакцию, затем его автор побывал у нас в гостях. И вот в результате подготовлена публикация, первую часть которой мы и предлагаем вашему вниманию.
К минимальной и нулевой технологии Войнов пришел с космоса, в прямом и переносном смысле. Предоставленные данные автор получил, когда еще работал руководителем лаборатории аэрокосмического зондирования Института экологической генетики Молдавской Академии наук (1979-1991 гг.). Отличительной чертой этих исследований является то, что был выбран подход: растение-индикатор. Через вопросы к растению «Кто ты?»,  «Как себя чувствуешь?» оценивался агрофитоценоз в целом. Группа исследователей, которой помогали около 150 инженеров и техников Центра автоматизации и метрологии АН МСС, училась заблаговременно прогнозировать урожай с точностью до каждого поля и исходя из «разговора» с растением старалась понять его потребность в воде, оптимизировать режимы орошения.
Эксперименты проводились на разных полигонах начиная с климокамер биотрона и заканчивая полями на природно-хозяйственном полигоне. Учитывая нынешние засухи, а также ситуацию, сложившуюся в связи с ними в РФ, тема весьма актуальная…

Изучению взаимосвязей между почвой, растительным покровом, воздухом и солнечной радиацией посвящено много научных работ. В особенности необходимо отметить установление значения фотосинтетически активной радиации (ФАР), которую поглощают растения и трансформируют ее в полезные для нас биологические вещества. Нами доказано, что максимально ФАР используется растительными ценозами, если на квадратный метр площади земли приходится около 4 квадратных метров лиственной поверхности. Это значит, что индекс листовой поверхности, или просто листовой индекс (ЛИ), будет равен 4. При этом почва будет закрыта листвой и проективное покрытие (ПП) будет равняться 100%, а солнечная радиация не будет попадать непосредственно на почву. Листья – это фабрика хлорофилла, которая изначально определяет продуктивность агроценоза. При индексе 4 почти весь спектр солнечной радиации, который поглощается хлорофиллом, утилизируется растительным пологом. И совершенно ясно, что чем меньше листовой индекс, тем меньше будет ассимилировано солнечной энергии, и урожай будет соответствующим. Этот неоспоримый факт подтверждается данными, приведенными в табл. 1, которые получены в период разработки методик и технологий прогноза урожая с помощью аэрокосмического зондирования и наземных обследований.
Определяющей фазой развития растений, когда ценоз должен набрать оптимальное развитие листового аппарата для зерновых, является выход в трубку, для кукурузы – выметывание метелки, а для подсолнечника – образование корзинки. По состоянию растительных ценозов в период этой фазы мы и разработали алгоритмы расчетов будущего урожая по каждому конкретному полю.
Все было хорошо, алгоритмы давали хороший эффект, а прогнозы оправдывались на 90-95 % с учетом того, что информация давалась за 2,5-3 месяца до уборки, такое состояние устраивало нас, разработчиков, и руководителей районного и республиканского уровней. В то время как пробные обмолоты по конкретным полям ошибались в прогнозе на 15-20% больше, чем мы заблаговременно рассчитали.
Но 1987 год оказался  очень засушливый для юго-западной части СССР. В середине лета даже акация сбрасывала листву, защищаясь от засухи. Под ее деревьями не было тени… В этот год наша ошибка в прогнозах урожайности озимой пшеницы составила до 30-40%. Можно сказать, прогноз не оправдался. Все попытки найти причину неудовлетворительной работы наших алгоритмов тогда не увенчались успехом. Лишь через 6 лет после того, как я объединил опыты по расчетам урожайности с опытами по определению водного и температурного стрессов, которые велись параллельно в целях оптимизации режимов орошения, вопрос прояснился.
Как это часто бывает, далеко ходить не пришлось. Оказалось, что солнечная энергия имеет не только положительное значение (как в случае с ФАР), но и отрицательное. Попадая на открытую почву, она поглощается, подобно случаю с абсолютно черным телом (АЧТ). Установлено, что черноземные почвы очень близки к АЧТ по их поглотительным свойствам. В солнечный день вследствие такого высокого поглощения открытая поверхность почвы нагревается до 70°С. При этом около 97 % накопленной энергии излучается почвой обратно в космическое пространство в инфракрасном диапазоне волн в виде тепловой энергии и только до 3 % идет на нагрев нижних слоев почвы. Это излучение не видно невооруженным глазом, его довольно ттрудно измерить, но оно существует и имеет значительную энергетическую величину (около 200 ккал на 1 см2 в год).
Если это паровое поле, то нагревается воздух и окружающая среда. А если это происходит в середине растительного ценоза, то нагреваются растения, и чем они ближе к перегретой почве, тем сильнее отрицательное действие на них этой энергии. В таком случае можно сказать, что растения «попали на накаленную сковороду».
Самостоятельно противодействовать такому влиянию растения могут только одним путем – охлаждать себя транспирацией воды. Количество воды, которое испаряет разреженный растительный ценоз в знойный день, в 4-5 раз больше, чем этот показатель в ценозе со 100% ПП. Поэтому изреженные посевы раньше и на более продолжительное время попадают в стрессовую ситуацию. Как это выглядит в плане реальных урожаев, можно посмотреть в последней графе табл. 1.

Материалы, представленные на рисунке, демонстрируют зависимость температуры растений, замеренной с вертолета под углом 30°, исключая попадания температуры почвы в объектив аппаратуры, и непосредственно в надир (вниз под углом 90°) для получения характеристики «растения + почва». Из этого примера видно, что стрессовой ситуации пока нет, но посевы с большим индексом и, соответственно, проективным покрытием находятся в лучшем состоянии. В наших опытах разница между температурами воздуха и хорошо обеспеченного влагой агроценоза доходила до 8 °С, а иногда и до 10 °С. Из этих опытов стало понятным, что чем меньше запасов влаги в почве, тем меньшей становится разница между температурой воздуха и температурой посева в самое жаркое (послеполуденное) время суток.
Имеет смысл детальнее рассмотреть аргументы, которые подтверждают правильность таких выводов. Их, оказывается, достаточно много, и со многими из них читатели, конечно же, сталкивались. Для меня первым был такой. Из десяти полей с удовлетворительными показателями ЛИ и ПП на фазу выхода в трубку на трех хозяйственники не проводили мероприятия по борьбе с сорняками. К моменту цветения они были желтыми от цветения крестоцветных. Авиационные и космические снимки показывали 100%-ное насыщение хлорофиллом. Сегодня можно было бы сказать, похожими на цветущий рапс. Сорняки дополнили недостающие ЛИ и ПП. При уточняющем прогнозе в дополнение к ранее снятым 30% будущего урожая через сильную засуху было снято еще 30% предполагаемых потерь от сорняков. А по факту урожай на этих полях почти не снизился и соответствовал таковому в годы с нормальным типом погоды (табл., графа с тремя звездочками). Но эту табличку удалось построить только в 1993 году.
Анализируя данные урожайности, видно, что разность между лучшими и худшими показателями урожайности в оптимальные годы составляет 3,8 раза, тогда как в экстремальные годы – 12,5 раза. Разность по урожайности агроценозов в пределах одного уровня качественной оценки в зависимости от оптимальности или экстремальности погодных условий колеблется в пределах от 1,3 до 4,25 раза. В процентном отношении это выглядит следующим образом: отличные (с точки зрения архитектоники) посевы в засушливые годы снижают урожайность на 23%, хорошие – на 29%, удовлетворительные – на 47%, неудовлетворительные – на 59%, а плохие – более чем на 75%.
Влиянием теплового излучения от почвы в засушливые годы объясняется снижение урожая, и чем меньшие ЛИ и ПП, тем более резко снижается урожай. Соответственно, и на формирование 1 ц урожая расходуется разное количество влаги – от 5 до 50 мм. Таким образом, по статистическим данным урожайности, если они превышают 4-5-кратную величину, можно утверждать, что данная местность была подвержена засухе.
Примеры отрицательной реакции (снижение продуктивности) культурных растений на температурный стресс каждый наблюдательный человек может найти в повседневной жизни. Так, крестьянам хорошо известно, что огурцы, которые растут на суходоле под прикрытием кукурузы, имеют более длинный период вегетации и, соответственно, больший урожай, чем у тех, что растут самостоятельно. Бахча в степной зоне, засоренная к концу вегетации, всегда более продуктивна, чем чистая. Многие об этом знают, но признать тот факт, что сорняки иногда бывают и полезными, упрямо не желают.
Принципом «сковороды» также легко объяснить и динамику роста кактусов в пустыни и опустынивания пастбищ и много других отрицательных проявлений в естественной среде на нашей планете.

4003

Мы вплотную подошли к вопросу засухоустойчивости и рационального использования запасов влаги при выращивании растений.
На мой взгляд, необходимо разделять два вида засухоустойчивости растений: формируемая биологическими особенностями разных культур, видов, сортов и гибридов и засухоустойчивость агрофитоценозов. Одна из особенностей засухоустойчивых растений – формирование прикорневой розетки в начале вегетации, с помощью которой они защищают от прямых солнечных лучей почву непосредственно под собой (осоты, молочаи, одуванчик, свекла, рапс и многие другие растения). Этим они убивают сразу несколько зайцев. С одной стороны, они  ведут борьбу за жизненное пространство: из-под розетки ни одно чужое растение не имеет шансов пробиться к солнечному свету. С другой стороны, они полностью защищают себя от негативного излучения почвы, и наконец, завладев пространством, максимально продуктивно используют солнечную энергию и влагу для накопления питательных веществ. А если добавить к этому еще и возможность развивать мощную корневую систему, способную доставать влагу из глубины, то становится понятно, почему с ними так тяжело конкурировать. Ролью этой засухоустойчивости не следует пренебрегать, но, я убежден, что засухоустойчивость, формируемая агрофитоценозами, для нас представляет более весомое значение. И на нее необходимо рассчитывать, планируя технологические приемы возделывания сельскохозяйственных культур. Если наши хозяйственники в своей деятельности придерживались бы принципа канадских фермеров – «делать все так, словно больше ни капли дождя не будет», то ситуация во многом сразу бы изменилась. Но, к сожалению, многие действуют вопреки этому и надеются на то, что Боженька не обидит и даст вовремя дождик… Но, увы, это случается нечасто, и тогда виновата во всем погода, но ни в коем случае не мы лично.

Определяющими фазами, к которым ценоз должен набрать оптимальное развитие листового аппарата, у зерновых является выход в трубку, у кукурузы – выметывание метелки и у подсолнечника – образование корзинки

В подтверждение этого приведу несколько наглядных примеров. Первое практическое использование выше изложенного закона произошло в хозяйстве С. Антонца «Обрий» (Шишадский р-н Полтавской области). Я только ему одному рассказал о роли мульчи в ослаблении негативного воздействия солнечной радиации на продуктивность агроценозов при засушливой погоде. Весной 1996 года Семен Свиридонович 100-гектарное поле без обработки почвы прямо в стебли кукурузы засеял овсом. Замульчированная почва на ранних фазах развития растений была защищена от солнечного перегрева. Это дало возможность агроценозу экономно использовать влагу, которая пошла на формирование урожая, и значительно меньше  – на противодействие засухе. Созданный таким образом микроклимат агроценоза способствовал его устойчивости на все время развития растений. На опытном поле растения имели насыщенный зеленый цвет при высоте 110-120 см, урожай составил 48,7 ц/га. А на полях с традиционными технологиями к середине июня растения пожелтели, имея высоту до 50-60 см и лучший урожай не достигал и 20 ц/га. В 1995 году появилась публикация В. Г. Друзяка с соавторами «Влагоэнергосберегающие технологии противостоят засухам» (Одесское НПО «Элита»), в которой дан анализ 22-летнего наблюдения за урожаем озимой пшеницы и осадками в Белгород-Днестровском районе Одесской области, что подтвердило существующее внимание к теме. А с весны 1998 года мне была предоставленная возможность свои теоретические изыскания воплощать в практику на 5200 га земли в Арбузинском районе Николаевской области. С 2000 года добавилось еще 5000 га в Новоархангельском районе Кировоградской области, а с 2001 года – столько же в Катеринопольськом районе Черкасской области. Денег много не было, но было довольно пристойно по сравнению с большинством соседних хозяйств. Следует сказать, что уже тогда я понимал, что глубина обработки почвы не должна превышать 5-7 см, а прочитав Ивана Овсинского, убедился в своей правоте. Средняя урожайность постепенно поднималась с 20 до 40 ц/га, и каждый год в пределах регионов наши хозяйства были одними из лучших.
Себестоимость выращивания также была довольно привлекательной:

  • в 1999 году озимой пшеницы по традиционной технологии – 127 грн/т, при минимальной обработке – 85,1 грн/т и при нулевой – 39,4 грн/т;
  • в 2000 году озимой пшеницы третьего и четвертого класса (традиционная технология уже не применялась)  – 106, озимого ячменя – 64 грн/т и ярового – 74 грн/т;
  • в 2002 году себестоимость озимой пшеницы второго и третьего класса составила 116 грн/т , озимого ячменя – 76 грн/т и ярового – 86 грн/т.

Основные статьи расходов имели такую тенденцию: семена и удобрения – почти по 30%; горюче-смазочные материалы – около 20%; средства защиты растений – 10%; заработная плата 7-10%.

(Окончание следует.)

Олег Войнов,
ведущий научный сотрудник
Николаевского ПТЦ «Облдержродючість»,
кандидат биологических наук