Доказано. Проверено. Возможно!

В течение последних нескольких десятилетий среди фермеров получила распространение система земледелия No-till, при которой контроль сорняков проводится химическим методом. Поэтому считалось, что органический No-till – из области нереального. Последние несколько лет исследования в Институте Родейла, а также на фермах и исследовательских станциях были посвящены реализации этой идеи. Для контроля сорняков вместо химического использовался механический метод и посев покровных культур (биологический метод). (Опубликовано в № 08.2010 г.)

Система, используемая нами в настоящее время, – это модифицированная система земледелия No-till, в которой в севообороте механическая обработка периодичес­ки применяется, в частности, для формирования травостоя покровных культур. Это позволяет нам в органическом земледелии исключить первичную механическую обработку, а также вторую обработку и культивацию.
Система содержит два ключевых компонента. Во-первых, успех этой системы заключается в интенсивном управлении густыми посевами покровных культур. Эти культуры обеспечивают как поступление питательных веществ в почву, если используются бобовые, так и подавление сорняков, благодаря мульчирующему эффекту. Второй компонент системы – это специальный каток-плющилка, который используется для прикатывания стоящей покровной культуры в одном направлении с одновременным плющением стебля, что предотвращает подъем культуры, а также ее вторичный рост.
Поэкспериментировав с существующим прикатывающим оборудованием, Институт Родейла разработал и создал новую модель катка для выполнения этой функции.

Путем изобретений и инженерных рацпредложений

Каток сконструирован в виде одного большого цилиндра, чтобы свести к минимуму количество сломанных стеблей. Подшипники с каждой стороны введены на 3 дюйма внутрь (1 дюйм = 2,54 см) и закрыты гладкой пластиной. Лезвия крепятся клинообразно, что предотвращает отскакивание и помогает удерживать трактор на прямой линии. Шаг лезвий на барабане составляет 20 см. Диаметр самого цилиндра – 40 см.
Конструкция катка предполагает возможность его навески на трех точках как фронтального навесного оборудования с гидравлическим подъемом (Buckeye Tractor Company (www.buctraco.com)). Агрегат приходит в движение при контакте с почвой. Команда приложила все усилия, чтобы сделать каток как можно более регулируемым. Мы начинали с использования полой трубы, заварив ее, и оставили пробку, чтобы барабан можно было заполнять водой для изменения веса при работе в различных полевых условиях. Все лезвия тупые и их края имеют квадратную форму, они крепятся болтами, а не привариваются, поэтому, в случае необходимости, их можно снять или заменить. При выборе степени изгиба лезвий вокруг барабана команда конструкторов сделала так, что, если снять каждое второе лезвие, то в любом случае постоянно присутствует контакт лезвий с почвой. Лезвия на катке расположены параллельно вокруг всего барабана, клинообразный изгиб лезвий предотвращает подпрыгивание и помогает вести трактор по прямой линии (в то время как винтовой изгиб лезвий провоцировал бы постоянное разворачивание трактора в сторону). Лезвия должны быть отклонены назад, под углом к направлению движения. Угол должен быть менее 90°. Ширина захвата нашего катка – 3,2 м, он разработан для агрегатирования с четырехрядной сеялкой, при этом ширина междурядий – 75 см. Однако, поскольку система разработана и основана на разумных биологических принципах, она не зависит от масштаба. Это означает, что система может функционировать при любом размере агрегата. Концепция неизменна в любом случае. На фотографиях 1-5 изображена работа в рамках системы органического No-till на ферме.

Каток и покровные культуры – оружие против сорняков

Фронтальный навесной каток позволяет проводить прикатывание покровной культуры и посев за один проход. В Институте Родейла используется каток-сеялка с трактором John Deere, 92 л.с. с приводом на два колеса. Эффективность прикатывания составляет от 90 до 100%. При подготовке к посеву всего лишь за один проход каток может превратить густой травостой ржи, вики мохнатой или любой другой озимой однолетней культуры в слой мульчи толщиной 10 см, подавляющий сорняки.
Покровные культуры могут подавлять сорняки несколькими способами. Во-первых, зачастую наблюдается аллелопатическое влияние многих видов покровных культур. Во-вторых, присутствует влияние конкуренции, которое предотвращает прорастание сорняков во время определенного цикла культуры, и, наконец, наблюдается мульчирующий эффект, обусловленный наличием толстого слоя прикатанного растительного материала. Все сорняки, которые прорастают и развиваются, будут иметь такой же доступ к ресурсам, необходимым для их роста, что и первичная культура. Цель данной системы – максимально предотвратить прорастание сорняков на первом этапе развития культуры.

Фронтальный навесной каток был разработан и создан как часть продолжающейся программы по разработке практических методов органического производства с использованием технологии No-till. Команда Института Родейла, работающая на ферме, провела исследование возделывания кукурузы с использованием технологии No-till после смеси бобовых покровных культур, а также сои после смеси злаковых, и получила очень хорошие результаты. Мы движемся к той ситуации, когда мы проводим первичную обработку, чтобы обеспечить формирование травостоя покровной культуры, таким образом, что покровная культура практически становится первичной культурой.
Институт Родейла использовал покровные культуры для обеспечения поступления питательных веществ, накопления органического вещества и предотвращения эрозии почвы на своих полях в течение более трех десятилетий. Поэтому сложность органического производства с использованием технологии No-till заключалась не столько в управлении покровными культурами, сколько в подборе соответствующего оборудования для ее прикатывания и посева. В прошлом автор и его команда провели испытание модифицированного измельчителя Buffalo, который приводился в действие при контакте с землей, и четырехрядной сеялки No-till Buffalo с сошником анкерного типа. Хотя в таком сочетании техника работала хорошо, все еще было необходимо провести некоторые усовершенствования.
При использовании разработанной системы количество обработок при органическом производстве кукурузы с применением технологии No-till сократилось с девяти полевых операций (плуг, диски, прикатывание, посев, роторная борона, роторная борона, культивация, культивация, уборка) до двух (прикатывание/посев, уборка). Аналогичные результаты показали полевые исследования при уничтожении травостоя с помощью прикатывания и обработки глифосатом перед посевом кукурузы после ржи (в неорганической системе выращивались овощи рассадным методом). Цель – не срезать стебли, а просто расплющить их и уложить ровным слоем. Ключевой момент здесь – дождаться, пока покровная культура не достигнет фазы полного цветения. Прекращение роста культуры до полного цветения не рекомендуется, поскольку растение все еще находится на фазе вегетативного роста и просто снова поднимется – зеленое и сильное. Однако если провести прикатывание позже, растения высохнут и погибнут. Если первые развивающиеся семена на растении еще зеленые, они не будут жизнеспособны и не смогут создать проблем в посевах следующей культуры.

Результаты, которые обрадовали

При прикатывании покровных культур сроки имеют большое значение. Вероятно, что операторы, для которых технология нова, могут сталкиваться с трудностями при определении точных сроков прикатывания, результатом чего может стать недостаточное уничтожение культуры из-за проведения прикатывания слишком рано, прежде чем покровная культура полностью вызреет и станет наиболее восприимчива к уничтожению посредством прикатывания. Настройка и модификация сеялки в зависимости от толщины покрова и типа почвы – это еще одна важная переменная для обучения. Управление влагой в условиях более засушливого климата может быть основным фактором в некоторых регионах.
Данные полевых опытов в 2006 году показали убедительные результаты в жизнеспособности данной технологии как для производства кукурузы, так и для производства сои. Урожайность кукурузы в органической системе на основании технологии No-till составила 10,1 т/га (Dr. Hepperly). Поскольку эти поля были товарными посевами, оценка нормы высева вики мохнатой, биомассы покровной культуры, популяции растений кукурузы или биомассы сорняков не проводилась. Уборка на полях проводилась с использованием обычного комбайна.
Урожайность кукурузы в органической системе земледелия, основанной на использовании традиционной обработки, составила 8,9 т/га. Это также был производственный посев. При традиционной системе, включающей использование чизельного плуга, урожай составил 7,1 т/га, но этот вариант был вариантом полевого опыта (площадь 0,45 га) в рамках программы исследования систем земледелия. Аналогично на варианте, где применялся органический No-till, средняя урожайность кукурузы составила 9,2 т/га. Для сравнения: в округе Беркс средняя урожайность кукурузы в неорганической системе земледелия в 2006 году составила 8,2 т/га, а в юго-восточной Пенсильвании 9,2 т/га.
Важно отметить, что рельеф и типы почв на нашей исследовательской ферме существенно варьируют от поля к полю и, иногда, даже в пределах одного поля. Следовательно, урожайность, полученная на этих полях, также будет варьировать (даже если все другие условия были идентичны). Эти отличия по качеству почвы и задержанию влаги, вероятно, частично обусловили отличия по урожайности при использовании органического No-till на производственных и экспериментальных полях.
На двух полях, где возделывалась кукуруза с применением органического No-till, в сентябре 2005 года была высеяна вика мохнатая после уборки колосовой культуры, а в августе по стерне был внесен компост в норм 19-25 т/га, после чего была проведена обработка отвальным плугом для его заделки. На одном поле предшественником овса была соя, которая была подсеяна в озимую пшеницу в 2004 году. На другом поле озимой пшенице предшествовал овес в 2004-м, а компост также вносился в августе 2004 года после уборки овса.
На поле, где использовалась органическая система с традиционной обработкой, кукурузу высеяли в мае 2006 года после заделки помета плугом, до этого в течение двух лет возделывалась люцерна на сено, которая была высеяна в замерзший грунт после пшеницы в марте 2004 года. На экспериментальном поле, где использовалась технология No-till, озимая пшеница была засеяна в начале октября 2004-го, уборка – в июле 2005 года, после чего следовала заделка компоста в августе и прямой посев вики мохнатой в сентябре.

Вид покровной культуры и особенности посева

В наших системах No-till и в стандартных системах органического производства кукурузы в качестве покровной культуры использовалась вика мохнатая. Вика высевалась зерновой сеялкой прямого посева в конце августа или начале сентября в зависимости от того, когда была убрана предшествующая культура и внесен компост. Вику мохнатую высевали за 40-60 дней до первого сильного заморозка, что позволяло культуре сформировать азотофиксирующие клубеньки, произвести достаточное количество биомассы и накопить достаточно углеводов, чтобы пережить зиму. Выбор сорта вики мохнатой и генетика растений влияют на выживаемость в зимний период. Например, сорта вики мохнатой с северных широт характеризуются более высокой выживаемостью в зимний период. Когда вика мохнатая высевается впервые на данном поле, перед посевом культуру следует обработать инокулятом для вики (Rhizobium leguminosarum). Однако все же рекомендуется проводить обработку семян вики инокулятом каждый раз, чтобы достичь оптимального роста и фиксации N.
В полевых опытах норма высева вики была 28 кг/га. При такой норме высева общее производство биомассы, в среднем, на момент прикатывания для посева кукурузы 9 июня составило 6 880 кг/га. Среднее содержание азота в этой биомассе составило 3,3%, или около 230 кг/га.
В начале июня вика мохнатая на опытных и производственных полях, где использовалась технология No-till, была прикатана фронтальным навесным катком-плющилкой, разработанным Институтом Родейла. За этот же проход мы высеяли кукурузу Blue River 68F32 четырехрядной навесной сеялкой No-till Monosem. Эта сеялка – гибрид, который состоит из вакуумной системы подачи семян Monosem, прикрепленной к навесному брусу сеялки Kinze, и оснащенный рифлеными култерами (37 см) для разрезания слоя прикатанной вики, после которых следует двухдисковый сошник (37 см), а затем чугунный закрывающий диск (30 см) и пластмассовый уплотнитель семян Keeton. Дополнительные грузы навешиваются на эту сеялку, чтобы способствовать прорезанию толстого слоя вики мохнатой до поверхности почвы, необходимого для качественной заделки семян кукурузы. После посева слой прикатанной вики оставляли на поверхности почвы для естественного разложения и подавления сорняков.
В полевых опытах норма высева кукурузы составила 79 000 семян на 1 га, а густота стояния перед уборкой, в среднем, составляла 60 600 растений на 1 га. Часть растений кукурузы была повреждением совками. В последующие годы эту проблему можно будет решить, отсрочив посев или использовав генетически модифицированную кукурузу.

Условия выращивания в 2006 году

Blue River 68F32 – это сорт кукурузы с длиной вегетационного периода 113 дней. В течение вегетационного сезона 2006 года сумма эффективных температур составила 2140 °С. Уровень выпадения осадков в этот период составил 673 мм, что на 265 мм выше среднего показателя за 30 лет.

Анализ затрат

Затраты на семена вики мохнатой составили от $124 до $185/га. Если учесть приблизительный выход азота из биомассы вики на опытном поле, стоимость азота вики, в среднем, составляла 50-75 центов за кг. Для сравнения: затраты на обычные азотные удобрения составляли бы около $1 за килограмм в 2006 году.
Важно отметить, что не весь азот, содержащийся в биомассе вики мохнатой, доступен для использования культурой. Какая-то его часть утрачивается в результате испарения, а какая-то связывается в почвенном органическом веществе. Однако вика – это не единственный источник азота, доступный для кукурузы. За годы органического производства на почвах нашей фермы возделывалось большое количество покровных культур, из них поступали растительные остатки, вносился также компост, что в сумме способствовало повышению содержания почвенного органического вещества и микробиальной активности.
Азот в этих почвах становится более доступным по мере их прогревания весной и обеспечивает стабильный рост растения в течение вегетационного периода. Таким образом, вика мохнатая обеспечивает азот для культуры, выращиваемой в данный сезон, а также действует в качестве почвоулучшителя, повышая долгосрочную доступность питательных веществ и продуктивность наших почв. Эти факторы делают анализ затрат на N более сложным, но долгосрочное положительное влияние свидетельствует о преимуществах системы.
Слой прикатанной вики сокращал производство биомассы сорняков, в среднем, до 1310 кг/га на опытных участках, где использовался органический No-till, при этом контроль сорняков был исключительно эффективен в наиболее критический для кукурузы период – фаза третьего – восьмого листа. Со временем сорняки пробиваются через слой вики, но позже, когда они уже не могут конкурировать и не представляют угрозы для кукурузы. Таким образом, преимущества по управлению сорняками также следует учесть при расчете затрат на семена вики, включая исключение пяти-семи обработок поля для его подготовки, а также обработок культиватором, что сокращает износ трактора, расход топлива и уровень использования рабочей силы.

Новое не отменяет старое, но совершенствоваться необходимо

Помните о том, что система органического No-till Института Родейла разработана не как система постоянного использования No-till. Механическая обработка используется для заделки растительных остатков или компоста, а также для подготовки семенного ложа на различных этапах севооборота. Например, после уборки кукурузы на исследовательском участке, где использовалась технология No-till, была проведена дисковая обработка.
Любое сокращение или исключение механической обработки может улучшить качество почвы и снизить вымывание питательных веществ. Наши исследования показали, что разумная механическая обработка в сочетании с улучшением почвы, обусловленным использованием органической системы, может улучшить состояние почвы даже больше, чем при постоянном использовании системы No-till. Мы продолжим разработку органических севооборотов No-till в сочетании с другими испробованными органическими методами для достижения успешного баланса между улучшением почвы, контролем сорняков, урожайностью и экономической целесообразностью.
Системы органического No-till могут заинтересовать, по меньшей мере, две потенциальные группы фермеров: фермеров, которые уже используют технологию No-till, и фермеров, которые занимаются органическим или самовосстанавливающимся земледелием с использованием покровных культур. Основная проблема внедрения этой системы это подбор соответствующей техники, такой как новый каток, который используем мы.
Мы считаем, что новый метод действительно открывает дверь перед фермерами, применяющими традиционную обработку, давая им возможность сделать большой шаг вперед в плане структурирования почвы и перехода к органическому производству. Фермеры могли бы включить покровные культуры в свои системы No-till и в то же время продолжать проводить локальную обработку гербицидами или высевать сою, устойчивую к гербицидам. В конце концов, новый каток – это только инструмент, а для фермеров переход от традиционной обработки к органической – большой шаг.

Джефф Мойер,
руководитель хозяйства Института Rodale в Куцтауне, Пенсильвания