Кукурузное распределение

№35–36(746) 30 октября — 5 ноября 2015 г. 28 Октября 2015 4.5

Население Земли растет стремительно. 40 лет назад нас было всего 4 млрд., сейчас — почти 7,5. Специалисты утверждают, что если ничего не изменится, то к 2050 г. на планете будут жить более 11 млрд. человек. И всем нужно будет чем-то питаться.

Динамика прогресса в сельскохозяйственном бизнесе позволяет утверждать, что в первой половине XXI века точная агротехнология* станет абсолютной нормой на всех континентах. (Кроме, конечно, Антарктиды.) По той простой причине, что она позволяет максимально повысить эффективность использования посевных площадей. А дело это важнейшее: земли, в отличие от едоков, больше не становится.

_________________________________
*Агротехнологии — комплекс технологических операций по достижению планируемой урожайности и качества продукции при обеспечении экологической безопасности и определенной экономической эффективности.

Современная агротехнология включает в себя две основные составляющие. Первая — это точное земледелие, внедрение которого произошло сравнительно быстро. Для этого потребовалась только незначительная доработка серийно выпускаемых машин — установка наземного навигационного оборудования. А спутниковые системы слежения за различными объектами (такие, например, как GPS, ГЛОНАСС или китайская BeiDou) давно уже отработаны военно-промышленными комплексами и вовсю используются сейчас в мирных целях.

Вторая составляющая — это точный и равномерный высев сильных семян, которые обеспечивают практически такое же количество растений перед уборкой. То есть посеял сильное зернышко — и в результате ничего не пропало.

Точный высев при равнораспределении растений на поле требует серьезной модернизации посевной техники, механизмов для сопровождения процесса роста растений, а также уборочных комбайнов и жаток. Что касается щадящей пофракционной технологии производства сильных семян, то для нас это (в основном) пока что технология будущего, которая только приходит на смену существующей травмирующей и однофракционной технологии.

Выйти из тени

Главная мотивация внедрения точной агротехнологии — повышение прибыльности земледелия. Вначале рассмотрим, какое непреодолимое препятствие ждет сельхозпредприятия на пути дальнейшего повышения урожайности.

Общая неоспоримая цель агробизнеса — эффективное использование сельхозугодий при поддержании, а в перспективе — и повышении плодородия почвы. Для рассмотрения вопроса возьмем единицу объема среды обитания, в которой начинается жизнь растения и протекают все фазы его развития. Для анализа необходимо разделить объем на две части: надземную и почвенную (рис. 1).

Задача по размещению растения на поле сводится к тому, чтобы оно по максимуму использовало все необходимое для продуктивного развития как из надпочвенного объема, так и из почвы, не создавая при этом конкуренции соседям.

Урожайность зависит как от потенциала отдельно взятой сельхозкультуры, так и от «командного» результата, то есть от всех вместе взятых и соседствующих друг с другом растений. Вот здесь-то их распределение на поле и играет важнейшую роль.

Сегодня этот вопрос становится особенно актуальным, поскольку природный потенциал продуктивности основных сельхозкультур в развитых странах практически исчерпал свои генетические возможности. Специалисты объясняют снижение темпа роста урожайности предельной возможностью растения использовать солнечную энергию.

То есть при полном обеспечении растения всем необходимым для его развития и продуктивности ограничение оказалось в КПД фотосинтеза, который является главным процессом в накоплении биомассы. Поэтому чрезвычайно важно распределить растения на поле так, чтобы свести к минимуму их взаимозатенение.

Настало время тщательного изучения существующей агротехнологии отдельных культур и выявления неиспользованных ресурсов. К таковым и относится оптимизация размещения растений на поле. Рассмотрим это на примере такой чрезвычайно значимой сегодня для Украины сельскохозяйственной культуры, как кукуруза.

Облачный экран

Так сложилось, что необходимость борьбы с сорняками на посевах кукурузы, вначале вручную, а впоследствии — механической обработкой междурядья, предопределила технологию высева семян с расстоянием между рядами 70 см. Под эти условия были созданы все машины для сева, обработки и уборки культуры. При разной густоте сева при таком междурядье расстояние между растениями в ряду изменяется от 28 см до 14 см (рис. 2).

Ясно, что в условиях подобного размещения сельхозкультуры на поле имеющийся ресурс света, воды, питательных веществ, удобрений используется не в полной мере. Мы обрекаем растения на взаимную конкуренцию.

В этом вопросе есть еще один важный момент, но для его пояснения необходимо рассмотреть физику теплообмена между солнечной радиацией и незатененной частью поля.

Если рассмотреть энергосистему «Солнце—Земля» без учета атмосферы, то все выглядит сравнительно просто — поток лучистой энергии от Солнца на нашу планету, приходящийся на 1 м2 поверхности по нормали к солнечным лучам, равен 1330±3% Вт/м2 (рис. 3). Если бы не атмосфера, то можно было бы рассчитать температуру в каждой точке Земли в зависимости от времени суток и года. Именно такие точные расчеты выполнены астрофизиками для безатмосферных планет Солнечной системы.

Но для Земли синоптики даже при нынешнем мониторинге всех значимых параметров атмосферы, объединенных в единую глобальную систему обработки, не в состоянии дать надежный прогноз более чем на 10 дней. Все дело в случайных событиях, основным из которых является экранирование облаками различных участков поверхности планеты.

Облачность над лесом — одна картина теплообмена, над морем — другая, над горами — третья и т. д. Предсказать эти случайные по времени и месту экранирования солнечных лучей невозможно. Таким образом, засухи, как и наводнения на четырех материках (Антарктида опять же не в счет), были, есть и будут.

Миллионы лет растения и животные в процессе эволюции научились защищаться от крайних проявлений засухи. В любом лесу, хвойном или лиственном, на земле всегда есть остатки растений с прошлого сезона. Почвенные микроорганизмы перерабатывают значительную их часть, но природа регулирует данный процесс так, что земля в обязательном порядке остается покрытой. Это очень важный момент — природа как бы препятствует прямому попаданию солнечных лучей на открытую землю.

Случай в сауне

Очень часто для объяснения какого-либо сложного физического процесса помогают простые аналогии, понятные на бытовом уровне. Вот пример. Тело человека в сауне нагревается из-за контакта с воздухом, в свою очередь нагретым от лежащих разогретых камней. Кроме того, помимо горячего воздуха, человек ощущает еще и поток тепла, попадающий на его кожу как бы от невидимых лучей, идущих непосредственно от нагретых камней.

Но на самом деле не «как бы» — а все так и есть. Поток невидимых человеческим глазом инфракрасных лучей (человек видит в узком диапазоне электромагнитных волн 0,4 — 0,8 мкм, а ик-излучения лежат в диапазоне 0,8 — 800 мкм) (рис. 4) пронизывает воздух со скоростью света и нагревает тела, попадающиеся на его пути. Причем ик-излучения способны нагревать тела в большей мере, чем более короткие и более длинные волны. Но это еще не все.

Ковш холодной воды, вылитый на раскаленные камни, охлаждает их. Испарение воды с их поверхности еще более усугубляет охлаждение, но температура в сауне при этом резко возрастает. Точнее, не температура воздуха, а нагрев предметов (включая человека). Объяснение этого парадокса в следующем.

Одноатомные и двухатомные газы (а именно из них состоит воздух — смесь N2 и О2) не поглощают лучистую энергию и не излучают ее, а трехатомные газы Н2О и СО2 ведут себя в лучистом потоке как твердые частички и, будучи нагретыми (от камней каменки в нашем случае), излучают тепловой поток (рис. 5).

Именно поэтому человек чувствует, что «жару добавилось» (хотя температура воздуха в сауне, наоборот, чуть снизилась). Как же люди могут находиться в среде с температурой свыше 100°С? (Рекорд — около 170°С.) Да все просто — активное выведение воды из организма с потом, через поры, удерживает температуру тела в нормальных пределах.

Баня для растений

Теперь вернемся к растениям. Солнечные лучи попадают на почву между ними, и эти участки очень быстро нагреваются до температуры выше окружающего воздуха. Это обусловлено двумя причинами. Солнечные лучи избирательно нагревают тела в зависимости от их цвета — темные нагреваются в большей мере, нежели светлые. Кроме того, неравномерность поверхности почвы увеличивает освещенную площадь, и она практически не отражает солнечные лучи, то есть по отношению к солнечным лучам почва близка к понятию «черного тела» (поглощает энергию).

Будучи нагретой от поглощенных солнечных лучей, эта часть почвы излучает тепловой поток уже в диапазоне ик-волн на листья растений с нижней стороны. Вот тут, можно сказать, мы природу «подставили». Как известно, испарение воды с поверхности листа (транспирация) происходит через устьица, и природа «спрятала» их от попадания прямых солнечных лучей на нижнюю сторону. И вот именно на нее попадает поток ик-излучений от нагретого участка почвы.

Кроме того, длина волны, равная 9 мкм (она лежит в диапазоне ик-излучений), вызывает резонансные колебания молекул Н2О, что в свою очередь приводит к активному испарению воды с поверхности тела. Интенсивность транспирации, количество испаренной воды за час с площади дм2, может изменяться в зависимости от условий, в которых оказалось растение, в 10 раз — от 0,15 до 1,5 г.

Если учесть дополнительный тепловой поток от ик-излучения молекул СО2 и воды и количество испаряемой воды с 1 га (а это ни много ни мало порядка 3,2 тыс. т кукурузы за вегетацию), то становится понятно, какую сауну человек уготовил растению в засуху (рис. 6).

Чем меньшая поверхность поля доступна для прямых лучей солнца, тем легче растению перенести засуху. Борьба за выживание заставляет растения интенсивно испарять воду, так что разница температуры живого листа и погибшего при прочих равных условиях в солнечный день достигает 5—7°С. Это ведь как надо растению испарять воду, чтобы поддерживать такую разницу! В естественной среде растение в подобных условиях никогда не окажется.

О пользе равноудаленности

Как я уже сказал, чем меньшая поверхность поля доступна для прямых солнечных лучей, тем легче растению перенести засуху. Для кукурузы это особенно важно, ибо поток ик-излучений от перегретой почвы попадает на нижнюю часть листьев, поверхность которых у одного растения достигает 4 м2 на 1м2 поля — это гораздо больше, чем у многих других растений.

Что касается пониженной продуктивности культуры при ширине междурядья 70 см, то оно легко объясняется. Растения в рядах скученны, это усиливает конкуренцию между ними за влагу, свет и питательные вещества уже в ранний период жизни, что при одинаковых факторах внешней среды сдерживает возможность повышения урожайности.

С другой стороны, широкое междурядье создает благоприятные условия для сорняков. Для их уничтожения необходимо проводить междурядные обработки, но при этом травмируются верхние тонкие корешки растений, которые обеспечивают поглощение влаги даже при незначительных осадках.

В свете всего вышесказанного растению необходимо максимально помогать в его жизнедеятельности. (Что, собственно, и является целью агротехнологии.) Конкуренция за влагу начинается уже с фазы бутонизации и далее только усиливается, вплоть до созревания. Оптимальное размещение растений в поле позволяет в большей мере развить корневую систему, а значит, достичь впоследствии максимальной продуктивности.

При равномерном размещении улучшается освещение каждого растения и повышается продуктивность фитоценоза. Что касается КПД использования солнечной энергии, то если для большинства растений он близок к 2%, то у кукурузы — около 3,5%. Так что фактически требуется малое — всего лишь не затенять растения, не заставлять их тратить энергию на борьбу друг с другом.

Таким образом, исходя из сугубо линейных и площадных оптимизаций, можно смело утверждать, что при севе кукурузы, чтобы получить максимальный урожай, необходимо равномерно распределять растения на поле. Это обеспечивает их равноудаленность, что в свою очередь позволяет защитить почву от перегрева. А значит — уменьшить поток ик-излучения, снизить потери влаги, усилить угнетение сорняков, затененных равномерно расположенными листьями, которые при этом более полно поглощают солнечную радиацию. Корневая система при таком распределении пронизывает весь объем почвы между растениями. Одним словом, эффективно используется вся среда обитания, создаются идеальные условия для повышенной продуктивности кукурузы (рис. 7).

Но прежде чем применять точную агротехнологию, необходимо ответить на следующие вопросы.

Возможна ли она при наличии такой сельскохозяйственной техники, которая имеется в большинстве наших хозяйств? (Сеялки, комбайны и прочее, как правило, устаревшие морально, да и физически.)

Есть ли возможность равномерного распределения семян в ряду?

Можно ли применять ленточную подкормку растений фосфором и другими удобрениями на глубину 5 см и на такое же расстояние сбоку от рядов?

И, наверное, главное — по карману ли дополнительные затраты?

Преимущества сужения

Исследования зависимости продуктивности кукурузы от тепла, света, воды, воздуха, минеральных элементов начали активно проводиться в СССР во второй половине XX века. Это было мотивировано двумя причинами — увеличением посевов кукурузы и появлением технологии гибридизации.

Сегодня, с учетом изменения климата, кукурузного бума (эту культуру все активнее сеют в северных и западных регионах страны), наличия более 600, гибридов исследования зависимости продуктивности культуры от густоты стояния растений в ряду исключительно интересны. Они в принципе есть, но, к сожалению, выполнены только при величине междурядья 70 см.

Впрочем, доказано, что при уплотнении семян в ряду свыше оптимального в силу ужесточения конкуренции за основные жизненные факторы выход зерна с початка снижается в 1,5—1,8 раза — из-за уменьшения кочана и соответственно количества зерен.

Как известно, величина урожая определяется продуктивностью всех растений с единицы площади поля. В этой связи приведем два графика: один по влиянию густоты стояния растений на урожайность для разных по времени вегетации гибридов кукурузы (рис. 8), а второй — по влиянию потенциала семян гибридов и их засухоустойчивости (рис. 9).

Анализ гистограмм, приведенных на рис. 8 и 9, позволяет сделать следующие выводы (еще раз оговоримся, что это при междурядье 70 см).

При междурядье 70 см густота сева кукурузы для раннеспелых гибридов может быть выше 80 тыс./га.

Оптимальное количество растений на один гектар для среднеранних и среднеспелых гибридов (FAO 260-320) составляет 80 тыс./га.

Засухоустойчивые среднеспелые гибриды также дают наивысшую урожайность при густоте стояния перед уборкой 80 тыс./га.

Теперь рассмотрим сравнение продуктивности при междурядье 70 см и при равнораспределенном размещении растений на поле. Как уже отмечалось, ширина междурядий для кукурузы имеет особо важное значение, ибо начальные фазы развития этой культуры протекают медленно, позднее смыкание дает возможность сорнякам беспрепятственно использовать незатененную поверхность поля для собственного развития.

Известный специалист в области агротехнологий профессор Дитер Шпаар видит преимущества сужения междурядий в следующем:

— лучшее распределение растений по площади питания;

— более равномерное поглощение растениями питательных веществ из всего объема почвы;

— более полное использование внесенных удобрений;

— более раннее смыкание рядов и улучшение микроклимата в посеве;

— пониженная эрозия почвы;

— сокращение позднего засорения посева;

— снижение затрат на гербициды;

— уменьшение остаточного количества нитратов в почве после уборки;

— повышенная устойчивость к засухе.

Опыты, проведенные в Центральной Германии (земля Тюрингия), показали, что особенно компактные низкорослые гибриды положительно реагируют при выращивании с шириной междурядий 30 см. В этих исследованиях отмечалось изменение микроклимата внутри стеблестоя — повышение ночных температур на 5°С (рис. 10). А увеличение массы початков дало основания предполагать, что при выращивании кукурузы на зерно (опыты проводились на силосной кукурузе) снижение величины междурядья также приведет к повышению урожая.

В дальнейшем были проведены исследования по трем программам. Первая — распределение растений на поле без какой-либо обработки. (Результаты приведены на рис. 11.) Как и следовало ожидать, урожайность оказалась выше, чем при междурядье 70 см при равном количестве растений на гектар перед уборкой.

Это можно объяснить не только равномерностью обеспечения растений питанием, влагой и светом, но и тем, что биологическая засоренность была меньше.

Вторая программа. Условия испытаний остались такими же, как и в первом случае, но была проведена двукратная механическая междурядная обработка для уничтожения сорняков на поле с междурядьем 70 см. На поле с равнораспределенным размещением растений сорняк не удалялся. Результаты (рис. 12) убедительно демонстрируют недополучение урожая при отсутствии контроля за сорными растениями.

Программа третьего испытания включала механическую обработку междурядья 70 см, отсутствие механической обработки от сорняков на поле с равнораспределенным размещением растений, применение на обоих полях гербицидов «Харнес» (2,5 л на гектар) под предпосевную культивацию и «Диален Супер» (1,25 л на гектар) в фазе 3—5 листьев.

Результаты испытания приведены на рис. 13. Они убедительно доказали, что продуктивность кукурузы на зерно при равном распределении на поле, даже при отсутствии междурядной обработки и при целевой обработке гербицидами, заметно выше, чем при той же обработке гербицидами и плюс механической борьбе с сорняком при междурядье 70 см.

Все это в очередной раз доказало: равномерное распределение солнечной энергии, влаги, воздуха, питательных веществ создают максимально продуктивную среду обитания каждому отдельному растению, а оптимальная густота их стояния — мощный фактор продуктивности всего поля и надежное препятствие развитию сорняков.

Теперь главное, чтобы это поняли наши аграрии, до сих пор выращивающие кукурузу (даже на семена) по старинке, используя междурядье. Да, новый метод дороже, но овчинка выделки стоит. Тем более что у крупных агрохолдингов средства, в данном случае далеко не лишние, наверняка найдутся.

РИСУНКИ ПРЕДОСТАВЛЕНЫ АВТОРОМ

Уважаемые читатели, PDF-версию статьи можно скачать здесь...

Лампочку можно не менять 10 лет

Светодиодные системы позволяют делать то, что не могут другие технологии, —...

Кругляк преткновения

Сколько стоит мораторий на вывоз необработанной древесины

Градусы против киловатт-чаcов

Платежки за услуги ЖКХ — сколько остается на другие нужды

Возмущению действиями власти нет предела

Я получил платежку за отопление (за половину октября) на 1428 грн. 64 коп.

Газовая и очень калорийная реформа

НАК «Нафтогаз Украины» объявила о намерении со следующего года начать реформу...

Лунная деревня. Марс мне — дом родной

В Днепре стараются не отставать от последних тенденций освоения космоса

Дурная кровь

ВОЗ настаивает, чтобы к 2020 г. все доноры были добровольными и безоплатными.У нас таких...

Киевское водохранилище: Лучше зарыблять, чем...

21 ноября в Киевское водохранилище было выпущено более 100 тыс. мальков растительноядных...

Клубника, пчелы и кролики

«Иностранные специалисты постоянно пытаются уйти от ответственности. То у нас...

Комментарии 0
Войдите, чтобы оставить комментарий
Пока пусто
Блоги

Авторские колонки

Ошибка