Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время вследствие всемирного экологического кризиса, кардинально меняется система подходов и научных представлений о дальнейших путях развития и ведения традиционного земледелия в мире. Интенсивное земледелие, которое осуществляется в странах Запада и экстенсивное его ведение в странах с менее развитым сельскохозяйственным производством, приводят к практически одинаковым последствиям: деградации почв, загрязнению агрофитоценозов веществами-токсикантами, снижению эффективности земледелия, разрушению ландшафтной среды (В.Ф. Вальков, В.А. Клименко, 1979; В.А. Семыкин, 2003, В.Н. Кильдюшкин и др., 2004). В конечном итоге, происходит уничтожение самой возможности ведения традиционного земледелия привычными методами и средствами. Выход из сложившейся ситуации видится в переходе от интенсификации к устойчивому, экологически взвешенному – адаптивному земледелию (В.М. Володин, И.П. Здоровцев, 1999; В.М. Володин, 2000). Фундаментом такого земледелия является поддержание экологического равновесия и восстановление природных ресурсов, применение наиболее эффективных методов использования невосстановимых природных ресурсов через биологизацию, адаптацию, кибернетизацию и целесообразную низкозатратность (А.В. Дедов, 2002; Н.И. Картамышев, В.Ю. Приходько, 2003; А.А. Романенко, 2005; В.Р. Краусп, 2008; Н.А. Зеленский, 2008; В.И. Турусов, 2010).
Таким образом, пришло время от противостояния природе и полного или частичного отрицания её законов, перейти через детальное познание более тонких закономерностей функционирования агрофитоценозов и ландшафтной среды к сотрудничеству, заняв в окружающей среде свою экологическую нишу (А.Л. Иванов, 2002; В.Ф. Сайко, 2003). И, путём смещения динамического равновесия в агроценозах, добиваться получения прибавочного продукта, не переходя предела, за которым начинается необратимое разрушение ландшафтной среды (М.М.Тимофеев, 2004; И.С.Корчагин, 2008).
В диссертационной работе решена важная народнохозяйственная проблема – разработаны элементы адаптивного земледелия, теоретически обоснованы условия и методы их совершенствования, созданы почвообрабатывающие орудия.
Для решения этой проблемы была выдвинута рабочая гипотеза о том, что получение дополнительной растениеводческой продукции при адаптивном земледелии возможно за счёт рационального сдвига биоэнергетического равновесия агрофитоценозов в сторону увеличения производства продукции. Условием чего является соблюдение положительного энергетического баланса. А так же совершенствование технических и биологических систем, взаимодействующих в агрофитоценозе. Гипотеза может быть реализована через агротехнологическое обоснование создания адаптивных технологий, служащих для преодоления кризиса в земледелии и теоретическими исследованиями по регуляции агрофитоценозов. Таким образом, отмеченная народнохозяйственная проблема решается путём создания моделей подсистем адаптивного земледелия и экспериментальном установлении рационального уровня техногенных нагрузок, обеспечивающих самовосстановление агрофитоценозов.
Цель исследований. Обосновать агротехнологические аспекты совершенствования адаптивного земледелия при минимализации основной обработки почвы и сохранении почвенного плодородия в засушливых условиях бассейна реки Северский Донец.
Задачи исследований.
-
Разработать и обосновать закономерности систем обработки почвы с применением удобрений адаптивного земледелия при производстве растениеводческой продукции.
-
Произвести анализ схем расположения рабочих органов и орудий для возделывания сельскохозяйственных растений, и дать прогноз направлений их развития.
-
Изучить влияние объёмной обработки чернозёмных почв, совместного применения противоэрозионных обработок и удобрений на урожайность сельскохозяйственных растений, агрохимические и биологические свойства почв и определить влияние микроэлементов и нитратов на агрофитоценозы.
-
Дать оценку применения усовершенствованных подсистем адаптивных технологий при производстве растениеводческой продукции.
Научная новизна. На основании многолетних исследований, впервые проведённых в условиях бассейна реки Северский Донец, включающего в себя территории Донецкого кряжа в Луганской области, северно-западную часть Ростовской области, восточною часть Харьковской области:
- разработаны теоретические положения и методы совершенствования адаптивного земледелия при производстве растениеводческой продукции;
- проведён теоретический анализ по разработке основ создания технологических систем, направленных на синтез схем элементов адаптивного земледелия, которые способны предотвратить деградацию почв;
- разработан подход по осуществлению саморегуляции агроценозов, что необходимо для конструирования механизмов сельскохозяйственного назначения и обоснованы параметры рабочих органов, осуществляющих объёмную обработку почвы;
- рабочие органы изготовлены в натуре и изучены в полевых условиях для проведения объёмной обработки почвы;
- исследованы почвозащитные обработки совместно с применением удобрений и их влияние на параметры агроценозов, качественный и количественный выход товарной продукции;
- проведены исследования по изучению распространения микроэлементов и нитратов в зависимости от внесения удобрений и видов обработок почвы;
-исследованы возможности короткоротационных севооборотов и совместных посевов злаковых культур и бобовых трав, как элементов биологизации адаптивного земледелия;
- дана комплексная оценка завершённых исследований и установлены экономическая, эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность систем адаптивного земледелия в условиях бассейна реки Северский Донец.
Научная новизна работы подтверждается 8 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения: а.с. 1496662; а.с.1725781; а.с.1766292; патент РФ 2091997; патент РФ 2102844; патент РФ 2102846; патент РФ 2240661; патент РФ 2260929.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная нами методика позволяет производить синтез рабочих органов почвообрабатывающих машин и элементов технологий адаптивного земледелия исходя из конкретных агротехнологических условий. Используемые орудия на базе плоскорежущих рабочих органов с зубовидными рыхлителями по патентам РФ 2091997 и 2102844 для осуществления объёмной обработки почвы снижают эрозионные процессы в 2-4 раза и способствуют росту урожайности зерновых колосовых в среднем на 5-6 ц/га. Применение почвозащитной обработки совместно с внесением минеральных и органических удобрений способствует уменьшению потерь гумуса в 2-5 раз и полностью предотвращает загрязнение продукции растениеводства микроэлементами, нитратами и фтором. А также позволило выявить оптимальные сочетания минеральных удобрений при их внесении в полевом и почвозащитном севообороте. И дало возможность установить рациональное процентное соотношение многолетних трав в почвозащитном севообороте в 40%. Изучение короткоротационного полевого севооборота позволило найти сочетание культур: вико-овсяная смесь – озимая пшеница – ячмень – подсолнечник, дающее окупаемость 1 кг минеральных удобрений в практически в 7 раз. Применение совместных посевов злаковых культур и донника позволило получать на 1 га дополнительно до 600 и более кубических метров влаги. Материалы изданных методических рекомендаций, монографий и книг используются в Луганском национальном аграрном университете, в Восточноукраинском национальном университете им. В.И.Даля - в учебном процессе и в Луганском институте агропромышленного производства при выполнении научных исследований. Используются они ведущим производителем сельскохозяйственной техники юго-востока Украины - Научно-производственной фирмой «Дозатор». Площадь суммарного внедрения разработок в производство за 20 лет исследований составляет более 200 тыс.га. с условным производственным эффектом от 150 до 200 у.е. на гектар.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1.Теоретические и экспериментальные основы совершенствования элементов адаптивного земледелия, как основа создания устойчивых фитоценозов.
2.Основные направления совершенствования почвообрабатывающих машин, способствующих улучшению водно-физических, агрохимических свойств почвы, сокращению стока, потерь элементов питания, повышающих экологическую безопасность окружающей среды и урожайность сельскохозяйственных культур .
3.Эффективность возделывания сельскохозяйственных растений при комплексном применении орудий, почвозащитных технологий и удобрений.
4.Агротехнологическая адаптация производства продукции растениеводства как форма предотвращения её заражения микроэлементами и нитратами.
5.Экономическая, экологическая, биоэнергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных растений при комплексном применении орудий, почвозащитных технологий и удобрений..
Апробация результатов исследований. Основные положения работы доложены и обсуждены на 48 семинарах и конференциях разного уровня, в том числе на Всесоюзной научно-практической конференции «Почвозащитное земледелие с контурно-мелиоративной организацией территории в степной зоне» (Луганск, 1990); симпозиуме «Наука Луганщины в контексте развития региона» (Луганск, 1999); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного земледелия», Луганский НАУ (Луганск, 2003); научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Воронежского ГАУ им. К.Д.Глинки и расширенном заседании кафедры сельскохозяйственных машин (Воронеж, 2003, 2007, 2008, 2010); межрегиональной научно-практической конференции «Освоение альтернативных возобновляемых источников энергии» (Луганск, 2006); международной научно-практической конференции «Современные проблемы механизации производственных процессов в АПК» (Луганск, 2006); международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития агрономической науки» (Персиановский, 2007); международной конференции «Организация самодостаточности промышленного региона: проблемы рынка, экономики, бизнеса» (Луганск, 2008); 2-й Международной научно-технической конференции «Экология промышленных регионов» (Луганск, 2008); в 1980-2011 годах на учёных советах, научно-технических советах, конференциях и методологических семинарах: Ставропольского НИИ сельского хозяйства, Украинского НИИ защиты почв от эрозии, Луганского института агропромышленного производства, Луганского национального аграрного университета, Луганского института труда и социальных технологий, Научно-производственной фирмы «Дозатор», Восточноукраинского национального университета им. В.И.Даля.
Изложенные в настоящей диссертации данные получены в 1980-2010 гг. в процессе выполнения плановой тематики НИР: проблема 0.51.01., раздел 04.03.2. «Изучить факторы и определить пути повышения плодородия эрозионноопасных почв при длительном применении почвозащитных технологий возделывания сельскохозяйственных культур для степной зоны УССР» (№ гос.регистрации 79001572) по 1990 год и с 1991 года при выполнении республиканских научно-технических программ «Земледелие» тема 11.04.01. «Экологически безопасная и ресурсосберегающая система обработки почвы эродированных и эрозионно опасных почв степи Украины (№ гос.регистрации 01920033257), 14.01.01.Н4. «Почвозащитная энергосберегающая агротехника и комплекс сельскохозяйственных машин для выращивания озимых культур и ярового ячменя на эродированных землях с применением прямого сева» (№ гос.регистрации 01920033258) и «Плодородие почв» раздел 02.01.01. «Научные основы применения удобрений в агроценозах степной зоны Украины, которые обеспечивают получение высококачественной продукции, проектируемой урожайности сельскохозяйственных культур, повышения плодородия почв и исключения загрязнения внешней среды» (№ гос.регистрации 01920033245); «Разработать теоретические подходы к созданию защищающих почву орудий и способов» (№ гос.регистрации 0110U006000); «Дать обоснованную оценку новым орудиям и способам для возделывания сельскохозяйственных культур» (№ гос.регистрации 0110U006002) – Государственная программа прогнозирования научно-технологического и инновационного развития на 2008-2012 годы, код 0223072303; «Провести экспериментальную проверку орудий для объёмной обработки почвы» (№ гос.регистрации 0110U006001); «Обобщить экспериментальные данные по применению почвоохранных способов за период с 1980 по 2008 годы» (№ гос.регистрации 0110U006003) – Государственная программа развития отечественного машиностроения для агропромышленного комплекса на 2007-2010 годы – код 0235072122.
Личный вклад соискателя состоит в разработке программ и обосновании методологии постановки и проведения исследований, выполнении экспериментальной их части, обобщении полученных результатов и их интерпретации, подготовке печатных изданий, отчётов и рекомендаций, пропаганды и научном сопровождении внедрения результатов исследований. Публикации выполнены самостоятельно и в соавторстве, авторское участие при этом составляет 80%. Часть творческого вклада в работах в соавторстве состоит из выполнения исследований, обобщения результатов и подготовки материалов к изданию. Внедрение разработок в производство осуществлялось под непосредственным руководством и при участии автора.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 53 работы (авторский объём 99,6 п.л.). В это число входят: 18 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 монографии, 3 книги, 4 брошюры, 3 авторских свидетельства СССР и 5 патентов РФ на изобретения.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 392 страницах компьютерного текста, содержит 38 таблиц, иллюстрирована 117 рисунками, состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка использованных источников, включающего 548 наименований, в т.ч. 58 на иностранных языках и 38 приложений.
Решение отдельных частных задач по теме диссертационной работы выполнены автором при участии кандидатов сельскохозяйственных наук, старших научных сотрудников Ю.А.Усатенко и П.Г.Лапко, кандидата сельскохозяйственных наук, доцента А.И.Денисенко, кандидата технических наук, доцента А.А.Овчаренко. Выражаю признательность за методологические советы и консультации доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.А.Зеленскому и доктору технических наук, профессору В.А.Белодедову. Также выражаю благодарность за советы и замечания при подготовке работы научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, профессору А.Е. Тарабрину.
