Яшутин Н.В., Дробышев А.П., Мальцев М.И., Овцинов В.И., Капичникова Е.В. Научные основы современной агрономии
реклама
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный аграрный университет» Н.В. Яшутин, А.П. Дробышев, М.И. Мальцев, В.И. Овцинов, Е.В. Капичникова НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ АГРОНОМИИ Учебное пособие для магистрантов агрономических направлений История и методология научной агрономии Современные методы познания и управления в агрономии Инновационные технологии в агрономии Математическое моделирование и проектирование в агрономии Барнаул Издательство АГАУ 2011 1 УДК 63 (075) Рецензенты: кандидат с.-х. наук, доцент, декан агрофака АГАУ И.А. Косачев; доктор с.-х. наук, профессор, зав. кафедрой растениеводства, селекции и семеноводства АГАУ Ф.М. Стрижова; доктор с.-х. наук, профессор АГАУ В.В. Вольнов; кандидат с.-х. наук, доцент, зав. кафедрой гуманитарных и естественнонаучных дисциплин Алтайского филиала Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ Л.М. Лысенко. Научные основы современной агрономии: учебное пособие для магистрантов агрономических направлений /Сост.: Н.В. Яшутин, А.П. Дробышев, М.И. Мальцев, В.И. Овцинов, Е.В. Капичникова. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2011. 531 с. ISBN 978-5-94485-201-4 В учебном издании рассмотрены вопросы истории и методологии аграрной науки, эволюции систем земледелия; приведены сведения об основных методах исследования в научной агрономии; изложены основы агрономических знаний, их роль и место в системе формирования эффективного агронома; даны сведения об основных подходах к современному земледелию в условиях Сибири, приведены варианты высокоэффективной энергоресурсосберегающей организации отрасли растениеводства и системы машин для нее. Предназначено для магистрантов агрономического факультета направлений: 110100 – «Агрохимия и агропочвоведение», 110400 – «Агрономия» и 110500 – «Садоводство». Будет полезно для аспирантов, докторантов агрономического факультета и специалистов сельского хозяйства. Рекомендовано к изданию методической комиссией агрономического факультета АГАУ (протокол №3 от 22 ноября 2011 г.). ISBN 978-5-94485-201-4 © Яшутин Н.В., Дробышев А.П., Мальцев М.И., Овцинов В.И., Капичникова Е.В., 2011 © ФГБОУ ВПО АГАУ, 2011 © Издательство АГАУ, 2011 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ...............................................................................7 Часть 1. ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНОЙ АГРОНОМИИ.................................................................................8 Введение............................................................................................8 Раздел 1.1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ НАУКИ.......................................9 1.1.1. Что есть наука? Понятия науки, научного знания и методологии науки ...........................................................................9 1.1.2. Общие положения и подходы ...............................................9 1.1.3. Наука и научное знание: характерные черты ....................12 1.1.4. Дата и место рождения науки..............................................22 1.1.5. Миф, технология, наука .......................................................25 1.1.6. Из плена времени..................................................................29 Раздел 1.2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ ....................................................................................32 1.2.1. В поисках логики открытия.................................................32 1.2.2. Научные революции, парадигмы и научные сообщества.38 Раздел 1.3. МЕТОДОЛОГИЯ НАУКИ .........................................42 1.3.1. Что такое методология.........................................................42 1.3.2. Проблемы современной научной методологии .................48 Часть 2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЗНАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ В АГРОНОМИИ С ПОЗИЦИЙ СИСТЕМНОЙ МЕТОДОЛОГИИ.............................................66 Введение..........................................................................................66 РАЗДЕЛ 2.1. ПОНЯТИЕ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .........................................................................68 2.1.1. Понятие и свойства систем..................................................68 2.1.2. Классификация систем.........................................................71 2.1.3. Управление системами.........................................................74 2.1.4. Этапы системного анализа...................................................76 РАЗДЕЛ 2.2. ЗЕМЛЕДЕЛИЕ КАК ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СИСТЕМА.......................................................................................80 2.2.1. Исторический опыт земледелия с позиции системной методологии ....................................................................................80 2.2.2. Особенности земледелия как отрасли производства ......115 2.2.3. Факторы жизни растений и законы земледелия ..............117 РАЗДЕЛ 2.3. АГРОНОМИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ...........................121 3 Раздел 2.4. АГРОЛОГИСТИКА ..................................................148 Часть 3. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В АГРОНОМИИ.............................................................................155 Введение........................................................................................155 Раздел 3.1. АГРОЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ .............................................................................174 Раздел 3.2. УПРАВЛЕНИЕ ПЛОДОРОДИЕМ ПОЧВЫ В БИОЗЕМЛЕДЕЛИИ..................................................................180 3.2.1. Механические свойства почвы и приемы их регулирования...............................................................................181 3.2.2. Водный режим почвы и его регулирование.....................185 3.2.3. Воздушный режим почвы и биоземледелие ....................187 3.2.4. Тепловые свойства и тепловой режим почвы..................190 3.2.5. Управление режимом освещенности растений ...............194 3.2.6. Агрохимические факторы плодородия почвы и приемы управления минеральным питанием растений ..........................198 3.2.7. Управление биологическими факторами плодородия почвы .............................................................................................210 Раздел 3.3. РАЗВИТИЕ ИДЕЙ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ .............................................................................218 3.3.1. Земледелие без плуга (Гюнтер Кант, Германия) .............218 3.3.2. Прямой посев и минимальная обработка почвы в Великобритании ...........................................................................224 3.3.3. Альтернативное земледелие в США.................................234 3.3.4. Натуральное земледелие в Японии...................................242 3.3.5. Развитие идей альтернативного земледелия в России ....243 Раздел 3.4. БИОТЕХНОЛОГИИ – ОСНОВА ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ИННОВАЦИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ .............................................................................261 3.4.1. Анализ причин низкой конкурентоспособности земледелия на юге Сибири ..........................................................261 3.4.2. Приемы и принципы минимализации затрат на почвоводоохранные мероприятия при возделывании полевых культур в районах проявления засухи и эрозии почв ...............270 3.4.3. Предпосылки и приемы минимализации обработки почвы в биоземледелии................................................................279 4 3.4.3.1. Залужение низкопродуктивных эродирующих участков пашни ............................................................................281 3.4.3.2. Агрономический перелог .................................................281 3.4.3.3. Управление сорной растительностью при переходе к биоземледелию ...........................................................................285 3.4.3.4. Мульчирование полей соломой и сидератами...............291 3.4.3.5. Паровое поле и его перспектива при переходе к биоземледелию ..............................................................................293 3.4.3.6. Предпосевная обработка почвы под яровые зерновые культуры в зернопаровом и плодосменном севооборотах .......297 3.4.3.7. Послеуборочная обработка почвы в биоземледелии....298 Раздел 3.5. ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ И ПРОГРАММЫ СИСТЕМНЫХ БИОТЕХНОЛОГИЙ ПРЯМОГО ПОСЕВА В СИБИРИ...............................................301 3.5.1. Биоценозы и плодосмен в Сибири – основа эффективности и устойчивости земледелия ..............................301 3.5.2. Плодосменные севообороты и технологии прямого посева полевых культур...............................................................310 3.5.3. Машины нового поколения. Их агрономические и экономические преимущества.....................................................311 3.5.4. Резюме .................................................................................329 Часть 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ В АГРОНОМИИ ............................331 Введение........................................................................................331 Раздел 4.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ.................................................332 4.1.1. Понятие моделей и их классификация .............................332 4.1.2. Информационное обеспечение моделирования и проектирования.............................................................................353 4.1.3. Структура математической модели и этапы моделирования..............................................................................358 Раздел 4.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ...............................................373 4.2.1. Понятие проекта и проектирования..................................373 4.2.2. Классификация проектов ...................................................408 Раздел 4.3. ПРОЕКТЫ АГРОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ.........424 4.3.1. Проектирование систем земледелия.................................424 4.3.2. Уточнение специализации хозяйства ...............................424 4.3.3. Проектирование севооборотов..........................................428 4.3.4. Система обработки почвы .................................................433 5 4.3.5. Система удобрения и химической мелиорации...............436 4.3.6. Система защиты растений .................................................446 4.3.7. Система семеноводства......................................................450 Раздел 4.4. ГИБКИЕ НАУКОЕМКИЕ СЕВООБОРОТЫ И ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР ...454 4.4.1. Инновационные технологические системы .....................454 4.4.2. Пилотный модульный проект системы земледелия........464 РАЗДЕЛ 4.5. ЭКОНОМИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЛИ И ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ...............................480 РАЗДЕЛ 4.6. ФОРМЫ ТАБЛИЦ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ ХОЗЯЙСТВА................................501 Библиографический список.........................................................526 6 ПРЕДИСЛОВИЕ Научная агрономия базируется на сплаве большого числа отдельных наук, прежде всего, фундаментальных, таких как биология, химия, физика, а также целого ряда специальных: почвоведение, агрохимия, земледелие, растениеводство, физиология и биохимия растений, селекция и т.д. Областью деятельности научной агрономии является разработка теоретических основ и агротехнических приемов сохранения и повышения плодородия почв, повышения продуктивности культурных растений и качества урожая. За термином «научная агрономия» стоит не столько конкретно-научное, узконаправленное содержание, сколько методология данной области деятельности, система соответствующих методов научного познания и управления со всеми взаимосвязанными науками и отраслями. Научная агрономия учит земледельца не только правильно применять конкретные агроприемы или технологии (следовать инструкции), но и грамотно выбирать их и корректировать в соответствии с условиями конкретной территории и года (приводить инструкции в соответствии с новыми, изменившимися условиями). Вследствие многогранности агрономии и в связи со сложностью, дискуссионностью многих важных вопросов для агронома важно не только иметь знания узкого профильного характера, но и обладать знаниями истории агрономии, эволюции систем земледелия, методологии и методов познания, методов прогнозирования, проектирования и управления. Философское и конкретно-научное видение агрономических вопросов, предлагаемое читателю в данной книге, будет способствовать не только укреплению профильных знаний агронома, но и формированию агронома-ученого, способного справляться со всем многообразием сложных и нестандартных ситуаций в земледелии. При написании данного пособия использованы труды ряда видных ученых-аграриев. Всем им составители выражают глубокую признательность. 7 Часть 1. ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНОЙ АГРОНОМИИ Введение Многие студенты в процессе проведения первых самостоятельных исследований начинают сомневаться в возможности или достаточности своих научных знаний. Нередко даже хорошие знания научных теорий не позволяют решить конкретную практическую задачу. В то же время значение исследований и научных разработок непрерывно растет. Сегодня наука реально стала производительной силой во многих развитых странах мира. В исследования и разработки вовлечены миллионы людей самых разных профессий. Исследования становятся основой эффективного управления регионом, корпорацией, малым предприятием. Проблемам управления исследованиями посвящены книги ведущих ученых мира. Благодаря достижениям науки в разных отраслях знаний (физики, математики, философии, общества, человека) в 20-м столетии появилась наука управления. Разрабатывались научные подходы к решению практических проблем организации и управления отраслью, крупным промышленным комплексом и отдельными сферами деятельности (прогнозирования, планирования, программирования, организации, мотивации, учета, контроля, снабжения, сбыта и др.). Ведущая роль науки в научно-техническом прогрессе и развитии общества обусловила исследования эволюции научных знаний, теории, методологии и практики использования научных теорий во всех сферах человеческой деятельности. 8 Раздел 1.1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ НАУКИ 1.1.1. Что есть наука? Понятия науки, научного знания и методологии науки Теперь нужно с максимальной определенностью и конкретностью выделить объект исследования – собственно науку. Томас Гоббс писал: “Наука, как и искусства, суть благо, ибо они доставляют удовольствие. Человеку по природе свойственно интересоваться всем новым, т.е. жаждать познания причин всех вещей. Этим и объясняется то, что наука является как бы пищей духа и имеет для духа то же значение, что предметы питания для тела; явления природы для жаждущего знания духа – то же, что пища для голодного. Разница заключается, однако, в том, что тело может насытиться пищей, между тем как дух никогда не может удовлетвориться знанием”. 1.1.2. Общие положения и подходы Ориентируясь на сложившееся к сегодняшнему дню понимание науки как объекта исследования, т.е. науки о науке, или рефлексии науки, или самосознания науки, или философии науки (что в принципе одно и то же), можно выделить следующие подходы к исследованию и пониманию предмета “наука” или “научное познание мира”. Наука в контексте становления человеческой культуры может рассматриваться как: − знание; − деятельность; − институт. При более подробной характеристике это: наука как система знаний о мире (Вселенной, обществе, человеке), наука как человеческая деятельность по получению новых знаний, наука как одна из организационных форм (институт) функционирования общества, государства. Функционированием науки как системы уже полученного знания занимается сама наука. Именно в сфере науки происхо9 дят получение, отбор, систематизация, обобщение, популяризация научных знаний и представление их для общего (внешнего) или дальнейшего внутреннего использования. В первом случае знания используются в материально-практической жизни общества или же его духовном обогащении, во втором – для постановки новых научных исследований, формирования новых исследовательских программ. Промежуточным вариантом является система образования, в которой научные знания служат как для внешнего, так и для внутреннего (по отношению к науке) использования. Исследованием науки как специфической человеческой деятельности, направленной на познание мира (природы и духа, материального и идеального), занимаются философия, методология и логика науки, а также философская теория познания. Исследованием науки как особого социального явления (сообщество ученых) или как специфического социального института (учреждения) занимается науковедение. Особая дисциплина – история науки, которая имеет отношение ко всем ее “ипостасям”, хотя чаще всего историконаучные исследования ограничиваются фактологическим описанием по типу “что, где и когда?”. Надо отметить, что, как и все членения (аналитические схемы) предмета исследования, данное разделение приблизительно. Например, проблемы дисциплинарной организации науки: становления и функционирования различных областей знаний и научных дисциплин, взаимосвязь и взаимодействие научных знаний с процессами их интеграции, синтеза и дифференциации, есть проблемы и направления анализа науки и как деятельности, и как системы знания, и как организационного (в данном случае дисциплинарного) ее устройства. Рассмотрим основные подходы к пониманию науки как особого социального явления и института. Для простоты и ясности понимания науки как формального социального учреждения (института), которое организационно оформляет (можно сказать, формализует) естественно складывающееся сообщество ученых (можно сказать, “естественный организм”), следует иметь в виду, что науке как “институту” и 10 науке как “сообществу” присущи все характерные черты “государства” и “социальных групп”. В первом случае мы имеем систему учреждений и организационных форм: систему управления (административные должности руководителей и подчиненных), систему иерархии (степени и звания), систему организации (кафедры, научные институты, общества, академии, системы семинаров, конференций, конгрессов, съездов, совещаний), систему правового регулирования (законы и уложения об авторском праве, статусе ученых и научных коллективов), систему средств производства (инструментально-экспериментальное оборудование, лабораторные помещения, информационные системы). Во втором случае мы можем увидеть в сообществе ученых типичные черты любого человеческого сообщества. В научном сообществе живут и работают люди (и все человеческое им не чуждо, как сказал бы Сенека). В этом сообществе адептов истины есть и “генераторы идей”, и простые исполнители, рабы и господа (отношения, которые основаны на той или иной форме материально-административной зависимости ученых друг от друга), существуют и негласные традиции и нормы поведения, и общепринятая этика, и протокол официальных отношений; ретрограды и обскуранты (придерживающиеся старого и препятствующие новому), нормы и идеалы научного познания, “внутринаучные идеологии” (например, “математическая идеология” в естествознании, “физическая идеология” в химии), встречаются и нечестные люди (воровство идей, плагиат, разработка псевдозначимых для науки и практики проблем – распространенное и, к сожалению, часто очень замаскированное явление), мошенники (сознательно шельмующие экспериментальные результаты или теоретические выкладки). Есть судьи и суды (рецензенты и экспертные советы), конъюнктурщики и следователи моды (выбирающие направление исследований не по “научной совести”, не по “приоритетам Истины”, а по внешним приоритетам, сейчас это проявляется в массовой экологизации и компьютеризации науки). Наконец, в научном сообществе есть, проще говоря, не только умные люди, но и глупые. Названные особенности и формы отношений в сообществе ученых и институте науки предполагают множество сложных 11 проблем, требующих специального анализа. Поскольку проблемы науковедения не являются предметом настоящей работы, ограничимся вышесказанным и ниже будем преимущественно анализировать проблемы философии и методологии науки с опорой на историко-логические реалии становления научного знания. 1.1.3. Наука и научное знание: характерные черты Существует множество определений понятий “наука” и “научное знание”, в которых выделяются не всегда одни и те же родовые и видовые признаки. Что касается “родовой принадлежности” науки, то здесь сходимости в различных определениях больше, чем в определениях ее видовых признаков: как правило, наука рассматривается как составная часть человеческой культуры, цивилизации, как реализация основного видового признака человека – наделенность разумом (homo sapiens – человек разумный). Вначале приведем устоявшиеся определения, введенные в справочные издания. В “Философском энциклопедическом словаре” 1983 г. издания дано следующее определение понятия “наука”: “Наука – сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности. В ходе исторического развития наука превращается в производительную силу общества и важнейший социальный институт. Понятие “наука” включает в себя как деятельность по получению нового знания, так и результат этой деятельности – сумму полученных к данному моменту научных знаний, образующих в совокупности научную картину мира. Термин “наука” употребляется также для обозначения отдельных отраслей научного знания”. В “Краткой философской энциклопедии”, изданной в 1994 г., приводится схожее определение: “Наука (греч. episteme, лат. scientia) – сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая схематизация объективных знаний о действительности; отрасль культуры, которая существовала не во все времена и не 12 у всех народов. Родоначальниками науки как отрасли культуры, выполняющей самостоятельную функцию, были греки, передавшие затем ее в качестве особого идеала культурной жизни европейским народам. Наука образует сущность человеческого знания”. Рассмотрим в связи с этим некоторые известные дефиниции понятий “наука” и “научное знание”, даваемые известными мыслителями. Вполне понятно, что, выделяя характерные признаки научности знания, мы одновременно решаем вопрос и об отнесении той или иной деятельности к научной и ненаучной сферам, смотря по тому, какого рода знания получаются в результате соответствующей деятельности. Начнем с Аристотеля и обратимся к его высказываниям. Об особенностях человеческого знания Аристотель пишет в самом начале “Метафизики”: “А наука и искусство возникают у людей через опыт. Ибо опыт создал искусство..., а неопытность – случай. Появляется же искусство тогда, когда на основе приобретенных на опыте мыслей образуется один общий взгляд на сходные предметы”. Итак, основа науки – это опыт и рациональная генерализация опыта, т.е. у Аристотеля вполне позитивистский подход. Особенность заключается в том, что критерием науки и научности знания, по Аристотелю, является познание причин, т.е. второй неотъемлемый критерий научности знания – критерий объект-предметный. Он пишет: “Но все же мы полагаем, что знание и понимание относятся больше к искусству, чем к опыту, и считаем владеющих каким-то искусством более мудрыми, чем имеющих опыт... В самом деле, имеющие опыт знают “что”, но не знают “почему”; владеющие же искусством знают “почему”, т.е. знают причину”. Далее Аристотель указывает четыре рода причин, познание которых должно составлять предмет любой науки: “Совершенно очевидно, что необходимо приобрести знание о первых причинах: ведь мы говорим, что тогда знаем в каждом отдельном случае, когда полагаем, что нам известна первая причина. А о причинах говорится в четырех значениях: первой причиной мы считаем сущность, или суть бытия вещи (ведь каждое “почему” сводится, в конечном счете, к определению вещи, а первое “почему” и есть причина и начало); второй причиной мы 13 считаем материю, или субстрат (hypokeimenon); третьей – то, откуда начало движения; четвертой – причину, противолежащую последней, а именно “то, ради чего”, или благо (ибо благо есть цель всякого возникновения и движения”. Иммануил Кант основным признаком научности знания и науки считал систематичность. По Канту, научные знания – это знания, представляющие собой обязательно систему согласно “архитектонике чистого разума”. Особенно ясно эти мысли выражены в разделе “Трансцендентальное учение о методе” в “Критике чистого разума”: “Под архитектоникой я разумею искусство построения системы. Так как обыденное знание именно лишь благодаря систематическому единству становится наукой, т.е. из простого агрегата знаний превращается в систему, то архитектоника есть учение о научной стороне наших знаний вообще, и, следовательно, она необходимо входит в учение о методе”. Важно, что во всех определениях науки выделяемым Кантом инвариантом1 является ее систематичность. Так, он пишет: “Что касается сторонников научного метода, то перед ними выбор: действовать либо догматически, либо скептически, но они при всех случаях обязаны быть систематичными”. Что касается идеала научности знания, то для Канта, как мы знаем, это была математика: “В любом частном учении о природе можно найти науки в собственном смысле столько, сколько имеется в нем математики”. Шопенгауэр, отрицая идеал математического знания как эталона научности, близок к Канту в выделении основного признака научного знания. Если у Канта это систематичность, то у Шопенгауэра – близкое по смыслу понятие общности. Шопенгауэр писал: “...Цель науки не большая достоверность (ибо последнюю может иметь и самое отрывочное отдельное сведение), но облегчение знаний посредством его формы (вспомним здесь об “архитектонике” Канта) и данная этим возможность полноты знания. Поэтому ложно рассматривать мнение, что научность знания заключается в большей достоверности, и столь же ложно вытекающее отсюда утверждение, будто лишь математика и ло1 Инвариантность – неизменность, независимость от чего-либо. 14 гика – науки в подлинном смысле слова, так как только они, в силу своей априорности, обладают неопровержимой достоверностью познания. Этого последнего преимущества у них нельзя оспаривать, но оно вовсе не дает им особого права на научность, которая состоит не в достоверности, а в систематической форме познания (прямая преемственность с мыслями Канта), основанной на постепенном восхождении от всеобщего к особенному”. Мыслитель ХХ в. Ясперс, как Кант и Шопенгауэр, выделяет один из главных признаков науки – общезначимость, однако принципиально расходится с Шопенгауэром, выделяя еще и достоверность научного знания, а также наличие методов. В разделе “Характеристики современной науки” он писал: “Науке присущи три необходимых признака: познавательные методы, достоверность и общезначимость. Я обладаю научным знанием лишь в том случае, если осознаю метод, посредством которого я это знание обретаю, следовательно, могу обосновать его и показать в присущих ему границах. Я обладаю научным знанием лишь в том случае, если полностью уверен в достоверности моего знания. Тем самым я обладаю знанием и о недостоверности, вероятности и невероятности. Я обладаю научным знанием лишь тогда, когда это знание общезначимо. В силу того, что понимание научных знаний, без сомнения, доступно рассудку любого человека, научные выводы широко распространяются, сохраняя при этом свое смысловое тождество. Единодушие – признак общезначимости. Там, где на протяжении длительного времени не достигнуто единодушие всех мыслящих людей, возникает сомнение в общезначимости научного знания”. Заметим, что общезначимое или “единодушное” знание не есть удовлетворительный критерий достоверности и тем более истинности, т.е. объективности знания. Скорее это конвенциалистский критерий, а здесь мы уже приходим к точке зрения конвенционализма, выраженного наиболее определенно Пуанкаре. 15 В неопозитивизме критерием научности знания является его подтверждаемость (верифицируемость), что связывается с логически непротиворечивыми языком и логикой описания данных опыта, представленных в “протокольных суждениях” (т.е. суждениях, описывающих непосредственный опыт). В свою очередь представитель постпозитивизма Поппер выдвинул противоположный позитивистскому критерий научности знания – так называемый “принцип фальсификации”, согласно которому знание может приниматься как научное, “если класс его потенциальных фальсификаторов не равен нулю”. Наконец, Фейерабенд в “анархистской теории научного знания” утверждает, что подлинной науке должна быть свойственна “пролиферация научных теорий”, т.е. не только допустимо, но и необходимо создавать самые разные варианты для описания и объяснения тех или иных исследуемых в науке объектов. К этому надо также добавить преемственность научного знания, что выражено в известном принципе соответствия. В итоге, можно перечислить основные критерии научности знания, выделяемые для их анализа в контексте истории науки на предмет их инвариантности: − общность и систематичность; − общезначимость (интерсубъективность); − объективность (независимость от субъекта познания); − наличие специальных осознанных познавательных методов (теоретических и экспериментальных); − достоверность (верифицируемость); − критикуемость (фальсифицируемость); − дополнительность (от корпускулярно-волнового дуализма до методологического анархизма П. Фейерабенда); − преемственность (выражается принципом соответствия). Вначале среди отобранных критериев научности знания попробуем выбрать абсолютно инвариантные. К таковым не будут относиться, казалось бы, с первого взгляда “самые научные” критерии: объективность и достоверность. Действительно, если понимать объективность знания как наличие в нем элементов знаний об объекте, каков он есть на самом деле, “сам по себе”, 16 без влияния познавательной системы (человека с экспериментально-теоретическим инструментарием), то этот идеал уходит по мере развития науки. Можно ориентироваться, например, на периодизацию изменения норм научности знания в терминах: классическая наука, неклассическая наука и постнеклассическая наука (соответственно: классическое, неклассическое и постнеклассическое научное знание). Наблюдая развитие науки от классического периода (классическая механика, электродинамика) к неклассическому периоду (квантовая механика как описание единой системы “исследуемый объект – человек и его инструменты”), а далее к постнеклассическому периоду (человек во взаимодействиях с открытыми саморазвивающимися системами, возрастание роли аксиологических критериев оценки научного знания), мы видим утрату классического идеала объективного знания. В физике микрочастиц, квантовой механике “наблюдаемую систему” (объект и его окружение) и “наблюдающую систему” (субъект и его инструменты) невозможно разделить ни в экспериментальной ситуации, ни в теоретическом описании. Здесь знание остается объективным только в смысле, придаваемом этому понятию Кантом как общезначимому знанию, имеющему основания в пределах возможного опыта (т.е. можно сказать, что научное знание ХХ в. весьма приблизилось к критериям Канта). Понятие “объективное” у Канта поясняется так: “... объективное значение и необходимая всеобщность суть тождественные понятия, и хотя мы не знаем объекта самого по себе, но когда мы придаем суждению всеобщность и через то, необходимость, то этим самым придаем ему и объективное значение”. Что касается достоверности, то в истории науки имеется масса примеров, когда научные знания впоследствии были опровергнуты или принципиальным образом пересмотрены (отсюда они не стали ненаучными, иначе большую часть истории науки следовало бы вычеркнуть как не ее историю: геоцентризм, учение о стихиях и эфире в античности, учения о флогистоне и теплороде). Надо отметить, что научное знание, строго говоря, не претендует на постижение Истины, поскольку в науке принимаются 17 не абсолютные, а условные критерии достоверности знания (критерии верифицируемости): практичность (характерна для экспериментальных наук), прагматичность (характерна для технических наук), понятийно-терминологическая строгость и логическая непротиворечивость (характерны для теоретических наук, особенно для математики, логики, теоретической физики), простота (один из вариантов – принцип экономии мышления у Э. Маха), очевидность, красота, соответствие здравому смыслу. Эти критерии принимаются различными группами ученых в различные времена, как правило, на основании ситуационных предпочтений (определяемых областью знания, традициями, исторической ситуацией), что подтверждают их условность и относительность. Не всякое научное знание преемственно, не всякие научные описания одного и того же объекта можно считать дополнительными (если одно явно ошибочное или просто не воспринимается представителями альтернативной концепции, или вообще никакого дополнительного описания объекта нет, а есть только одно). Не всякое научное знание общезначимо (особенно это касается принципиально новых идей, которые могут быть длительное время значимы только для единиц или только для автора). Что касается принципов верификации и фальсификации, то их можно объединить в принцип проверяемости знания: любое знание может считаться научным, если его можно потенциально подтвердить или опровергнуть. Но проверить, к сожалению, можно не все знания, которые относятся традиционно к научным: космогонические теории, исторические реконструкции, ненаблюдаемые элементарные частицы (реальность которых постулируется для “склейки” теоретических и экспериментальных положений физики элементарных частиц). Если теперь выделить инвариантный видовой признак научного знания на основании всех вышеприведенных анализов, определений и характеристик, то это будет, безусловно, систематичность, а не достоверность, общезначимость и т.д., как представляется многим на первый взгляд. 18 История науки подтверждает это: многие знания, получаемые в сфере науки, устаревали, пересматривались заново, просто опровергались, но они входят в контекст научного познания как научные ввиду их претензии на систематичную форму представления. Если говорить словами Канта, то специфика научного знания и научного метода – это специфическая архитектоника. Наконец, системность (целостность, а не агрегативность) науки и научного знания возможна только при наличии определенного осознанного метода. Об этом хорошо сказано в “Логике” И. Канта: “Познание как наука должно руководствоваться методом. Ибо наука есть целое познание в смысле системы, а не в смысле лишь агрегата. Поэтому она требует познания систематического, следовательно, осуществленного по обдуманным правилам... Как учение об элементах имеет в логике своим содержанием элементы и условия совершенства познания, так, напротив, общее учение о методе в качестве другой части логики должно трактовать о форме науки вообще или о способе и виде соединения многообразия познания в науку”. В результате мы приходим к тому, что единственным инвариантом науки и научного знания является их основа на определенном и осознанном методе, или можно сказать так: только та область познавательной деятельности является наукой в собственном смысле слова, которая включает в себя методологию, или учение о собственном методе. В результате инвариантными критериями научности знания являются: 1) его системность; 2) наличие осознанного метода (системы познавательных методов, познавательного экспериментального и/или теоретического инструментария). Следующими по значимости критериями научности знания можно назвать их историческую преемственность и фальсифицируемость. Это обусловливает общенаучную значимость “принципа соответствия” и “принципа фальсификации”. Что касается философии и философских знаний, то нетрудно заметить, что философское знание не соответствует всем критериям научности знания, представленным выше. В фило19 софском знании есть, безусловно, общность и системность, есть и специальные познавательные методы (гносеология), и верифицируемость с фальсифицируемостью, и дополнительность, но не было и нет таких существенных признаков, как общезначимость и преемственность. В физике подавляющим большинством представителей научного сообщества принимаются, например, законы классической механики Ньютона, электродинамика Максвелла, уравнение Шредингера, законы сохранения, равно как в химии атомно-молекулярное учение или в биологии учение о наследственности и молекулярных носителях генетической информации (нуклеиновых кислотах РНК и ДНК). В философии, напротив, во все времена культивировались противоречащие друг другу учения, полностью принимаемые одними мыслителями и полностью отвергаемые другими. Философия, являясь основой методологии всех других областей человеческой деятельности, не лучшим образом обеспечивает методологическими разработками свою собственную область – методологию философского образования. Это видно по содержанию отечественных курсов философии в недавнем прошлом. Избыток преподавания диалектического материализма был обусловлен не только идеологическими причинами, но и тем, что философия считалась наукой, хотя наукой она является только в некоторых ее областях. Отсюда и взгляд на развитие философии как на науку с последовательной заменой старого и несовершенного знания новым, более совершенным, в котором старое знание присутствует как составная часть, элемент, момент. Другими словами, развитие философии рассматривалось с точки зрения принципа соответствия. В этом случае, конечно, как и при преподавании других наук (математики, физики, биологии), в курсах философии основной акцент делался на изучении ее последних достижений – диалектического материализма. Но философия не во всех важных частях есть наука, это очевидно уже по тому неоспоримому факту, что в философском знании не наблюдается прогрессивного развития на основе принципа соответствия (прежнее знание не входит как составная часть в более новое и совершенное, а сохраняет свою актуальность). Так, для философа изучение диалогов Платона, “Метафизики” Аристотеля, “Исповеди” Августина, “Рассуждений о методе” 20 Декарта не менее (а иногда и более) важно, чем изучение трудов современников. В то же время образование хорошего физика может состояться без изучения “Диалога о двух важнейших системах мира” Галилея или “Математических начал натуральной философии” Ньютона. Этот аспект является хорошим примером важности философско-методологических проблем образования, в том числе и философского образования. При этом важно подчеркнуть, что философская мысль, в том числе и такие ее “прикладные” области, как, например, социальная философия, не предназначены, вопреки распространенному мнению, в своем высшем человеческом назначении создавать для практиков “технологии” переустройства общества или “руководства” по влиянию на ход истории (вспомним неудачный опыт применения философских концепций в социальной практике в историческом размахе от Платона в Сиракузах до Ленина в России). Философия выполняет более существенную и несуетную задачу – она открывает путь к пониманию человеком смысла истории и самоопределению себя в ней. Для такого самоопределения человек обладает свободой воли и сверхприродной сущностью, что дает ему возможность приблизиться к свету Истины и Добру. То есть и в той части, где философию можно отнести к науке, она – наука, призванная производить духовные ценности и удовлетворять духовнопознавательные, а не материально-практические запросы человека. Наконец, важно сказать об общей черте всех областей человеческого познания мира: философского, научного, технического, эстетического, обыденного. Знания во всех этих областях не имеют полного завершения, и это хорошо для человека тем, что человеческая любознательность всегда может удовлетворяться постижением еще не постигнутого нового и интересного. С точки зрения деятельностного подхода, с учетом результатов проведенного анализа смысла и значения понятия “наука”, можно предложить следующее краткое определение: наука – это целенаправленная познавательная деятельность, вырабатывающая системное знание на основании осознанных познавательных методов. Научное знание потенциально фальсифицируемо и, как правило, преемственно. 21 Здесь напомним, что, например, по Канту, “метод есть способ действия согласно основоположениям”. Проблемы самопознания (рефлексии) науки и образования, осложняемые их собственной исторической динамикой, хорошо выражены у Хайдеггера: “Пути осмысления постоянно изменяются, смотря по месту начала движения, смотря по отмеренной доле пути, смотря по далекости открывающихся в пути перспектив на достойное вопрошание. Хотя науки на своих путях и своими средствами как раз никогда не могут проникнуть в существо науки, все же каждый исследователь и преподаватель, каждый человек, занятый той или иной наукой, как мыслящее существо способен двигаться на разных уровнях осмысления и поддерживать его... Осмысление требуется ему как отзывчивость, которая среди ясности неотступных вопросов потонет в неисчерпаемости того, что достойно вопрошания, в чьем свете эта отзывчивость в урочный час утратит характер вопроса и станет простым сказом”. 1.1.4. Дата и место рождения науки Определить точные дату и место рождения науки непросто. Одна точка зрения исходит из того, что наука отождествляется с опытом практической и познавательной деятельности вообще. Тогда отсчет времени надо вести с каменного века, с тех времен, когда человек в процессе непосредственной жизнедеятельности начал накапливать и передавать другим знания о мире. Известный английский ученый и общественный деятель Джон Бернал в своей книге «Наука в истории общества» пишет: «Так как основное свойство естествознания заключается в том, что оно имеет дело с действенными манипуляциями и преобразованиями материи, главный поток науки вытекает из практических технических приемов первобытного человека; их показывают и им подражают, но не изучают досконально... Вся наша сложная цивилизация, основанная на механизации и науке, развилась из материальной техники и социальных институтов далекого прошлого, другими словами, из ремесел и обычаев наших предков». 22 Многие историки называют другую дату: наука рождается приблизительно двадцать пять веков назад (примерно V в. до н.э.) в Восточном Средиземноморье, точнее, в Древней Греции. Именно в то время на фоне разложения мифологического мышления возникают первые программы исследования природы, появляются не только первые образцы исследовательской деятельности, но и осознаются некоторые фундаментальные принципы познания природы. Наука понимается этими историками как сознательное, целенаправленное исследование природы с ярко выраженной рефлексией о способах обоснования полученного знания и самих принципах познавательной деятельности. Коротко говоря, наука – это особый вид знания, это знание с его обоснованием. Уже в Древнем Египте и Вавилоне были накоплены значительные математические знания, но только греки начали доказывать теоремы. Поэтому вполне справедливо считать, что столь специфическое духовное явление возникло в городахполисах Греции, истинном очаге будущей европейской культуры. Третья точка зрения относит дату рождения науки к гораздо более позднему времени, к периоду расцвета поздней средневековой культуры Западной Европы (XII-XIV вв.). Наука, согласно этому взгляду, возникает в тот период, когда была переосознана роль опытного знания, что связано с деятельностью английского епископа Роберта Гроссетета (1168-1253) и английского францисканского монаха Роджера Бэкона (ок. 1214-1292). Эти оксфордские ученые, все математики и естествоиспытатели, призывают исследователя опираться на опыт, наблюдение и эксперимент, а не на авторитет предания или философской традиции, что составляет важнейшую черту современного научного мышления. Математика, по выражению Роджера Бэкона, является вратами и ключом к прочим наукам. Характерной чертой этого периода в развитии духовной культуры Западной Европы была также критика аристотелизма, долгие века господствовавшего в природознании. Таким образом, эта точка зрения прямо противоположна изложенной выше. Она связывает рождение естествознания нового времени, а тем самым и науки вообще с постепенным осво23 бождением научного мышления от догм аристотелевских воззрений, т.е. с бунтом против философского спекулятивного мышления. Большинство же историков науки считают, что о науке в современном смысле слова можно говорить только начиная с XVI-XVII вв. Это эпоха, когда появляются работы Кеплера, Гюйгенса, Галилея. Апогеем духовной революции, связанной с появлением науки, являются, конечно, работы Ньютона, который, кстати говоря, родился в год смерти Галилея (1643). Наука в таком понимании – новейшее естествознание, умеющее строить математические модели изучаемых явлений, сравнивать их с опытным материалом, проводить рассуждения посредством мысленного эксперимента. Рождение науки здесь отождествляется с рождением современной физики и необходимого для нее математического аппарата. В этот же период складывается новый тип отношения между физикой и математикой, плодотворный для обеих областей познания. Надо прибавить, что в XVII в. происходит и признание социального статуса науки, рождение ее в качестве особого социального института. В 1662 г. возникает Лондонское королевское общество, в 1666 г. – Парижская академия наук. Некоторые (правда, немногочисленные) исследователи сдвигают дату рождения современной науки на еще более позднее время и называют конец первой трети XIX в. Такого мнения придерживаются те, кто считает существенным признаком современной науки совмещение исследовательской деятельности и высшего образования. Первенство здесь принадлежит Германии, ее университетам. Новый тип обучения предлагается после реформ Берлинского университета, происходивших под руководством знаменитого и авторитетного естествоиспытателя Вильгельма Гумбольдта. Эти идеи были реализованы наилучшим образом в лаборатории известного химика Юстуса Либиха в Гисепе. Новация состояла в том, что произошло оформление науки в особую профессию. Рождение современной науки связано поэтому с возникновением университетских исследовательских лабораторий, привлекающих к своей работе студентов, а также с проведением 24 исследований, имеющих важное прикладное значение. Новая модель образования, в качестве важнейшего последствия для остальной культуры, дала появление на рынке таких товаров, разработка и производство которых предполагают доступ к научному знанию. Действительно, именно с середины XIX в. на мировом рынке появляются удобрения, ядохимикаты, взрывчатые вещества и т.д. Историки показывают, что для Англии и Франции, не принявших поначалу «немецкой модели» образования, это обернулось резким культурным отставанием. Культ ученыхлюбителей, столь характерный для Англии, обернулся для нее потерей лидерства в науке. Процесс превращения науки в профессию завершает становление современной науки. Теперь научно-исследовательская деятельность становится признанно важной, устойчивой социокультурной традицией, закрепленной множеством осознанных норм, делом столь серьезным, что государство берет на себя некоторые заботы о поддержании этой профессии на должном уровне, причем это делается в порядке защиты общезначимых национальных интересов. Иногда можно встретить и такую экстравагантную точку зрения, которая исходит из того, что подлинная наука – Наука с большой буквы – еще не родилась, она появится только в следующем веке. Здесь, конечно, мы уже покидаем почву былого, почву истории науки и попадаем в область социальных проектов. 1.1.5. Миф, технология, наука Попробуем задать себе вопрос: является ли возникновение науки некоторой железной закономерностью в развитии человеческой истории, могут ли культуры, обладая разнообразными познаниями и техническими навыками, не создавать тот тип производства знания, который получил имя «наука»? В большинстве своем историки науки согласны с тем, что такое возможно. В Египте, Месопотамии, Индии, Китае, Центральной и Южной Америке доколумбовой эпохи существовали великие 25 цивилизации, накопившие гигантский и по-своему глубокий, своеобразный опыт производственных навыков, ремесел и знаний, но не создавшие науки в современном смысле слова. В технологическом плане Поднебесная империя Китая ощутимо обгоняла западноевропейскую цивилизацию вплоть до XV в. Китай дал миру порох, компас, книгопечатание, механические часы, технику железного литья, фарфор, бумагу и многое, многое другое. Китайцы смогли развить великолепную технику вычислений и применить ее во многих областях практики. По мнению известного английского историка Джозефа Нидама, между I в. до н.э. и XV в. н.э. с точки зрения эффективности приложения человеческих знаний к нуждам человеческой практики китайская цивилизация была более высокой, чем западная. Но науки как таковой эта империя не создала. В Индии религиозные каноны требовали строгого постоянства звуков священных санскритских текстов, и ради этой цели была изобретена поражающая своей детальностью грамматика, позволявшая очень точно описывать звуковой строй языка, которая приводит в изумление даже лингвистов современности, ибо она предвосхитила теоретическую фонологию. Да и мало ли других удивительных достижений насчитывает индийская культура! Достаточно вспомнить ее математику, медицину, разнообразную ремесленную практику... Однако познание внешнего мира не признавалось в Древней Индии высшей ценностью и благом для человека. Говорят, когда Будду спрашивали о природе мира, его происхождении и законах, он, как свидетельствует традиция, отвечал «благородным молчанием». Человек, в теле которого застряла стрела, говорил Будда, должен стараться извлечь ее, а не тратить время на размышления по поводу того, из какого материала она сделана и кем пущена. Древний Вавилон создал развитую арифметику, на которой базировались точные геометрические измерения и обработка астрономических наблюдений. Вавилонская астрономия, в свою очередь, была средством государственного управления и регулирования хозяйственной жизни, она была нужна, прежде всего, для составления календарей и предсказания разлива рек. И нам хорошо известно, что учителями древних греков в области математики и философии были, прежде всего, египтяне, ко26 торые сумели передать им многое из того драгоценного познавательного опыта, который был накоплен в Вавилоне и Месопотамии, добавив при этом то, что было накоплено ими самими. В каком же смысле те историки науки, которые считают местом рождения науки Древнюю Грецию, выводят из рассмотрения эти замечательные достижения более древних культур? Речь идет о том, что научное познание мира – это не просто объяснение его устройства, которое дает миф, и не просто технологические знания, которые могут вырабатываться, опираясь и на указания мифа, и на практическую повседневную жизнь, и быть «побочным продуктом» магических и ритуальных действий религиозного содержания. Ни миф, ни технология сами по себе никогда не превращаются в науку. Каким же образом мог произойти этот духовный скачок, столь важный в перспективе мировой истории? Известный историк античной науки И.Д. Рожанский пишет: «В странах Ближнего Востока математические, астрономические, медицинские и иные знания имели прикладной характер и служили только практическим целям. Греческая наука с момента своего зарождения была наукой теоретической; ее целью было отыскание истины, что определило ряд ее особенностей, оставшихся чуждыми восточной науке». Так, ни вавилоняне, ни египтяне не проводили различия между точными и приближенными решениями математических задач. Любое решение, дававшее практически приемлемые результаты, считалось хорошим. Напротив, для греков имело значение только строгое решение, полученное путем логических рассуждений. Вавилонские астрономы умели наблюдать и предсказывать многие небесные явления, включая расположение пяти планет, но они не ставили вопроса о том, почему эти явления повторяются. Для греков же именно этот вопрос был основным, и они начали строить модель Космоса. Первичным источником космологических учений для греческих мыслителей были, конечно, восточные мифы (например, идея первичного бесформенного или неопределенного состояния Вселенной, чаще всего представляющегося в виде водной 27 бездны), однако в греческом контексте египетский миф претерпевает такую трансформацию, становится философией, т.е. учением, которое должно быть рационализировано, которое можно опровергнуть и т.п. Общий духовный скачок, который произошел в Греции в VI-V вв. до н.э., подчас именуется «греческим чудом». В течение очень небольшого исторического срока маленькая Эллада стала лидером среди народов Средиземноморского бассейна, опередив более древние и могущественные цивилизации Вавилона и Египта. Это время великого перелома в жизни греческого общества, эпоха освобождения от власти родовых вождей, возникновения самоуправляющихся городов-полисов, интенсивного развития мореплавания, торговли. Это эпоха зарождения такой формы государственного устройства, которая греками же была названа «демократией» (властью народа). Активность народа, невиданное, и ранее невозможное в условиях восточных деспотий участие его в управлении социальной жизнью требовали соответствующих форм выражения, и они были удачно найдены. Прежде всего, греческие полисы стихийно создали формы жизни, обеспечивавшие возможность довольно свободной, открытой коммуникации и информационного обмена. В центре города-полиса располагалась агора – рыночная площадь. Это было место, на котором происходило народное собрание, но оно было и рынком, где продавались съестные припасы и ремесленные изделия. Постепенно вокруг центральной площади начали концентрироваться различные общественные здания и храмы. Агора начала обстраиваться портиками, где посетители находили зимой защиту от дождей и холодного ветра, а летом – от зноя. Широкое обсуждение текущих дел, выбор должностных лиц, открытый суд приводили к столкновению мнений и интересов. Следствием было появление ораторского искусства, которое в кратчайшие сроки достигло высот совершенства. Надо подчеркнуть, что искусство оратора – это искусство убеждения в условиях, когда каждый вправе сомневаться, требовать доказательств, задавать вопросы и возражать. Подобное невозможно во время проповеди, школьного урока или в усло28 виях, когда отдает приказ облаченное непререкаемой властью лицо. В правилах чистой рациональности, неумолимых сегодня законах логики давно заглохли возбужденные крики толпы и давнее красноречие оратора, но именно там – в спорах об общественных работах, о ценах, о виновности подсудимого и т.п. – получили они свой исток. Логика греков, таким образом, с самого начала носила характер диалога, логики спора; она была механизмом человеческого общения в условиях, когда традиционные, мифологические координаты общественной жизни уже пришли в упадок. В дальнейшем эти правила стали не только нормами коммуникации, но и правилами мышления вообще. Итак, наука (как рациональное мышление) и демократия связаны изначально. И законы Солона (594 г. до н.э.), реформировавшие общественную жизнь Афин, были одним из тех деяний, отдаленным последствием которых явилось чудо греческой философии и науки. 1.1.6. Из плена времени Великие произведения духовной культуры, будь то литература или наука, нельзя объяснить только эпохой их создания. Известный наш литературовед М.М. Бахтин писал: «Великие произведения литературы подготовляются веками, в эпоху же их создания снимаются только зрелые плоды длительного и сложного процесса вызревания». Этим словам буквально вторит историк математики Ван дер Варден: «Понять труды Ньютона, не зная античной науки, невозможно. Ньютон не творил из ничего. Без огромных трудов Птолемея, дополнившего и завершившего античную астрономию, была бы невозможна и «Новая астрономия» Кеплера, а вслед за ней и механика Ньютона. Без конических сечений Аполлопия, которые Ньютон знал в совершенстве, точно так же был бы немыслим и закон тяготения. И интегральное исчисление Ньютона можно понять только как развитие Архимедовых методов для определения площадей и объемов. История механики как точной науки начинается только с установления закона рычага, определения направленного 29 вверх давления воды и нахождения центров тяжести у Архимеда». Великий человек в науке всегда стоит па плечах своих гигантов предшественников. В своей преемственности наука, научные труды прорывают границы узкого существования в рамках эпохи, их создавшей, и живут в границах, по выражению М.М. Бахтина, «большого времени». В современной науке живут темы и идеи Аристотеля, например о необходимости изучать даже «ничтожного червяка», идеи Пифагора и Платона о том, что математические формы представляют собой сущность мира, живут средневековые идеи о красоте бесконечного, доказательства гармонии Вселенной Иоганна Кеплера и т.п. Все эти представления переосмысляются, меняются, но сохраняют свое интеллектуальное значение. Вслед за Бахтиным, который говорил о развитии литературы, можно также утверждать, что посмертная жизнь великих произведений науки парадоксальна. Чем глубже произведение, чем оно совершеннее, тем более оно обогащается со временем все новыми значениями, новыми смыслами. Эти произведения как бы перерастают то, чем они были в эпоху своего создания. Бахтин говорил: «Мы можем сказать, что ни сам Шекспир, ни его современники не знали того «великого Шекспира», какого мы теперь знаем». Равным образом можно сказать, что современники не знали «великого Ньютона». Максвелл умер, еще не зная, что он гений, а мы знаем «великого Максвелла» гораздо лучше, чем его современники. Даже Дарвин, не обойденный прижизненной славой, не мог подозревать, что схема «естественного отбора» станет категориальной схемой мышления вообще, что она потеряет непосредственную связь с биологией и будет фигурировать в трудах по кибернетике и теории познания. «Автор – пленник своей эпохи, своей современности, – говорил Бахтин, – последующие времена освобождают его из этого плена…». Но, не так ли и автор открытий в одной научной области вдруг начинает жить как человек, сделавший вклад в развитие дисциплины, о существовании которой он и не подозревал! 30 Историческое развитие научных знаний постоянно освобождает научные открытия и результаты из плена узких предметных интерпретаций. Во-первых, развитие знаний представляет собой непрерывный динамичный процесс, где уже созданные системы знаний постоянно перекраиваются, перестраиваются, выбрасывая одни разделы и вписывая другие, взятые, казалось бы, из далеких областей. Во-вторых, речь идет о том, что перед взором каждого труженика науки стоят как образцы действия других исследователей, и этот обмен опытом происходит постоянно, нарушая границы веков и пространств. Физик Нильс Бор, формулируя свой принцип дополнительности, опирается на «Принципы психологии» Уильяма Джемса. Биолог Дарвин вычитывает исходную аналогию своей теории эволюции из работ демографа Мальтуса. Всеобщим поветрием нашего времени является математизация, когда науки, весьма далекие от точных измерений (биология, геология, история), все же ориентируются на физику и ее методологический опыт, приведший к успеху («Книга Природы написана на языке математики»). А Вернер Гейзенберг, объясняя психологическое состояние создателей квантовой физики, говорит о мужестве Христофора Колумба: «Когда спрашивают, в чем, собственно, заключалось великое достижение Христофора Колумба, открывшего Америку, то приходится отвечать, что дело не в идее использовать шарообразную форму Земли, чтобы западным путем приплыть в Индию: эта идея уже рассматривалась другими. Дело было не в тщательной подготовке экспедиции, не в мастерском оснащении кораблей, что могли осуществить опять-таки и другие. Но наиболее трудным в этом путешествии-открытии, несомненно, было решение оставить всю известную до сих пор землю и плыть так далеко на запад, чтобы возвращение назад с имеющимися припасами было уже невозможно. Аналогично этому настоящую новую землю в той или иной науке можно достичь лишь тогда, когда в решающий момент имеется готовность оставить то основание, на котором покоится прежняя наука, и в известном смысле совершить прыжок в пустоту». В своем историческом прогрессе наука, таким обра31 зом, постоянно опирается на прошлые достижения, сплошь и рядом меняя их содержание почти до неузнаваемости и порождая иллюзию поступательного движения в одной-единственной, идущей от древности социокультурной традиции. Историк науки может вполне убедительно продемонстрировать иллюзорность такого представления о траектории научного развития, но он не будет спорить с тем, что возможность ассимилировать познавательный опыт прошлого самым различным образом также удивительное свойство человеческой цивилизации, и в этом смысле готов содействовать высвобождению великих научных трудов из плена, породившего их времени. Раздел 1.2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ 1.2.1. В поисках логики открытия Френсис Бэкон Развитие науки, особенно естествознания, как известно, тесно связано с эмпирическими методами исследования. Осознание их значения пришло в эпоху Возрождения, и это было, быть может, самой значительной революцией в истории науки. Одним из главных ее идеологов, несомненно, был Ф. Бэкон. Он резко выступил против книжной науки схоластов и их догматического мышления, провозгласив величие опыта и призвав учиться читать книгу самой Природы. «Истина – дочь Времени, а не Авторитета». Этот замечательный афоризм Ф. Бэкона является одним из лучших выражений духа его эпохи. Подобно всем великим реформаторам эпохи Возрождения Ф. Бэкон ставил перед собой огромную задачу – добиться того, «чтобы наконец после стольких веков существования мира философия и науки более не были висящими в воздухе, а опирались на прочное основание разнородного и притом хорошо взвешенного опыта». Подлинные знания о мире, по его мнению, можно получить только на основании наблюдений и экспериментов. Чисто 32 логические рассуждения не могут привести к открытиям ни новых явлений, ни новых закономерностей. Особое значение в познании имеет эксперимент. Чувства могут обманывать нас, в чем каждый может убедиться на собственном опыте. К тому же они и ограничены в своих возможностях постигать природу. Иное дело – эксперимент. Его познавательные возможности огромны. Как писал Ф. Бэкон, «природа вещей лучше обнаруживает себя в состоянии искусственной стесненности, чем в естественной свободе». Однако способ рассуждений, основанный на силлогистике, не пригоден для постижения природы с помощью опыта. «Матерь заблуждений и бедствие всех наук, – считал Ф. Бэкон, – есть тот способ открытия и проверки, когда сначала строятся самые общие основания, а потом к ним приспосабливаются и посредством их проверяются средние аксиомы». Он вовсе не считал, что рассуждения от общего к частному порочны. Они вполне уместны в определенных ситуациях. Однако в постижении природы нужно опираться не на дедукцию, а на индуктивный метод. «Индукцию, – писал Ф. Бэкон, – мы считаем той формой доказательства, которая считается с данными чувств, постигает природу и устремляется к практике, почти смешиваясь с нею». Подлинный путь познания природы – постепенное движение от частностей ко все большим обобщениям. Он, конечно, не легок и требует терпения, зато прочен и надежен в полученных результатах. Этот метод еще не был должным образом разработан. Но это не должно нас смущать. «Разве можно не считаться с тем, что дальние плавания и путешествия, которые так участились в наше время, открыли и показали в природе множество вещей, могущих пролить новый свет на философию. И конечно, было бы постыдно, если бы, в то время как границы материального мира – земли, моря и звезд – так широко, открылись и раздвинулись, умственный мир продолжал оставаться в тесных пределах того, что было открыто древними». В индуктивном методе должны быть произведены радикальные перемены. Прежняя его форма непригодна для достижения поставленных целей. 33 «Индукция, – считал Ф. Бэкон, – которая совершается путем простого перечисления, есть детская вещь: она дает шаткие заключения и подвергнута опасности со стороны противоречащих частностей, вынося решения большей частью на основании меньшего, чем следует, количества фактов, и притом только тех, которые имеются налицо. Индукция же, которая будет полезна для открытия и доказательства наук и искусств, должна разделять природу посредством должных разграничений и исключений. И затем после достаточного количества отрицательных суждений она должна заключать о положительном». Есть два пути в действиях людей, о которых говорили еще древние. Первый путь, поначалу легкий, в конце становится непроходимым. Второй начинается трудно, зато по мере прохождения по нему человеку становится все легче. Ф. Бэкон считал, что аналогично обстоит дело с дедуктивным и индуктивным методами познания: «Если кто-нибудь отправляется от установленных положений, он приходит под конец к сомнению, если же начинает с сомнений и терпеливо справляется с ними, через какое-то время приходит к правильному выводу». Ф. Бэкон строил довольно изощренную схему индуктивного метода, в котором учитываются случаи не только наличия изучаемого свойства, но и его различных степеней, а также отсутствия этого свойства в ситуациях, когда его проявление по тем или иным соображениям ожидались. Он был уверен, что наука получила метод открытия нового знания, которым может овладеть каждый. Теперь широко открылась дорога для приумножения знания, так необходимого людям для улучшения их жизни. Если раньше вырвать тайны у природы удавалось лишь избранным, часто в результате случайных обстоятельств, то теперь появились совершенно новые, невиданные возможности для постижения действительности. «Наш же путь открытия наук таков, – писал Ф. Бэкон, – что он немногое оставляет остроте и силе дарования, но почти уравнивает их. Подобно тому, как для проведения прямой линии или описания совершенного круга мною значат твердость, умелость и испытанность руки, если действовать только рукой, – мало или совсем ничего не значат, если пользоваться циркулем и линейкой. Так обстоит и с нашим методом». 34 Сколько еще неизвестного нам таит в себе природа, сколько полезных изобретений может осуществить еще человек – этого невозможно даже себе представить. Конечно, с течением времени природа дает человеку свои тайны. «Однако тем путем, о котором мы теперь говорим, все это можно представить и предвосхитить быстро, немедленно, тотчас». Столь высоко оценивая свой вклад в развитие науки, Ф. Бэкон все же допускал возможность усовершенствования метода научного познания. «Мы не утверждаем, однако, – замечал он, – что к этому ничего нельзя прибавить. Наоборот, рассматривая ум не только в его собственной способности, но и в его связи с вещами, мы должны установить, что искусство открытия может расти вместе с открытиями». Рене Декарт Однако доводы Ф.Бэкона, которыми он с таким пафосом обосновывал эффективность индуктивного метода познания, не показались убедительными другому выдающемуся представителю той великой эпохи – Р. Декарту. Ставя перед собой ту же задачу, которую пытался разрешить и Ф. Бэкон, – найти прочную основу научного познания, выработать его метод, – он строит дедуктивную модель науки. Р. Декарт был убежден в том, что наука по своей сути должна представлять достоверное знание. Однако то, что именовалось научным в его время, лишь в очень незначительной степени соответствовало этому качеству. Как же можно было избавиться от засилья в науке случайных мнений, неопределенных суждений? Как приумножить прочно обоснованное, подлинное знание? Стремление ответить на эти вопросы привело Р. Декарта к разработке связываемой с его именем концепции методологии научного познания. Эти рассуждения совершенно прозрачны и вполне последовательны. «Смертными, – писал Р. Декарт, – владеет любопытство настолько слепое, что часто они ведут свои умы по неизведанным путям, лишенные всякого основания для надежды, но только для того, чтобы проверить, не лежит ли там то, чего они ищут; как если бы кто загорелся настолько безрассудным 35 желанием найти сокровище, что беспрерывно бродил бы по дорогам, высматривая, не найдет ли он случайно какое-нибудь сокровище, потерянное путником». Вот положение, характерное для научных изысканий. Но разве можно на этом пути получить подлинные знания? Для отыскания истины, проникновения в тайны мироздания совершенно необходим последовательно применяемый метод. «Ибо недостаточно просто иметь хороший ум, но главное – это хорошо применять его. Самая великая душа способна как к величайшим порокам, так и к величайшим добродетелям, и тот, кто идет очень медленно, может, всегда следуя прямым путем, продвинуться значительно дальше того, кто бежит и удаляется от этого пути». Итак, необходим метод, применяя который можно было бы осуществлять рациональный поиск новых знаний и гарантировать их достоверность. Р. Декарт уверен в том, что такого рода метод может быть найден. Как же он должен выглядеть? Каким требованиям он должен соответствовать? «Под методом же я разумею достоверные и легкие правила, – писал Р. Декарт, – строго соблюдая которые человек никогда не примет ложного за истинное и, не затрачивая напрасно никакого усилия ума, но постоянно шаг за шагом приумножая знание, придет к истинному познанию всего того, что он будет способен познать». Как можно найти такой метод? А для этого нужно, прежде всего, обратиться к самой науке и посмотреть, где ей удастся успешно решать эту задачу. Очевидно, что этим требованиям отвечают только арифметика и геометрия, только они «остаются нетронутыми никаким пороком лжи и недостоверности». Этим наукам удается добиться таких результатов потому, что они применяют единственно правильный, надежный метод познания. Все дело в том, что они опираются на интуицию и дедукцию. Интуиция дает нам возможность усмотреть в реальности не вызывающие никаких сомнений простые истины. «Таким образом, каждый может усмотреть умом, что он существует, что он мыслит, что треугольник ограничен только тремя линиями, а шар – единственной поверхностью и тому подобные вещи, ко36 торые гораздо более многочисленны, чем замечают большинство людей, так как они считают недостойным обращать ум на столь легкие вещи». Применение же дедукции позволяет вывести из очевидных истин знания, которые уже не могут с непосредственной ясностью постигаться нашим умом, однако являются, в силу самого способа их получения, вполне обоснованными и тем самым достоверными. Дедукция, проводящаяся по строгим правилам, не может приводить к заблуждениям. Р. Декарт был убежден в том, что таким же образом можно получать знание в любой области науки. «Эти два пути являются самыми верными путями к знанию, и ум не должен допускать их больше – все другие надо отвергать как подозрительные и ведущие к заблуждениям». Следуя этими путями, мы можем быть уверены, что придем к познанию вещей без заблуждений. «Те длинные цепи выводов, сплошь простых и легких, которыми геометры обычно пользуются, чтобы дойти до своих наиболее трудных доказательств, дали мне возможность представить себе, что и все вещи, которые могут стать для людей предметом знания, находятся между собой в такой же последовательности. Таким образом, если воздерживаться от того, чтобы принимать за истинное что-либо, что таковым не является, и всегда соблюдать порядок, в каком следует выводить одно из другого, то не может существовать истин ни столь отдаленных, чтобы они были недостижимы, ни столь сокровенных, чтобы нельзя было их раскрыть». Так обосновываются Р. Декартом исходные основания его учения о методе научного познания. Они дают ему возможность сформулировать уже универсальные правила для руководства ума в его поисках нового знания. И вот, наконец, сами эти знаменитые правила. Осознание масштабов свершенного, спокойствие и уверенность чувствуются в этих простых и ясных предписаниях. «И подобно тому, как обилие законов нередко дает повод к оправданию пороков и государство лучше управляется, если законов немного, но они строго соблюдаются, так и вместо большого числа правил, составляющих логику, я заключил, что было бы достаточно четырех следующих, лишь бы только я 37 принял твердое решение постоянно соблюдать их без единого отступления. Первое – никогда не принимать за истинное ничего, что я не признал бы таким с очевидностью, т.е. тщательно избегать поспешности и предубеждения и включать в свои суждения только то, что представляется моему уму столь ясно и отчетливо, что никоим образом не сможет дать повод к сомнению. Второе – делить каждую из рассматриваемых мною трудностей на столько частей, сколько потребуется, чтобы лучше их разрешить. Третье – располагать свои мысли в определённом порядке, начиная с предметов простейших и легко познаваемых, и восходить мало-помалу, как по ступеням, до познания наиболее сложных, допуская существование порядка даже среди тех, которые в естественном ходе вещей не предшествуют друг другу. И последнее – делать всюду перечни настолько полные и обзоры столь всеохватывающие, чтобы быть уверенным, что ничего не пропущено». Что может быть значительнее в науке, чем решение этой проблемы? Р. Декарт вполне осознает ее масштабы. Предложенная им система правил, как он считал, откроет невиданные возможности для развития науки. И вместе с тем ведь это был Декарт, который удивительно сочетал в себе кристальную ясность ума, убежденность в возможности достижения истины с замечательной способностью не преклоняться ни перед чьим именем и во всем сомневаться. И поэтому нас не должно удивлять и такое его высказывание: «Впрочем, возможно, что я ошибаюсь, и то, что принимаю за золото и алмаз, не более чем крупицы меди и стекла». 1.2.2. Научные революции, парадигмы и научные сообщества Тому, что методология науки стала все ближе смыкаться с ее историей, во многом содействовали идеи К. Поппера. Если вслед за К. Поппером считать, что главный вклад в методологию может дать анализ роста знания, то их тесное взаимодействие становится неизбежным. Прекрасное воплощение 38 этого направления исследований продемонстрировал в своей работе о научных революциях Т. Кун. Он обращает внимание на то, что в истории любой области науки можно выделить природы «нормальной науки» и научные революции. Под термином «нормальная наука» Т. Кун понимает исследования, которые осуществляются научным сообществом, опираясь на крупные научные достижения, которые в течение некоторого времени признаются им как основа его дальнейшей деятельности. В качестве примера здесь можно сослаться на работы Коперника, Ньютона, Эйнштейна, Лавуазье, Дарвина. Они определяют, как отмечает Т. Кун, так называемые парадигмы научной деятельности. «Под парадигмой, – пишет Т. Кун, – я подразумеваю признанные всеми достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решении научному сообществу». Объективно задача «нормальной науки» состоит в том, чтобы выявить весь познавательный потенциал, который сложен в новых идеях, определяющих видение реальности и способов ее постижения. «Концентрируя внимание на небольшой области относительно эзотерических проблем, – отмечает Т. Кун, – парадигма заставляет ученых исследовать некоторый фрагмент природы так детально и глубоко, как это было бы немыслимо при других обстоятельствах». Здесь необходимы не только упорство, но и изобретательность, и талант исследователя. Ведь перед ним постоянно возникают новые проблемы, которые раньше никто не мог даже и вообразить. Однако они всегда таковы, что не выходят за границы, определяемые парадигмой. Поэтому Т. Кун называет их задачами-головоломками. Следует иметь в виду, что ни одна теория не в состоянии решить в данный момент всех проблем, которые перед ней стоят. Поэтому «нормальная наука», конечно, существует в условиях определенной интеллектуальной напряженности. Но ни у кого не вызывает сомнения, что все возникающие трудности будут преодолены. Однако рано или поздно в научном познании возникают кризисные явления, связанные с появлением трудностей в развитии «нормальной науки». Это связано, прежде всего, с появлением новых данных, которые в рамках принятой парадигмы 39 выглядят аномалиями. В этих условиях ученые будут стараться модифицировать принятую теорию, дать такую интерпретацию новому явлению, которая бы не противоречила исходным принципам. Возрастание числа таких аномалий создаст новую атмосферу в науке. Появляются подозрения в ее принципиальной неэффективности. Круг аномальных явлений расширяется за счет того, что теперь видятся старые трудности теории, на которые раньше закрывались глаза. Что прощалось и даже не замечалось у парадигмы в пору ее расцвета, теперь становится предметом пристального внимания. В этих условиях ученые начинают по-разному относиться к парадигме, и, соответственно, меняется характер их исследований. «Увеличение конкурирующих вариантов, готовность опробовать что-либо еще, выражение явного недовольства, обращение за помощью к философии и обсуждение фундаментальных положений – все это симптомы перехода от нормального исследования к экстраординарному». Таким образом, возникает кризисная ситуация. Она разрешается, в конце концов, тем, что возникнет новая парадигма. Тем самым в науке происходит подлинная эволюция. И вновь складываются условия для функционирования «нормальной науки». Важно обратить внимание на то, что переход к новой парадигме представляет собой некоторый социальный процесс. Т. Кун пишет: «Решение отказаться от парадигмы всегда одновременно есть решение принять другую парадигму, а приговор, приводящий к такому решению, включает как сопоставление обеих парадигм с природой, так и сравнение парадигм друг с другом». Процесс такого сопоставления занимает нередко значительное время. Он представляет собой не только мучительные попытки сторонников старой парадигмы справиться с возникающими трудностями, но и полные вдохновения и энергии устремления новаторов развить и укрепить основание новых взглядов. Это и борьба убеждений, осуществление и крушение надежд. Отказ от старых взглядов, конечно, непрост. Люди, которые отваживаются на это, обычно либо молоды, либо являются 40 новичками в этой области науки. Утверждение новой парадигмы, как отмечает Т. Кун, осуществляется в условиях, когда большинство ученых еще не в состоянии мыслить по-новому, понятийный аппарат науки неадекватен новому содержанию. В это время новаторские идеи оказываются неассимилированными всей наукой. Однако вся эта перестройка неизбежна. «Уайтхед, – замечает Т. Кун, – хорошо уловил неисторический дух научного сообщества, когда писал: «Наука, которая не решается забыть своих основателей, погибла». К счастью, вместо того чтобы забывать своих героев, ученые всегда имеют возможность забыть (или пересмотреть) их работы». В некотором смысле защитники различных парадигм живут в различных мирах. Конечно, поскольку они относят свои теории к действительности, которая существует объективно, их представления не могут быть произвольными. Но они поразному воспринимают реальность. Различные парадигмы несоизмеримы. Поэтому переход от одной парадигмы к другой нельзя совершить постепенно посредством логики и ссылок на опыт. Он должен осуществляться сразу. Здесь ситуация подобна той, которая возникает, когда вы смотрите на рисунок с изображением двух профилей лица человека, обращенных друг к другу и нарисованных рядом. Вдруг вы замечаете, что видите не лица людей, а изображение вазы. Говоря о развитии науки, нельзя уйти от обсуждения проблемы прогресса в ее истории. «Революции оканчиваются победой одного из двух противоборствующих лагерей. Будет ли та группа утверждать, что результат ее победы не есть прогресс? Это было бы равносильно признанию, что они ошибаются и что их оппоненты правы» – пишет Т. Кун. Если посмотреть на развитие науки в целом, то в ней очевиден прогресс, выражающийся в том, что научные теории предоставляют все большие возможности ученым для решения головоломок. Однако нет никаких оснований считать более поздние теории лучше отражающими происходящее в действительности. «Я не сомневаюсь, например, что ньютоновская механика, – пишет Т. Кун, – улучшает механику Аристотеля и что теория относительности улучшает теорию Ньютона в том смысле, что дает лучшие инструменты для решения головоломок. Но в 41 их последовательной смене я не вижу связного и направленного онтологического развития». Концепция развития науки Т. Куна является по существу и философско-методологической и историографической. Важной ее особенностью является обращение к социально-психологическим аспектам деятельности ученых, которые, по его мнению, существенно влияют на характер развития науки. Выше мы кратко ответили на вопросы: Что есть наука? Что есть научное знание? Следующий естественный вопрос – о способах человеческого “вопрошания” (если выражаться словами Хайдеггера), или: Что есть методология научного познания? Раздел 1.3. МЕТОДОЛОГИЯ НАУКИ 1.3.1. Что такое методология Методология – от "метод" и греч. "слово", "понятие", "учение" – система принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности, а также учение об этой системе. Первоначально методология была не явно представлена в практических формах взаимоотношений людей с объективным миром. В дальнейшем она вычленяется в специальный предмет рационального познания и фиксируется как система социально апробированных правил и нормативов познания и действия, которые соотносятся со свойствами и законами действительности. Задача накопления и передачи социального опыта потребовала специальной формализации содержащихся в самой деятельности принципов и предписаний, приемов и операций. Зачатки методологических знаний обнаруживаются уже на ранних ступенях развития культуры. Так, в Древнем Египте геометрия выступала в форме нормативных предписаний, которые определяли последовательность измерительных процедур при разделе земельных площадей. Важную роль при этом сыграла такая форма социальной деятельности, как обучение трудовым операциям, их последовательности, выбору наиболее эффективного способа действия. 42 С развитием производства, техники, искусства, элементов науки и культуры в целом методология становится предметом специфической теоретической рефлексии, формой которой выступает, прежде всего, философское осмысление принципов организации и регуляции познавательной деятельности, выделения в ней условий, структуры и содержания знания, а также путей, ведущих к истине. Так, в учении Гераклита "многознание" противопоставляется уму как способу познания диалектики мироздания – всеобщего логоса, отличного от многообразия получаемых ненадежным путем "мнений", преданий и др. Правила рассуждения, эффективного доказательства, роль языка как средства познания стали предметом специального исследования в философии софистов. Особое место в разработке проблем методологии принадлежит Сократу, Платону и Аристотелю. Сократ выдвинул на первый план диалектическую природу мышления как совместного добывания истины в процессе сопоставления различных представлений, понятий, их сравнения, расчленения, определения и т.д. Учение о переходе от смутных представлений к расчлененным и отчетливым общим понятиям рассматривалось им как метод совершенствования искусства жить. Таким образом, логические операции подчинялись у Сократа этическим целям: предметом истинного знания должно быть только то, что доступно целесообразной деятельности, цель же определяется посредством соответствующим образом организованной работы мысли. Платон усматривал смысл своей диалектики понятий и категорий в поиске принципа каждой вещи. Для достижения этого мысль должна двигаться соответственно объективной логике познаваемого предмета. Аристотель подверг анализу принципы построения суждения, правила умозаключения и доказательства, вопросы определения терминов, роль индукции и дедукции в достижении истины. Ему принадлежит важная для методологии разработка учения о категориях как организующих формах познания, их диалектике (соотношение потенциального и актуального, формы и материи и др.). Аристотель рассматривал созданную им логическую систему как "органон" – универсальное орудие истинного познания. 43 До нового времени проблемы методологии не занимали особого места в системе знания и включались в контекст натурфилософских и логических построений. Развитие производительных сил вызвало бурный расцвет естествознания, что потребовало коренных изменений в методологии. Эту потребность отразило направленное против схоластики учение Ф. Бэкона об индуктивном эмпирическом подходе к явлениям природы. В качестве образца научной методологии признавались принципы механики, ставшие руководящими для Галилея и Декарта. По Галилею, научное познание должно базироваться на планомерном и точном эксперименте – как мысленном, так и реальном. Для реального эксперимента характерно непосредственное изменение условий возникновения явлений и установление между ними закономерных причинных связей, обобщаемых посредством математического аппарата. У Декарта проблема методологии выступает в связи с обсуждением вопроса о том, на каких основаниях и с помощью каких методов достижимо новое знание. Декарт разработал правила рационалистического метода, среди которых первым является требование допускать в качестве истины только такие положения, которые осознаются ясно и отчетливо. За исходные принимаются аксиомы как самоочевидные истины, усматриваемые разумом интуитивно, без всякого доказательства; из непосредственно узреваемых положений выводится путем дедуктивного доказательства новое знание. Другая линия в методологии нового времени была представлена английским эмпиризмом. Так, Локк стремился разработать такие способы мышления, которые способствовали бы построению строго эмпирической науки, основанной на чувственном опыте. Ограниченность как рационалистического, так и эмпирического направлений в методологии была выявлена немецкой классической философией, которая подвергла критическому анализу условия познания, его формы и организующие принципы. В противовес механистической методологии, механистически трактовавшей пути и способы познания, была развита диалектическая методология, выступившая в классической немец44 кой философии в идеалистической форме (Кант, Фихте, Шеллинг, Гегель). Кант критически проанализировал структуру и типы познавательных способностей человека, разграничил конститутивные и регулятивные принципы познания, соотношение между его формой и содержанием. У Канта критическое отношение к наличному знанию служит методологическим основанием для преодоления догматических и метафизических воззрений на мир. Учение Канта утверждало принцип достоверности знания, который, однако, не был последовательно реализован из-за кантовского априоризма. Элементы диалектики, содержавшиеся в кантовском анализе процесса познания, получили развитие в диалектической философии Гегеля. Его диалектика имела характер всеобщего метода познания и духовной деятельности. Разработанные Гегелем категории и законы диалектики образовали тот мыслительный аппарат, который позволил под принципиально новым углом зрения исследовать взаимосвязи, противоречия и развитие бытия и мышления. Важнейшую роль в методологии Гегеля играет принцип восхождения от абстрактного к конкретному – от общих и бедных содержанием форм к расчлененным и наиболее богатым содержанием, к системе понятий, позволяющей постичь предмет в его сущностных характеристиках. Рациональные принципы методологии предшествующих эпох были обобщены и переработаны на материалистической основе в марксистской философии, обогащенной новыми достижениями науки и специальной практики. Диалектикоматериалистическая методология позволяет адекватно понять характер отношений между теорией и методом, а также роль практики в познании. Если теория представляет собой результат процесса познания, то методология является способом достижения и построения этого знания. Например, методологический принцип детерминистского объяснения мира является организующим началом соответствующих физических, биологических, социальных теорий. В свою очередь, будучи проверены общественной практикой, эти теории могут выполнять методологическую функцию, т.е. служить направляющим началом в исследовательской деятельности. 45 Основой различных методов является единая диалектикоматериалистическая методология, которая соотносится со сложной иерархией конкретных способов и приемов деятельности на различных уровнях организации материального и духовного производства. Философский уровень методологии реально функционирует не в виде жесткой и однозначной системы норм, "рецептов" и формальных приемов, а в качестве общей системы принципов и регуляторов человеческой деятельности. Такой общей системой является диалектический и исторический материализм. Эвристическая роль диалектического материализма обеспечивается тем, что он ориентирует исследования на раскрытие объективной диалектики, выражая ее в законах и категориях. Мировоззрение выступает как предпосылка и основание методологии, поскольку материалистической диалектике присуще единство мировоззренческих и методологических функций. Вся система методологического знания непременно включает в себя мировоззренческую интерпретацию оснований исследования и его результатов. В ХХ в. произошел быстрый рост методологических исследований, что обусловлено революционными изменениями в социальной практике, науке, технике и других сферах жизни. Особое влияние на развитие методологии оказывают процессы дифференциации и интеграции научного знания, коренные преобразования классических и появление множества новых дисциплин, превращение науки в непосредственную производительную силу общества. Перед обществом возникают глобальные проблемы экологии, демографии, урбанизации, освоения космоса и др., для решения которых требуются крупномасштабные программы, реализуемые благодаря взаимодействию многих наук. Возникает необходимость не только связать воедино усилия специалистов разного профиля, но и объединить различные представления и решения в условиях принципиальной неполноты и неопределенности информации о комплексном объекте (системе). Эти задачи обусловили разработку таких методов и средств, которые могли бы обеспечить эффективное взаимодействие и синтез методов различных наук (системный подход, теоретическая кибернетика, концепция ноосферы В.И. Вернадского и др.). 46 Если раньше понятие методологии охватывало преимущественно совокупность представлений о философских основах познавательной деятельности, то теперь ему соответствует внутренне дифференцированная и специализированная область знания. От теории познания, исследующей процесс познавательной деятельности в целом и, прежде всего, его содержательного основания, методологию отличает акцент на методах, путях достижения истинного и практически эффективного знания. От социологии науки и науковедения методология отлична своей направленностью на внутренние механизмы, логику движения и организации знания. Существует несколько классификаций методологического знания. Одним из распространенных является деление методологии на содержательную и формальную. Первая включает в себя следующие проблемы: структура научного знания вообще и научной теории в особенности; законы порождения, функционирования и изменения научных теорий; понятийный каркас науки и ее отдельных дисциплин; характеристика схем объяснения, принятых в науке; структура и операциональный состав методов науки; условия и критерии научности. Формальные аспекты методологии связаны с анализом языка науки, формальной структуры научного объяснения, описанием и анализом формальных и формализованных методов исследования, в частности методов построения научных теорий и условий их логической истинности, типологии систем знания и т.д. В связи с разработкой этого круга проблем возник вопрос о логической структуре научного знания, и началось развитие методологии науки как самостоятельной области знания, охватывающей всё многообразие методологических и методических принципов и приемов, операций и форм построения научного знания. Её высшим и определяющим уровнем является философская методология, направляющие принципы которой организуют методологическую работу на конкретно-научном уровне. Некоторым конкретно-научным направлениям (структурализм, ряд интерпретаций системного подхода и др.) присуща неоправданная тенденция к универсализации, стремление обрести статус философских концепций. Истоки такой универсализации – неправомерное отождествление философского и кон47 кретно-научных уровней методологии. Конструктивная роль материалистической диалектики как методологии состоит в том, что она показывает несостоятельность подобных устремлений, позволяет определить реальные возможности и границы каждой формы конкретно-научной методологии. 1.3.2. Проблемы современной научной методологии «Эксперимент не может подтвердить теорию, он может лишь опровергнуть ее». А. Эйнштейн Во все времена задача науки была неизменна – изучение мироздания с целью выявления существующих закономерностей, что само по себе уже предполагает существование таких закономерностей и познаваемость мира. История науки убедительно говорит о правильности такого подхода, а открытые ей законы свидетельствуют о красоте и гармонии природы и человека. Как же получилось, что наука отказалась от присущих ей на протяжении веков представлений о разумном Творце как источнике гармонии и красоты в пользу случайного процесса самозарождения и эволюционного развития материи от неживой к живой, и далее вплоть до человека? На протяжении веков не раз возникали «неопровержимые доказательства» примитивности, аллегоричности или просто неправильности библейских текстов. Однако со временем оказывалось, что причина несовместимости веры в Бога и Священного Писания с научными знаниями – в односторонности, неполноте, а иногда и просто в неправильности последних. Примерами ушедших научных теорий могут служить, например: небулярная гипотеза воинствующего атеиста Лапласа о происхождении Солнечной системы и Земли или идеи о бесконечности Вселенной в пространстве и времени, основанные на механистическом детерминизме. Результаты, каких исследований могут прийти в противоречие с библейскими представлениями? Сами по себе законы физики, химии и биологии не могут говорить в пользу одной из 48 доктрин, богословской или атеистической. Противоречия возникают на уровне построения общих теорий, а вернее сказать, гипотез. В свою очередь, построение теорий и гипотез связано с трактовкой экспериментальных данных, привлечения тех или иных законов, создания определенных моделей – все это носит отпечаток субъективизма и нередко выходит за рамки научного метода познания. Проанализируем с этой точки зрения методологию науки, по возможности в процессе ее исторического развития. История методологии История методологии восходит к Античному миру. Сократ, живший в V в. до Р. Хр., понимал важность методологии в познании и разработал свой метод вопросов и ответов – метод Сократа (недаром Сократ считается великим учителем, а среди его учеников возрос Платон). Сократ верил в единый Божественный Дух, бессмертие души, суд и возмездие в загробной жизни. Его вера противоречила государственной власти, которая обвинив его в развращении молодежи своими идеями, приговорили к отравлению болиголовом. Платон также верил в бессмертие души и признавал возможность познания через откровение. История любой ветви науки не обходится без Аристотеля. Не является исключением и методология, вклад Аристотеля в которую состоит, прежде всего, в разработке логики. Задачу этой науки Аль-Фараби (арабский философ Х в., комментатор Аристотеля) трактовал как «искусство», ведущее разум к правильному мышлению, всякий раз, когда существует возможность ошибки, и которое указывает на все предосторожности против заблуждения всякий раз, когда делается какой-либо вывод при помощи разума. Чтобы создать прочное основание для практического мышления, Аристотель предпринял попытку проанализировать языковые формы и исследовать формальную структуру процесса вывода и заключений независимо от их содержания. Исследования Аристотеля сводились к тому, чтобы найти такие формы рассуждений, которые при правильном их использовании не нарушали бы истинности исходных положений. Истинность по49 нималась не как некоторый абсолют. Идея была другая. Как строить рассуждения, чтобы они лишь поддерживали исходное положение (в его истинности надо было убедить оппонентов), а не опровергали его. Логика Аристотеля опиралась на следующие положения. 1. Исходные посылки рассуждения являются истинными. При этом еще раз подчеркиваем: истинность задавал доказывающий свою правоту, т.е. речь шла о том, что посылки истинны для него, по его мнению, а не абсолютны. 2. Правильно применяемые принципы от посылок к утверждениям должны сохранять истинность полученных утверждений, т.е. истинные посылки порождают истинные следствия. Основные принципы, выражающие общие требования, которым должны удовлетворять рассуждения и логические операции с мыслями, чтобы достичь истины рациональными методами, составляли: 1. Принцип тождества – в процессе рассуждения, употребляя некоторый термин, мы должны употребить его в одном и том же смысле, понимать под ним нечто определенное. Хотя предметы, существующие в действительности, непрерывно изменяются, в понятиях об этих предметах выделяется нечто неизменное. В процессе рассуждения нельзя изменять понятия без специальной оговорки. Другими словами, если меняешь смысл термина, то оговори это, иначе будешь понят неправильно (например, термин масса – обозначает разное в физике, химии, технике, быту и т.д.), поэтому нужно точно знать, какое понятие выражено тем или иным словом или сочетанием. 2. Принцип непротиворечия требует, чтобы мышление было последовательным; чтобы, утверждая нечто о чем-то, мы не отрицали того же о том же в том же смысле, то есть запрещает одновременно принимать некоторое утверждение и его отрицание. Противоречия в языковых контекстах иногда бывают неявными. Так, известное изречение Сократа "Я знаю, что я ничего не знаю" скрывает в себе противоречие. 3. Принцип исключенного третьего требует не отвергать высказывание и его отрицание. Высказывание "А" и отрицание "А" нельзя отвергать одновременно, так как одно из них обязательно истинно, поскольку произвольная ситуация либо имеет, 50 либо не имеет места в действительности. Согласно этому принципу нужно уточнять наши понятия так, чтобы можно было давать ответы на альтернативные вопросы. "Солнце взошло или не взошло?" Надо договариваться считать, например, что Солнце взошло, если оно все поднялось над горизонтом (или чуть-чуть показалось из-за горизонта), но что-нибудь одно! Уточнив понятия, мы можем сказать о двух суждениях, одно из которых является отрицанием другого, что одно из них обязательно истинно. 4. Принцип достаточного основания требует, чтобы всякое утверждение было в какой-то мере обосновано, то есть истинность утверждений нельзя принимать на веру. Суждения, из которых выводится утверждение при его обосновании (если считать правила логики данными) называются основаниями, поэтому рассматриваемый принцип называется принципом достаточного основания, что означает: оснований должно быть достаточно для выведения из исходных посылок высказываемого утверждения. Эта, так называемая, формальная логика просуществовала в практически неизменном виде со времен Аристотеля до нашего времени. В начале ХХ века была развита символическая, или математическая, логика о полезности, которой говорил еще Лейбниц: "Единственное средство улучшить наши умозаключения – сделать их, как у математиков наглядными, так чтобы ошибки находить глазами, и если среди людей возникает спор, необходимо сказать "Посчитаем!", и тогда без особых формальностей можно будет увидеть кто прав". Его идея была реализована в начале ХХ века. Итак, истинность заключений определялась соответствием вывода определенным правилам и истинностью исходных посылок. А истинность исходных посылок определялась мнением автора рассуждений. На этом внимание не заостряли, и постепенно разум и логическое мышление стали считать генератором истин. Представление, что мышление человека рационально, что все рассуждения человека имеют словесные посылки неверно. Рациональный компонент в мышлении занимает ограниченное место, а словесный – только отведенную ему часть. Существуют 51 эмоциональные рассуждения, которые порождаются на основе скрытых аналогий и ассоциаций, и не описываются рациональными логическими схемами. Поэты и писатели логику воспринимали своеобразно, либо не воспринимали вовсе. В своих произведениях они критиковали узость логических схем: "По мне полезно было бы для вас Курс логики пройти: в ее границах Начнут сейчас дрессировать ваш ум, Держа его в ежовых рукавицах, Чтоб тихо он без лишних дум И без пустого нетерпенья Вползал по лестнице мышленья, Чтоб вкривь и вкось по всем путям, Он не метался там и сям. Затем внушат вам, ради той же цели, Что в нашей жизни всюду, даже в том, Что прежде сразу делать вы умели, Как, например, питье, еда, Нужна команда "раз, два, три" всегда. Так фабрикуют мысли..." С другой стороны, наука должна основываться на языке, как на единственном средстве передачи сообщений, поэтому там, где проблема однозначности имеет основное значение, необходимы логические схемы. Как писал В. Гейзенберг: "В естествознании мы пытаемся единичное вывести из общего: единичное явление должно быть понято как следствие простых общих законов. Эти общие законы, когда они формулируются в языке, могут содержать только некоторые немногие понятия, ибо, в противном случае, законы были бы не простыми и не всеобщими. Из этих понятий должно быть выведено далее бесконечное многообразие возможных явлений, и при этом не только качественно и приближенно, но и с огромной точностью в отношении каждой детали. Ясно, что понятия обыденного языка, определенные столь нечетко и неточно, никогда не позволили бы сделать такой вывод. Если из заданных посылок следует цепь заключений, то общее число возможных членов в цепи зависит от точности посылок. Поэтому в 52 естествознании основные понятия общих законов должны быть определены с предельной точностью, а это возможно только с помощью математической абстракции". Вернемся однако к Аристотелю. Рационализм Аристотеля привел его к отрицанию платоновской концепции о возможности познания через откровение. В этом он разделял взгляды Эмпедокла о познании посредством пяти чувств – зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса. Такая позиция ограничивала рамки познания объектами физического мира. Аристотель накопил и упорядочил огромные по тем временам знания по различным наукам, его объяснения весьма логичны и рационалистичны. Научный метод Аристотеля включал в себя логические построения и обращение к авторитетам (например, планеты находятся в совершенной надлунной области и поэтому должны двигаться по совершенным траекториям – окружностям). На основе этого метода в своих произведениях «О душе», «Физика», «Метафизика» Аристотель дал полное объяснение действительности без единого упоминания о Боге. Однако именно господство рационалистического метода Аристотеля в системе познания задержало развитие научного мышления на огромный период времени, протяженностью почти в 2000 лет. Учение «перипатетиков», построенное на идеях Аристотеля, было признано даже официальной доктриной Римско-католической церкви. Утверждение новых методов естественнонаучного познания связано с именами Ф. Бэкона, Р. Декарта, Г. Галилея, И. Ньютона. Галилей отказался от чисто рационалистического изучения природы и стал максимально использовать наблюдение и эксперимент, чему способствовало изобретение им телескопа, а потом и часов. Вместе с английским мыслителем Френсисом Бэконом Галилей считается основоположником индуктивного метода – главного метода научного исследования. Научный метод индукции включает: 1. Сбор и накопление эмпирических данных. 2. Индуктивное обобщение накопленных данных с формулировкой гипотез и моделей. 3. Проверку гипотез экспериментом на основе дедуктивного метода – логически правильного вывода из аксиоматичного 53 предположения, правильность которого недоказуема в рамках гипотетико-дедуктивного метода. 4. Отказ от неподходящих моделей и гипотез и оформление подходящих в теории. Таким образом, построение научной теории предполагает, что на основе первоначальных наблюдений выдвигается гипотеза, затем ставится первый эксперимент для проверки этой гипотезы (которая может корректироваться по ходу экспериментов), затем опыты ставятся один за другим, пока все они не будут удовлетворительно объясняться в рамках единой теории. Этот метод настолько понятен, что возникает мысль, что ученые всегда ему следуют. Однако это не так – во многих случаях, когда проводить эксперименты затруднительно или даже принципиально невозможно, сомнительные гипотезы возводятся в ранг теории. Примером тому служат такие принципиально непроверяемые и ненаблюдаемые «теории», как дарвинизм, «теория» большого взрыва, «теории» эволюции Земли и происхождения Солнечной системы. Другим методом познания руководствовался в своих работах Р. Декарт. В книге «Рассуждения о методе» в противовес схоластике, господствующей тогда в философии, Декарт сформулировал принципы научного познания мира. Основу научного метода он видит в логических построениях, которые в дополнение к всегда несовершенным экспериментам могут установить истинные связи между явлениями. Основные положения своего рационалистического метода познания Декарт изложил в виде четырех правил. Декарт отрицал первостепенное значение опыта и в познании следовал дедуктивному методу: от аксиом науки (врожденные идеи) к логическим следствиям (теоремам, или законам). Все в мире совершается по законам, и сама Вселенная у Декарта рассматривается как механизм, управляющейся математическими законами, а Богу отводится роль Творца материи и движения. Проблемы современной методологии как науки Индуктивный метод Бекона – Галилея и дедуктивный метод Декарта занимают центральное место в современной мето54 дологии, которая тезисно может быть сформулирована следующим образом: 1. Наука исходит из возможности рационального постижения мира. 2. Наука ищет объективные знания о мире. 3. Основой науки и критерием ее истинности является эксперимент. Считается, что процесс познания должен включать: - сочетание дедуктивного и индуктивного методов познания. - применение логического и масштабного редукционизма (в формулировке Декарта: познание сложного явления сводится к разделению на части и изучению их в отдельности). - возможность разделения объекта и субъекта наблюдения в процессе эксперимента (соблюдается в классическом эксперименте). Эти принципы не вызывают сомнений, но они часто приводят к попыткам абсолютизировать возможности науки и ее роль в современном обществе. В результате, в обществе популярны основанные по существу только на вере утверждения, звучащие приблизительно так: - возможности рационального постижения мира – безграничны, т.е. наука способна объяснить все, в том числе может ответить не только на вопрос как, но и на вопрос почему; - объективная научная истина – единственно полноценная; - реально существует лишь то, что можно обнаружить методами экспериментальной науки (органами чувств и приборами). Не каждый может сразу обнаружить существенное различие между этими утверждениями (жестко навязываемые средствами массовой информации) и принципами научной методологии. Заблуждаются, в том числе и многие члены научного сообщества, что уж говорить о представителях других профессий. Прямым следствием неправильного видения возможностей науки является и абсолютизация роли логики и математики в научных исследованиях. Большинство людей не знает или не видит разницы в том, что действительно установлено наукой, а что лишь предлагается 55 в качестве гипотезы, или представляет собой упрощенную модель явления. И главная причина этого в непонимании разницы между научным законом, теорией и гипотезой. Приведем соответствующие определения. Закон – устойчивое, повторяющееся соотношение между явлениями в природе и обществе. Теория – внутренне непротиворечивая система основополагающих идей и законов, дающая целостное представление о существенных связях в рассматриваемом множестве объектов. Научными теориями, выдержавшими проверку временем, являются классическая механика, электродинамика, молекулярнокинетическая теория и термодинамика, квантовая механика, классическая и квантовая статистика, электронная теория металлов, специальная теория относительности, теория химической связи, теория валентности и электрохимической диссоциации, генетика и т.д. Во многих теориях можно выделить основные законы, составляющие ядро теории. Например, в классической механике это три закона Ньютона, закон всемирного тяготения, законы сохранения; в электродинамике – закон Кулона и закон электромагнитной индукции Фарадея, в генетике – законы Менделя. Однако не все «теории» таковыми являются, в первую очередь это относится ко многим космологическим построениям (теория большого взрыва, инфляционная теория), теории биологической эволюции, теории происхождения Земли и Солнечной системы. Все они являются лишь гипотезами, правдоподобными или не очень. Гипотеза – предположительное суждение о закономерной связи явлений. Ее роль в научном познании велика: гипотеза появляется на этапе обобщения накопленных данных, с возможностью впоследствии обрести статус теории. Но для этого она должна выдержать экспериментальную проверку. Роль эксперимента в проверке гипотез и теорий разъясняет знаменитое изречение А. Эйнштейна: «Эксперимент не может подтвердить теорию, он может лишь опровергнуть ее». Именно поэтому, если существуют экспериментальные факты (хотя бы один), не вписывающиеся в научную концепцию, ее нельзя возводить в ранг теории. 56 Важным моментом является сама возможность проверки гипотезы. Бывает, что это невозможно принципиально. Именно так обстоит дело с проверкой (в рамках научного метода) теории большого взрыва и теории биологической эволюции. Эти и другие теории уникальных процессов происхождения, которые неповторимы и невоспроизводимы, всегда будут ограничены рамками гипотез, тем более что существует масса противоречащих им экспериментальных фактов. Здесь легко усмотреть и границы рационального постижения мира: далекое прошлое, как и наше будущее, ограниченно познаваемо и рисуется весьма туманно. Рассмотрим следующий тезис: «объективная научная истина – единственно полноценная». Все ли ученые придерживаются такого мнения? В чем неполноценность истин, полученных помимо научного познания на основании инстинкта, интуиции или через откровение, в том числе и Божественное? Красноречиво отвечает на последний вопрос один из творцов квантовой механики английский ученый П. Дирак: «Более важной является стройность какого-нибудь уравнения, а не соответствие его эксперименту... По-видимому, для достижения успеха наиболее важным является красота уравнения, а также обладание правильной интуицией», «Физический закон должен быть математически изящным». Как ни странно, сказано это человеком, придерживающимся атеистического мировоззрения. Понятно, что отношение к Божественному откровению – это, прежде всего, вопрос веры. Ученые атеисты не хотят верить в Божественное откровение и склонны к преувеличению возможностей науки. Вот слова английского математика и философа Б. Рассела «Наше знание должно быть получено исключительно научными методами, и то, что наука не может открыть, человечество не может знать». Однако возможности рационалистического познания ограничены – недаром ведь ни одна из философских систем не была признана всем человечеством – видимо, опираясь лишь на человеческий разум, такие построения невозможны, и, вероятно, следует прибегать и к другим источникам информации – Божественному откровению. С точки зрения ученых-христиан: наука – форма поклонения Богу путем благоговейного изучения Его творения, а Боже57 ственное откровение, рассказывает о том, что непознаваемо научным методом, что мы бы никогда не узнали другим способом. Через Божественное откровение нам даны и знания о природе, и нравственные принципы, неизменные в течение уже 2000 лет – можно ли надеяться получить их посредством научного метода? И, наконец, самый сложный вопрос о справедливости утверждения, что «реально существует лишь то, что можно обнаружить методами экспериментальной науки (органами чувств и приборами)». История показывает, что человечество всегда делилось на две части: готовых поверить в недоказуемое сверхъестественное и требующих первоначальных доказательств, т.е. верящих в невозможность сверхъестественного. Причем готовых уверовать всегда находилось, по крайней мере, не меньше, т.е. вера в недоказуемое сверхъестественное внутренне присуща человеку. Таким образом, первоначальный выбор позиции альтернативен (но очень чувствителен к господствующему в окружении индивидуума мнению). Однако, раз уверовав, сменить взгляд на мир становится для уверовавшего крайне проблематичным. Поскольку сверхъестественное недоказуемо, не воспроизводимо и не допускает исследования научными методами, то лагерь неверующих, а вернее верующих в невозможность сверхъестественного, занимает либо позицию сомнения (отсутствия мнения), либо более жесткую позицию отрицания. При этом подразумевается, что и представления о Боге – Творце, Промыслителе и Судие являются заблуждениями. Отрицание сверхъестественного требует объяснения всех процессов и явлений в рамках рационального научного мышления: отсюда появление научных гипотез – мифов, таких как Большой Взрыв. Эти гипотезы ничего принципиально важного не объясняют и объяснить не могут, так как решение таких вопросов, как происхождение Вселенной, живой природы и человека не подвластны научному методу исследования. Они приносят лишь интеллектуальное удовлетворение тем ученым, которые противятся вере в сверхъестественное и верят в неограниченные возможности человеческого разума. Именно гордость ума и слепая вера в безграничные возможности человеческого разума заставляют отвергать Библейские откровения, в которых 58 можно найти ответы на любые вопросы: от происхождения Вселенной, Земли и Человека до грядущего конца Света. И эти ответы не опровергнуты до сегодняшнего дня и неопровержимы; написаны они, правда, на обычном человеческом языке, а не на языке формальной логики и математики. Отрицание самой возможности существования БогаТворца и нежелание разбираться в этом вопросе подрывают методологию науки. Ф. Бекон общепризнанный отец современного научного метода считал, что Бог открывает себя в двух великих книгах – Книге Природы и Книге Священного Писания – Слова Божьего. «Ни один человек не может зайти слишком глубоко в изучении книги Слова Божьего или книги творений Божьих, богословия или философии, но пусть люди больше стремятся к бесконечному совершенствованию или успехам в том и другом». Эта концепция «двух книг» послужила фундаментом небывалого взлета науки, начавшемся в XVI веке. Люди создали науку потому, что предполагали наличие законов природы, и предположение это основывалось на твердой вере в Творца этих законов. Повышение эффективности и устойчивости земледелия в современных условиях в значительной степени сдерживается вследствие недостаточного обоснования методологии и методики его ведения. Имеющиеся научные разработки носят, как правило, фрагментарный характер, не всегда учитывают всю совокупность факторов и условий земледелия в их диалектической взаимосвязи и взаимодействии. В методологии разработки научных основ земледелия преобладают два слабо взаимосвязанных между собой подхода – естественнонаучный и социальноэкономический. Представители естественнонаучного направления, недооценивая социально-экономические аспекты земледелия как отрасли производства, рассматривают в качестве главной задачи воспроизводство плодородия почв и по этому признаку формировали и формируют представления о подсечно-огневой, залежной, переложной, плодопеременной, травопольной, пропашной, зернопаровой, почвозащитной, ландшафтно-контурной, техногенно-интенсивной, биогенно-интенсивной (адаптивной), аль59 тернативной и о множестве других систем земледелия, к тому же иногда некорректно противопоставляя их между собой. Агроэкономисты с не меньшей односторонностью, недостаточно вникая в сущность естественнонаучных проблем земледелия, рассматривают в качестве главной задачи производство той или иной растениеводческой продукции, недооценивая задачи воспроизводства плодородия почв и охраны окружающей среды. Применение подлинно системного подхода к планированию и управлению производством в земледелии позволяет преодолеть разобщенность этих подходов, более полно учитывать влияние биологических особенностей растений, почвенноклиматических, агротехнических и организационно-экономических факторов на урожайность сельскохозяйственных культур, использование земли и воспроизводство ее плодородия. Системная методология урожая как интегрированного показателя цели в земледелии предполагает создание логической его модели, позволяющей связывать между собой на кибернетическом уровне накопленные знания по отдельным разделам технологии и находить обоснованные решения по оптимизации условий продуцирования растений при рациональном использовании ресурсов. Однако необходимой взаимосвязанности факторов как на качественном, так и на количественном уровнях современные зональные системы земледелия пока не обеспечивают. Логика агроприемов, их экспериментальное обоснование не всегда взаимно увязывают систему, которая бы обеспечивала необходимую оптимизацию продукционного процесса в растениях и рациональность использования всех агроресурсов. Вербальные (словесные) агрологические модели агротехнологий и агросистем не всегда поддаются преобразованию в экономикоматематические проекты и программы. Их достоверность при этом остается невысокой, эффективность не всегда определенной и максимально возможной. Несмотря на бурное развитие информационных технологий в целом, наблюдается существенное отставание в их использовании в агрономии. 60 Причины: а) отсутствие научно обоснованной методологии моделирования и программирования агропроизводственных технологических процессов; б) недостаток достоверных нормативных данных эффективности и окупаемости агроприемов в условиях глубокой дифференцированности и стохастичности многих факторов в земледелии. Методологическое отставание в агрономии может быть преодолено благодаря освоению современных подходов к планированию, программированию и проектированию в других сферах деятельности, других отраслях производства. Так, в последние десятилетия бурно развивается методология производственно-технологических потоков, получившая название логистика. В России основными разработчиками этой методологии являются Л.Б. Миротин, В.Е. Николайчук, А.Н. Родников и другие. Они дают определение логистике как науке о планировании, контроле и управлении транспортированием, складированием и другими материальными и нематериальными операциями, совершаемыми в процессе доведения сырья и материалов до производственного предприятия, их внутренней переработки, доведение готовой продукции до потребителя. Все технологические процессы, обеспечиваемые звеньями логистических систем (логистическими цепями), составляют круг интересов науки «Логистика». Научные дисциплины «Логистика» и «Логика», по мнению Валерия Евстафьевича Николайчука, имеют общие корни, уходящие на тысячелетия вглубь истории. Логистика является закономерным развитием логики как науки о свойствах и методах мышления, а также оптимизации подходов к построению формализованных систем. Источником возникновения понятия «логистика» является Древняя Греция. Для древних греков логистика представляла собой искусство выполнения расчетов. Высших государственных чиновников, осуществляющих контроль за хозяйственной, торговой и финансовой деятельностью, называли логистами. По свидетельству Архимеда, в IV веке до н.э. в Древней Греции было 10 логистов. 61 У древних греков термин «логистика» был позаимствован древними римлянами. Однако они придавали ему несколько иной смысл – распределение продуктов питания, или продовольственное распределение. В соответствии с этим люди, связанные с выполнением данных функций в городах и селениях Римской империи, назывались логистиками (логистами). Логистика как военная наука сформировалась в середине XIX века. В наиболее широких масштабах принципы и подходы логистики в военном деле получили реальное воплощение в годы Второй мировой войны в сфере организации материальнотехнического обеспечения американской армии и войск союзников, дислоцированных в Европе. Исключительно благодаря согласованным взаимодействиям военно-промышленного комплекса, транспортной системы и баз снабжения удалось организовать устойчивое обеспечение союзных войск продовольствием, оружием, боеприпасами, снаряжением и военной техникой. Большое значение в решении этой сложной задачи имело массовое применение прогрессивных методов и способов транспортировки, в частности использование контейнерных перевозок – новшество для того времени. Таким образом, под военной логистикой понималась совокупность средств и способов, необходимых для доставки людей, техники и боеприпасов к месту боевых действий, а также планирование и организация мероприятий по подготовке и осуществлению связанных с этим процессов. Вполне понятно, почему такая концепция впервые возникла именно в армейской среде. Армия представляет собой строго и четко организованную структуру, в которой отдельные индивидуальные и групповые интересы подчиняются интересам всей системы. Это условие является определяющим для реализации концепции логистики. В период военных действий требуются синхронность и правильная последовательность операций при доставке людей, техники и боеприпасов к месту выполнения боевых задач. Доставка должна быть своевременной: не раньше и не позже обусловленного момента, с заранее заданной периодичностью – при динамичности внешних и внутренних условий. Иными словами, при любых обстоятельствах вы62 полнение программы должно характеризоваться формулой «точно в срок». Интенсификация развития логистики в невоенной области относится к началу семидесятых годов прошлого века. В этот период (1971-1975 гг.) почти все страны Западной Европы и Америки переживали тяжелейший энергетический кризис. Спад производства, растущая безработица, снижение активности рынка и, как результат, резкое и глубокое ухудшение состояния экономики в национальных и транснациональных масштабах поставили экономически развитые страны Запада в тяжелое положение. Политики, правительства и специалисты не исключали угрозу социального взрыва, который мог повлечь за собой еще более тяжелые последствия. Все это послужило катализатором для форсированных разработок срочных мер по стабилизации и улучшению ситуации в сфере экономики. В это время ученые, экономисты и предприниматели обратились к логистике как к науке, наиболее эффективно координирующей взаимодействие материально-технического обеспечения, производства, распределения, транспорта, коммуникационной инфраструктуры и рынка. Принципиальная новизна логистического подхода заключалась в том, что открывалась реальная возможность глубоко интегрировать вышеперечисленные области хозяйственной деятельности в единую ресурсопроводящую систему. Логистическая концепция позволила перейти от дискретного к сквозному управлению материальными потоками. В тот же период стало ясно, что решение проблемы координации управления материальными потоками от сырьевого источника до конечного потребителя на тот момент было неосуществимо, хотя и найдено. Потребовалось создание развитой, легко адаптирующейся материально-технической базы для организации управления возрастающими материальными и информационными потоками. Возникла необходимость в формировании широко развитой инфраструктуры; разработке соответствующих организационно-структурных форм; формировании требуемого компетентного, высококвалифицированного административно-хозяйственного аппарата. Новая область нуждалась 63 также в более глубокой теоретической проработке научных основ и положений. В результате всесторонней интенсификации мысли и действий в этом направлении логистика приобрела статус «образа мышления» или, другими словами, концептуальной стратегии. На практике основное внимание было обращено на решение конкретных задач. Применительно к агрономии весьма ценным является то, что подходы, принципы, приемы и методы логистических решений вполне адаптируемы. Их нужно использовать при решении потоковых задач обеспечения ресурсами производства, хранения, переработки и реализации сельхозпродукции. Особую роль логистические приемы должны играть при организации управления продукционными процессами в растениях, моделировании технологий их возделывания. Логистические подходы, логистические методы в сельском хозяйстве и, в частности, в агрономии, безусловно, востребованы как ни в какой другой сфере. Здесь отступления от принципов агрономической логики чреваты самыми непредсказуемыми последствиями. Так, отрицательные последствия от недоучета, игнорирования ряда сдерживающих факторов в земледелии можно проиллюстрировать на примере такого недостаточно системного, только частично логистически просчитанного макромероприятия, как освоение целины. Освоение целинных земель в середине прошлого века классическими, но не адаптированными к конкретным обстоятельствам средствами вызвало мощный сдвиг в балансе природных сил. Потревоженная земля на открытых безлесных полях, распылённая плугом, поднялась в воздух на миллионах гектаров Сибири, юга Урала и Северного Казахстана. Обуздать стихию пыльных бурь помогли опыт канадского почвозащитного земледелия и масштабные работы, проведенные в то время в наших регионах по защитному лесоразведению. На Алтае, кроме ветровой, активизировались разрушительные процессы на склоновых землях от водной эрозии. 64 Разработанные в те годы учеными и практиками под руководством сельхозорганов логистически обоснованные почвоводоохранные комплексы сыграли свою положительную роль. Однако экономические результаты не обеспечивали самоокупаемости отрасли, требовались постоянные государственные дотации. Традиционные меры интенсификации земледелия через увеличение объемов внесения минеральных удобрений, орошение, техническое обновление также не обеспечивали стабильных сдвигов в экономике. Как показал анализ, причины таких результатов в недостаточно системных, не просчитанных логистически подходах. Требовались новые нетрадиционные решения, ключ к которым оказался в освоении принципов системной логистики, энергоресурсосберегающих биотехнологий. Специфика биообъектов в земледелии, рынок и конкуренция неумолимо требуют экстренной разработки и освоения таких технологий, глубокой мобилизации передового опыта и научных заделов при строгом соблюдении принципов системности, логистики и синергетики как гарантов дополнительных синергетических и эмерджентных эффектов. Как показали наши исследования, совершенствование зональных систем земледелия и технологий, опирающееся на законы и принципы системной логистики, позволяет увеличить урожай, валовые сборы экологически чистой продукции, существенно снизить производственные затраты, правильно, взаимовыгодно строить отношения между товаропроизводителями, переработчиками и потребителями, обеспечить охрану природной среды. 65 Часть 2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЗНАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ В АГРОНОМИИ С ПОЗИЦИЙ СИСТЕМНОЙ МЕТОДОЛОГИИ Введение Агрономия – весьма сложная область человеческой деятельности, предъявляющая невероятно высокие требования не только к уровню знаний и интеллектуальных способностей земледельца, но и к уровню развития науки в целом. Успешность земледелия зависит от большого количества постоянно изменяющихся факторов. Поэтому для земледельца жизненно важно научиться научному мышлению, чтобы быть способным грамотно анализировать производственные ситуации и находить правильные решения. Пожалуй, каждому известна прописная истина, что знания на каждый случай жизни невозможно вложить в память. Всегда в работе специалиста или руководителя возникают нестандартные ситуации, и неспособный к научному мышлению ум оказывается в тупике. А в сельском хозяйстве таких нестандартных ситуаций едва ли не больше, чем тех, которые можно назвать стандартными. Поэтому научно-исследовательская, опытническая работа важна для земледельца не менее, чем обучение и постоянное самообразование. Как дерево без мощных корней неустойчиво и недолговечно, так и специалист без навыков самостоятельного решения возникающих вопросов с помощью научных методов слаб и неэффективен. Из-за огромного разнообразия почвенно-климатических и иных условий эффективность инноваций даже самая высокая в одних хозяйствах, в других – всегда находится под сомнением. Поэтому специалист и каждый земледелец обязаны сначала организовать испытание новых средств или приемов в своем хозяйстве, причем обязательно в соответствии с требованиями методики научных исследований, и, только получив объективную положительную их оценку, приступать к широкому внедрению. Если этим пренебречь, то вложения в новую технику, сорта, удобрения или породы скота могут обернуться серьезными убытками. 66 На современном этапе агрономия должна больше интегрироваться с экологическими дисциплинами, такими как экология окружающей среды, агроэкология, геохимия ландшафта. Это необходимо, так как наряду с задачей производства сырья и пищевых продуктов перед агрономом и стоящей за ним сельскохозяйственной наукой все острее ставятся задачи обеспечения устойчивого функционирования агроэкосистем, как звеньев биосферы. Для практического решения стоящих перед агрономом задач ему необходимо постоянное расширение научных знаний, которые поставляет ему сельскохозяйственная наука. Новые знания добываются научно-исследовательской работой. Для того, чтобы научные результаты, получаемые разными учеными, были сопоставимы и могли применяться на практике, необходима единая система правил, по которым бы проводились все научные исследования. Такой системой правил являются основы научных исследований. В общих чертах они универсальны для всех наук, но для каждой конкретной науки существуют также специальные методы исследований. Имеет их и агрономия. Организация и методология исследований в земледелии и всех профильных науках должна обеспечивать разработку и оценку различных вариантов, выбор оптимальных решений, предполагающих подготовку таких рекомендаций, которые в конкретных условиях обеспечивают наивысший эффект. Научно-исследовательская и опытническая работа будут высокоэффективны лишь в том случае, когда они грамотно организованы на основе системного подхода. Только в этом случае научный поиск будет последовательно двигаться в нужном направлении и не превратится в хаотичные метания то в одну, то в другую сторону, а метод проб и ошибок уступит место научно обоснованному и взвешенному выбору гарантированно лучших решений. Одной из классических и часто трудно решаемых проблем на пути эффективного внедрения инноваций является отсутствие необходимого уровня организации и управления производством. В связи с этим, для обеспечения стабильного и высокоэффективного функционирования сельскохозяйственного предприятия на современном уровне, земледельцу нужны знания и навыки организации и управления исследовательской, опытнической работой и производственными процессами. 67 РАЗДЕЛ 2.1. ПОНЯТИЕ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1.1. Понятие и свойства систем В настоящее время термины «система», «системность» употребляются в разных значениях, содержат целый ряд понятий в разных областях знаний, но имеют и нечто общее. В переводе с древнегреческого «система» – это «целое», «составленное из частей». В современной науке это: 1) порядок, обусловленный планомерным, направленным расположением частей в отдельной связи, например, строгая система работы; 2) совокупность принципов, служащих основанием для какоголибо учения; 3) форма общественного устройства, например, государственная система и т.д. Применительно к земледелию и сельскохозяйственному производству единого определения этого общенаучного термина еще нет. Внедрение в аграрную науку и практику термина «система» связано с широким развитием методологии системной организации или системного подхода задолго до возникновения кибернетики. Методологически под системностью в аграрном секторе экономики понимается упорядоченность, сочетание, совокупность, взаимодействие, связь, комплексность процессов и явлений, нацеленная на решение определенных задач. Система основывается на связи между объединенными элементами. Элемент, не имеющий хотя бы одной связи с другими, не входит в рассматриваемую систему. Понятие “система” широко используется в науке, технике и повседневной жизни, когда говорят о некоторой упорядоченной совокупности любого содержания. Система является фундаментальным понятием как системотехники, так и базовых теоретических дисциплин (теории систем, исследования операций, системного анализа, кибернетики). Система – это объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, сведений, а также знаний о природе, обществе и т.п. Каждый объект, чтобы его можно было считать системой, должен обладать основными свойствами или признаками. 68 Системой называется относительная совокупность обладающих особой связанностью и целесообразно взаимодействующих элементов, способных реализовать определенные функции. Основные признаки систем Целостность. Система – это, прежде всего, целостная совокупность элементов. Это означает, что, с одной стороны, система – целостное образование и, с другой, – в ее составе отчетливо могут быть выделены целостные объекты (элементы). При этом следует иметь в виду, что элементы существуют лишь в системе. Вне системы это в лучшем случае объекты, обладающие системнозначимыми свойствами. При вхождении в систему элемент приобретает системноопределенное свойство взамен системнозначимого. Для системы первичным является признак целостности, то есть она рассматривается как единое целое, состоящее из взаимодействующих частей, часто разнокачественных, но одновременно совместимых. Структурность. Предусматривает возможность описания системы через определение ее структуры, т.е. сети связей и отношений, обусловливающих поведение системы через поведение ее отдельных элементов и свойства структуры. Различают три вида связи между элементами системы: механическую – когда связь между элементами осуществляется путем обмена усилий; трофическую – обмен энергией; сигнальную – обмен информацией. Отдельные элементы системы объединены между собой и слабее с окружающими элементами, тем больше оснований рассматривать их как систему. Иерархичность. Каждый компонент системы можно принять за систему более низкого уровня, а рассматриваемую систему – как часть более сложной. Разделение систем относительно. Каждая система может характеризоваться и изучаться с различных позиций. Сельское хозяйство можно характеризовать и изучать как биологическую систему, как производственную, как экономическую. В биологической системе элементами будут растения, животные; в производственной – отрасли производства; в экономической – подразделения, выполняющие заданную экономическую программу производства и т.п. Каждая система может рассматриваться как элемент более общей суперсистемы 69 и состоять из ряда подсистем. Так, входящие в систему земледелия компоненты (система севооборотов, система обработки почвы и т.д.) представляют собой сложные системы. В то же время система земледелия – элемент системы более высокого уровня – сельского хозяйства. Первичной системой в иерархии систем принято считать такой элемент или совокупность элементов системы, которые не допускают их дальнейшего расчленения без потери основного качества всей системы, с учетом избранной исследователем точки зрения. Система второго уровня (порядка) объединяет и более первичные системы; третьего уровня (порядка) – две и более системы второго уровня и т.д. При выделении систем второго, третьего и дальнейших порядков исходят из следующих принципиальных положений: − разделение системы на внутренние подсистемы происходит так, чтобы общая целенаправленность функционирования всей системы сохранялась; − выделение внутренних подсистем осуществляется с учетом возникновения некоторых особых характеристик для каждого из выделенных уровней; − количество выделяемых уровней должно быть минимальным, но не должно затруднять (осложнять) изучение систем каждого уровня. Множественность описания системы. В связи с принципиальной сложностью системы ее адекватное познание требует построения множества различных моделей, каждая из которых описывает определенный аспект. Эмерджентность предполагает наличие таких качеств (свойств), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности. Наличие интегрированных качеств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Отсюда можно сделать выводы: 1) система не сводится к простой совокупности элементов; 70 2) расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом. Любой объект, который обладает всеми рассматриваемыми свойствами, можно называть системой. Одни и те же элементы (в зависимости от принципа, используемого для их объединения в систему) могут образовывать различные по свойствам системы. Поэтому характеристики системы в целом определяются не только и не столько характеристиками составляющих ее элементов, сколько характеристиками связей между ними. Наличие взаимосвязей (взаимодействия) между элементами определяет особое свойство сложных систем – организованную сложность. Добавление элементов в систему не только вводит новые связи, но и изменяет характеристики многих или всех прежних взаимосвязей, приводит к исключению некоторых из них или появлению новых. 2.1.2. Классификация систем Классификацией называется распределение некоторой совокупности объектов на классы по наиболее существенным признакам. Требования к построению классификации следующие: − в одной и той же классификации необходимо применять одно и то же основание; − объем элементов классифицируемой совокупности должен равняться объему элементов всех образованных классов; − члены классификации (образованные классы) должны взаимно исключать друг друга, то есть должны быть непересекающимися; − подразделение на классы (для многоступенчатых классификаций) должно быть непрерывным, то есть при переходах с одного уровня иерархии на другой необходимо следующим классом для исследования брать ближайший по иерархической структуре системы. В соответствии с этими требованиями классификация систем предусматривает деление их на два вида – абстрактные и материальные (рис. 1). 71 СИСТЕМЫ Абстрактные Материальные Символические (математические) Естественные Искусственные Дедуктивные Статические математические системы Астрокосмические Организационноэкономические 72 Описательные (логические) Индуктивные Динамические математические системы Квазистатические (квазидинамические) математические системы системы Планетарные Физические Химические Рис. 1. Классификация систем Технические Простые Сложные Большие Материальные системы являются объектами реального мира. Среди всего многообразия материальных систем существуют естественные и искусственные системы. Естественные системы представляют собой совокупность объектов природы, а искусственные системы – совокупность социально-экономических или технических объектов. Естественные системы, в свою очередь, подразделяются на астрокосмические и планетарные, физические и химические. Искусственные системы могут быть классифицированы по нескольким признакам, главным из которых является роль человека в системе. По этому признаку можно выделить два класса систем: технические и организационно-экономические. В основе функционирования технических систем лежат процессы, совершаемые машинами, а в основе функционирования организационно-экономических систем – процессы, совершаемые человеко-машинными комплексами. Абстрактные системы – это умозрительное представление образов или моделей материальных систем, которые подразделяются на описательные (логические) и символические (математические). Логические системы есть результат дедуктивного или индуктивного представления материальных систем. Их можно рассматривать как системы понятий и определений о структуре, основных закономерностях состояний и о динамике материальных систем. Символические системы представляют собой формализацию логических систем, они подразделяются на три класса: − статические математические системы или модели, которые можно рассматривать как описание средствами математического аппарата состояния материальных систем (уравнения состояния); − динамические математические системы или модели, которые можно рассматривать как математическую формализацию процессов материальных (или абстрактных) систем; − квазистатические (квазидинамические) системы, находящиеся в неустойчивом положении между статикой и динамикой, которые при одних взаимодействиях ведут себя как статические, а при других – как динамические. Однако в литературе существуют и другие классификации систем. 73 2.1.3. Управление системами Управление – это воздействие субъекта управления на объект управления, посыл управляющей информации по каналу прямой связи, получение осведомительной информации по каналу прямой связи, получение осведомительной информации по каналу обратной связи, переработка последней, выработка новой управляющей информации и новое (корректированное) воздействие на объект управления. Это определение раскрывает не столько сущность управления, сколько его механизм. Главное же в сущности понятия «управление» состоит в том, чтобы акцентировать внимание на целенаправленности и непрерывности управленческой деятельности, не забывая при этом об обязательном наличии основного требования процесса управления – наличия обратной информации. Таким образом, управление – это непрерывный процесс целенаправленного воздействия субъекта управления на объект управления согласно программе, проектируемой по сигналам обратной связи о фактическом поведении объекта (Недорезков, Магафуров, 2004). Системы земледелия выступают в двух качествах: как объект, которым надо управлять, как важная часть системы управления со стороны субъекта управления. Как исторически сложившиеся формы хозяйствования системы земледелия выступают как объект, которым нужно управлять. Как проект или форма управления, системы земледелия (зональные в недалеком прошлом, адаптивные в настоящее время) выступают в роли программы субъекта управления. Представляется важным уточнить: что следует принять в качестве критерия непрерывности. Как уже следует из вышеприведенного определения механизма управления, технология управленческих воздействий основана на отдельных актах. Следовательно, об абсолютной непрерывности речь идти не может. Тем не менее, невозможно оспаривать само требование непрерывности. Критерий непрерывности управляющего воздействия состоит в учете взаимодействия периода управляющего воздействия и реагирования объекта управления на это воздействие. Разумеется, при этом нельзя выделить какое-то абсолютное единое 74 время, соответствующее некоторому определенному периоду. Так, управление летательным аппаратом требует принятий решений за долю секунды, а в аграрной экономике для принятия управляющих решений могут потребоваться дни, месяцы и даже год. На этом основании нельзя делать выводы о том, что в аграрной сфере нельзя вести речь об управлении. Управление оперирует понятиями: целеполагание, программирование и проектирование, интегрирующим элементом которых выступает решение – идеально предположенное действие для достижения цели. Нетрудно заметить, что программирование, в агрономической науке принятое за самостоятельный метод, может считаться лишь одним из элементов или этапов системы управления технологическим процессом (рис. 2). Программирование является одной из форм научного предвидения, а программа определяется как решение относительно совокупности и последовательности мероприятий, необходимых для реализации соответствующей системы. Научное предвидение Предсказание Предуказание Прогнозирование Целеполагание Планирование Программирование Проектирование Решение Рис. 2. Иерархическая схема разновидностей получения информации о будущем в целях управления (Недорезков В.Д., Магафуров К.Б., 2004) 75 В аспекте задач управления прогноз и план рассматриваются как начальные последовательные фазы процесса управления. Прогнозирование и планирование являются не только фазами, но и прежде всего, видами управленческой деятельности. Исходя из этой точки зрения, хорошо согласующейся с принципом непрерывности управления, задачи планирования и прогнозирования не ограничиваются определением первоначальных параметров (планируемая урожайность, объем ресурсов, план мероприятий и т.д.). Прогноз и план, наряду со следующими фазами процесса управления: контролем реализации плана, его оперативной корректировкой и детализацией (оперативным управлением) – постоянно участвуют в обеспечении управления. Основным проектным документом, согласно которому осуществляется производство в сельском хозяйстве, является технологическая карта. В отличие от проектных документов в других отраслях, технологическая карта в аграрном секторе не может оставаться неизменной. Она должна постоянно корректироваться, уточняться в зависимости от складывающихся погодных, материально-технических и других условий. 2.1.4. Этапы системного анализа При применении системного анализа для решения практических задач в земледелии и растениеводстве наиболее целесообразно использовать деление этого процесса на ряд исследовательских этапов (рис. 3). Обсудим кратко каждый из этих этапов. 1. Выбор проблемы. Данный этап предусматривает выбор правильного метода исследования для решения актуальной, например экологической проблемы. Как показывает опыт, на практике часто не учитываются существенные практические аспекты экологии, с одной стороны; а с другой, – ряд представлений об экологических процессах настолько широко распространен, что их можно использовать без дополнительных обоснований. Поэтому, с одной стороны, можно взяться за решение проблемы, не поддающейся системному анализу, а с другой, – выбрать проблему, которую 76 можно более экономно решить, не используя всю мощь методов системного анализа. Такая двойственность первого этапа делает его критическим для успеха (или неудачи) всего исследования. Выбор проблемы Постановка задачи и ограничение степени ее сложности Установление иерархии целей и задач Выбор путей решения задач Моделирование Оценка возможных стратегий Внедрение результатов Рис. 3. Схема системного анализа 2. Постановка задачи и ограничение степени ее сложности. Как только существование проблемы осознано, требуется упростить задачу настолько, чтобы она имела по возможности аналитическое решение, сохраняя в то же время все те элементы, которые допускают содержательную практическую интерпретацию. Это тоже критический этап, характерный для любого системного исследования, на котором успех или неудача во многом зависят от тонкого равновесия между упрощением и усложнением – равновесия, при котором сохранены все существенные связи с исходной проблемой и при этом можно получить 77 решение, поддающееся качественному анализу и имеющее наглядную интерпретацию. 3. Установление иерархии целей и задач. После постановки задачи и ограничения степени ее сложности (как правило, разумного упрощения) можно приступать к установлению целей и задач исследования. Обычно цели и задачи выстраивают в некоторую цепочку (образуют иерархию) по степени их важности; при этом производят подразделение (декомпозицию) основных задач на ряд более простых (второстепенных). Однако здесь следует иметь в виду, что задачи, важные с точки зрения получения научной информации, в ряде случаев довольно слабо влияют на вид решений, принимаемых относительно воздействия на экосистему и управления ею. Поэтому установление приоритетности тех или иных задач в иерархической цепочке – одна из центральных проблем системного анализа. Особенно это проявляется в ситуации, когда исследователь заведомо ограничен определенными формами управления и концентрирует максимум усилий на задачах, непосредственно связанных с самими экологическими процессами. 4. Выбор путей решения задач. На данном этапе можно выбрать несколько путей решения проблемы. В общем случае естественно искать наиболее общее аналитическое решение, поскольку это позволит максимально использовать результаты исследования аналогичных задач, и соответствующий математический аппарат. При этом выбор семейства, в рамках которого проводится поиск аналитического решения, во многом зависит от специалиста по системному анализу. Как правило, аналитик разрабатывает несколько альтернативных решений и выбирает из них то, которое лучше подходит для исследуемой задачи. 5. Моделирование. После того как проанализированы подходящие альтернативы, приступают к важному этапу моделирования сложных динамических взаимосвязей между различными аспектами проблемы. Здесь следует отметить, что моделируемым процессам, а также механизмам обратной связи присуща внутренняя неопределенность, что значительно усложняет понимание как самой системы, так и возможностей ее управляемости. 78 6. Оценка возможных стратегий. Как только моделирование доведено до стадии, на которой модель можно (по крайней мере, предварительно) использовать, начинается этап оценки потенциальных стратегий, полученных из модели. В ходе оценки исследуется чувствительность результатов к допущениям, сделанным при построении модели. Если окажется, что основные допущения некорректны, возможно, придётся вернуться к этапу моделирования и скорректировать модель. Обычно это связано с исследованием модели на «чувствительность» к тем аспектам проблемы, которые были исключены из формального анализа на втором этапе, когда ставилась задача и ограничивалась степень ее сложности. 7. Внедрение результатов. Заключительный этап системного анализа представляет собой применение на практике результатов, полученных на предыдущих этапах. Если исследование проводилось по описанной выше схеме, то шаги, которые для этого необходимо предпринять, будут достаточно очевидны. В то же время как раз на последнем этапе может выявиться неполнота тех или иных стадий или необходимость их пересмотра, в результате чего придётся скорректировать модель и снова пройти какие-то из уже завершенных этапов. Контрольные вопросы 1. Что понимается под термином «система»? Каковы основные свойства систем? 2. Назовите основные признаки систем. 3. Требования к построению классификаций. 4. Что понимается под термином «управление»? 5. Назовите этапы системного анализа и дайте им характеристику. 79 РАЗДЕЛ 2.2. ЗЕМЛЕДЕЛИЕ КАК ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СИСТЕМА 2.2.1. Исторический опыт земледелия с позиции системной методологии Разработка систем земледелия для различных природноэкономических районов нашей страны и их внедрение в производственных земледельческих формированиях любых организационных форм в настоящее время одна из важнейших задач аграрной науки и практики. Правильное решение этой задачи вряд ли возможно без глубокого критического анализа огромного научного наследия и богатейшего опыта, накопленного практическим земледелием за многовековую историю человечества. На необходимость исторического метода в биологии, и тем более в экономике, многократно указывается в трудах многих выдающихся естествоиспытателей, философов и экономистов. Так, Н.Г. Чернышевский однозначно подчеркивал, что «без истории предмета – нет теории предмета». А.И. Герцен справедливо говорил о необходимости оглядываться назад, чтобы успешнее идти вперед: «Последовательно оглядываясь, мы смотрим на прошедшее всякий раз иначе; всякий раз разглядываем в нем новую сторону, всякий раз прибавляем к уразумению его весь опыт вновь пройденного пути... Полнее сознавая прошедшее, мы уясняем современное, глубже опускаясь в смысл былого, раскрываем смысл будущего; глядя назад – шагаем вперед...». Обзор зарождения и развития учения о земледелии приводит к выводу, что человечество перешло от собирательства и охоты к земледелию в наиболее благоприятных для этого районах земного шара более десяти тысяч лет назад. На самых ранних стадиях освоения земель, введения в культуру растений требовались определенные знания и опыт. Человек шел к ним методом проб и ошибок, накапливая необходимые сведения о почвах и растениях, которые помогали ему, выражаясь современным языком, вести хозяйство эффективно и устойчиво. Люди рано познали особенности почв, климата и ландшафтов предгорных территорий, которые явились первыми за80 чатками семи установленных Н.И. Вавиловым центров мирового земледелия. Из предгорий оно перешло в долины рек с их плодородными аллювиальными почвами. Для всего «Востока» видный английский археолог Г. Чайлд подчеркивал роль «долинных пойм», которые содействовали «диффузии земледельческих культур». Кроме того, имело значение высокое плодородие пойменных почв, их лучший водный режим, возможность сочетать земледелие с рыбным промыслом. Такие связи, по археологическим данным, прослеживаются в Древнем Египте, странах Двуречья, Индии и Средней Азии. Знание пойменных почв явилось предпосылкой для перехода к орошаемому земледелию. Правда, первоначально оно зародилось в предгорьях в местах разливов мелких ручьев, которые люди постепенно научились регулировать, но там оно неизбежно имело оазисный характер. Иная ситуация была в гигантских речных долинах Нила, Тигра, Евфрата, Инда. Здесь за несколько тысячелетий до новой эры (по некоторым данным, в VI тысячелетии до н.э.) уже существовала контролируемая ирригация земель, которая явилась главной функцией возникших здесь первых государственных образований. В них начали формироваться зачатки научно-практических знаний широкого аспекта (геометрия, астрономия, механика и др.), но однозначно нацеленных на обслуживание поливного хозяйства. По данным французского историка Г. Масперо и русского агронома-путешественника Н.Н. Клингена, уже во времена первых фараонов в Египте был в ходу строгий кадастр, т.е. расценка земель по их площади, плодородию и доходности. Почвы делились на «пшеничные», подвергаемые искусственному затоплению; водно-болотные, предназначенные для культивирования гидрофильных растений и разведения птицы; «степные», не затопляемые Нилом. Почвы виноградников и садов отмечались особо. «Налоги платились соответственно площади и качеству земли». Существовало и более дробное разделение земель, точно нам не известное. Папирус X-VIII вв. до н.э. упоминает две категории пахотных почв – «немхуна» и «шетатени», причем один сечат (небольшая мера площади) первой стоит полките серебра (4,5 г), а второй – только одну пятую ките. В более древнем до81 кументе – летописи XXV в. до н.э., высеченном на диоритовой плите («Палермский камень», хранится в музее города Палермо в Италии), многократно упоминаются различные пахотные почвы, «необработанные почвы», «почвы на краю пустыни», почвы «для большого виноградника». О кадастре говорится: для «года пятого» происходил «восьмой раз счет золота и полей». Это соседство слов показывает, как высоко ценилась почва. В перечислении должностных лиц фигурирует «руководитель земли». «Счет золота и полей» проводился регулярно. В папирусе Бруклинского музея (Среднее царство) говорится, что в обязанности второго после фараона человека входили дела «по поводу пахотных земель». Он имел право «допрашивать заведующего пашнями». Известно также, что египтяне хорошо знали механические – строительные свойства своих почв и подстилающих горных пород, понимали сущность кальматажа и умели его регулировать. В Двуречье были известны как упомянутые, так и некоторые другие свойства почвы, так как в отличие от долины Нила, долины Тигра и Евфрата значительно сильнее страдали от затопления и засоления, что наложило неизгладимый отпечаток на все земледелие этого края. Еще в конце VI и в V тысячелетии до н.э. в обширной дельте Тигра и Евфрата возникла земледельческая культура так называемого убейдского периода. Система орошения здесь была приспособлена к особым условиям дельты: сначала научились обваловывать небольшие затухающие протоки и старицы и создавать небольшие искусственные лиманы, потом перешли к строительству более сложных водорегулирующих устройств. Мягкие аллювиальные почвы «позволяли использовать простые орудия – деревянные мотыги и лопаты. Но необходимым был непрерывный труд по созданию полей из грязи и болот». Позднее в государствах Двуречья (Шумере, Ассирии, Вавилоне) возникли колоссальные ирригационные системы, для поддержания которых требовались солидный и жестокий государственный аппарат, неустанный труд «свободных» граждан и нещадная эксплуатация рабов. Вдоль многочисленных каналов, которые были так широки, что использовались и как транспорт82 ные артерии, простирались большие поля. О том, как они орошались, говорится в вавилонском тексте: «Рано утром пришел мощный паводок, появились огромные массы воды... заставляя всюду господствовать влажность... затопляя поля. Тогда работник может возделывать (то, что было лишь целиной), умелый земледелец взрыхляет почву». В шумерском земледельческом календаре дается совет следить за тем, чтобы уровень воды на затопленном поле не поднялся слишком высоко. «Когда ты спустишь с поля воду, следи за тем, чтобы пропитанная водой почва сохранила нужное тебе плодородие». В найденных клинописях, относящихся к началу второго тысячелетия до н.э., упоминаются болотные почвы, с которых, даже если они принадлежали государству, «урожай земледельцы могли брать себе». Так поощрялись освоение и мелиорация новых земель. Однако строгие законы не могли уберечь почвы от вторичного засоления. Паводковые воды и процесс искусственного орошения не были в этом отношении эффективными, и применялся экстенсивный способ борьбы с засолением: тысячи рабов собирали поверхностный слой соли и выносили ее за пределы орошаемых участков. Этот прием просуществовал до I тысячелетия н.э., и в 869 г., после восстания и бегства рабов-негров, в окрестностях Басры 50 тыс. га орошаемых земель были заброшены и превратились в солончаки. Именно такие случаи имел в виду К. Маркс, когда писал: «... культура, – если она развивается стихийно, а не направляется сознательно... – оставляет после себя пустыню...». Первые сохранившиеся до нашего времени специальные агрономические, биологические и географические сочинения, отражающие научные взгляды того времени на земледелие, дошли до нас из Древней Греции. Грекам были известны различия между почвами, они усвоили приемы их возделывания еще в эпоху эгейской (крито-микентской) культуры во втором тысячелетии до н.э. Но первым сочинением, обобщающим агрономический опыт, правда более позднего периода, дошедшим до нас, является поэма Гесиода (8-7 вв. до н.э.) «Работы и дни». Переводчик поэмы на русский язык В.В. Вересаев считает, что в ней «с поразительной яркостью отражается весь духовный уклад мелкого земледельца-собственника, прошедший неизменным 83 через десятки веков до настоящего времени». Гесиод преклоняется перед почвой, называет ее «многодарной», «священной». Она в разных местах неодинаковая: вдали от «многошумного моря» в «ущелистых горных долинах» преобладают «тучные почвы». Это главное сокровище пахаря, потому что: «Трижды в году хлебородная почва героям счастливым Сладостью равные меду плоды в изобилии приносит». В Греции и тогда выпадало мало осадков, все земледелие было направлено на сбережение почвенной влаги: «Только что время для смертных придет приниматься за вспашку, Ревностно все за работу берись, – батраки и хозяин. Влажная ль почва, сухая ль, паши, передышки не зная... Вспашешь весной, а летом вздвоишь, – и обманут не будешь. Передвоив, засевай, пока еще борозды рыхлы». Учение греков о земледелии достигло расцвета в 5-4 вв. до н.э. во времена Эмпедокла, Аристотеля и его учеников. Они обобщили не только богатый опыт использования почв в земледелии Греции, но и сведения, почерпнутые у народов других стран, особенно Египта и Двуречья. Сохранились многие сочинения первого ботаника древнего мира Феофраста. Его главный труд «Исследование о растениях», в котором он подробно для своего времени сообщает сведения о посеве и обработке, подчеркивая соответствие климата и почвы для земледелия: «Сеять густо или редко следует, смотря по почве... Пар, поднятый зимой, лучше весеннего. В некоторых местах, например, в Сирии, нехорошо пахать глубоко, почему там и пользуются маленькими плужками. В других местах, например, в Сицилии, очень тщательная обработка земли приносит вред: на этом, видимо, и терпит неудачу большинство новоселов. Итак, все зависит от места... Под Вавилоном... на земле, обработанной кое-как, урожай там бывает сампятьдесят, а на обработанной старательно – сам-сто...». Росту и питанию растений больше всего способствует климат и вообще характер года... Поэтому и существует прекрасная поговорка: год родит, а не нива... Немалое значение имеет и обработка, особенно предшествующая посеву: на обработанной земле посевы всходят легко... Зерно становится лучше или хуже и в зависимости от обработки, и в зависимости от самой земли... вообще оно меняется в соответствии с почвой». 84 Если греческая агрономия была преемницей древневосточной, то сельскохозяйственные знания римлян формировались под воздействием опыта Древней Эллады. Анализ римских агрономических трудов позволяет И.А. Крупеникову выделить такие периоды в развитии их учения о земледелии, как: 1) период Катона (II в. до н.э.) с первоначальными формулировками теории земледелия страны; 2) период Варрона-Вергилия (I в. до н.э.) – расцвет агрономических концепций Рима; 3) период Колумеллы-Плиния Старшего (I в. н.э.) очень противоречивый, знаменовавший высший взлет римской агрономии и одновременно ее глубокий кризис, зарождение идеи падения плодородия почвы и страстное ее опровержение; 4) период Палладия и других компилляторов (V-IV вв. н.э.), не выдвинувших новых идей, но передавших эстафету грядущим векам. Обобщив опыт многих поколений земледельцев, Марк Порций Катон Старший (234-149 гг. до н.э.) в дошедшем до нас трактате «О земледелии» в центр внимания ставит почву. Она в разных местах, иногда в одном имении, очень неодинаковая. Поэтому в каждом случае, прежде всего, нужно знать, «что какая земля любит», нужно уметь создавать условия для наилучшего развития растений. Он дает ряд советов о глубине вспашки, применении тех или иных плугов. Подробно разбирает вопрос о навозе, доходя до тонкостей и ныне мало известных: «Голубиный помет следует рассеивать по лугу, по огороду или по ниве. Заботливо сохраняй козий, овечий, коровий и вообще всякий навоз». Дает подробные рекомендации по его компостированию. Интересны его советы по размещению культур: «Берегись тронуть пеструю землю. Люпин будет хорош на красной земле. На белой глине и на красной, на вязкой почве... лучше всего сей полбу. На сухих местах, свободных от тени, сей пшеницу». В противоположность Катону Марк Теренций Варрон (116-27 гг. до н.э.) не был практическим деятелем в области земледелия, его труды основаны на литературных и опытных данных. Он первый утверждает самостоятельность земледелия как науки, определяя ее значение следующим образом: «Земледелие – наука необходимая и великая. Она учит нас, что на ка85 ком поле следует сеять, чтобы земля (почва) постоянно приносила самые большие урожаи». Катон и другие римские агрономы считали нормальными колебания урожайности в зависимости от погоды. Варрон подчеркивает, что урожаи должны быть устойчивыми. Это призыв, но призыв важный. Он указывает и пути смягчения колебания урожаев через дифференциацию агротехники в зависимости от климата и еще больше от почвы, которая в имении и «определяет, считается ли оно плохим или хорошим... Что можно на ней посеять и что растет... не все хорошо пойдет на одном и том же участке. Один пригоден для лоз, другой для хлебов, каждый для чего-нибудь». Варрон дает классификацию почв Италии. Он понимал, что многие почвы нуждаются в улучшении и удобрении. Первый выдвинул идею о «великом союзе» между земледелием и животноводством, которая и сейчас является злободневной. Интересным пропагандистом агрономических идей в первом столетии до нашей эры явилась поэма «Георгики» (36-29 гг. до н.э.) знаменитого поэта Вергилия (70-19 гг. до н.э.), в которой автор в поэтической стихотворной форме изложил многие агрономические советы того времени. В начале нашей эры римская наука дошла до своих предельных высот, но в это время кризис рабовладельческого строя достиг такой остроты, что породил проникновение реакционных взглядов и в агрономию. Знаменитый римский ученый Гай Плиний Старший (23-79 гг. н.э.) – автор «Естественной истории» в 37 книгах, являющейся своеобразной энциклопедией естественнонаучных знаний античности, полагал, что плодородие почвы падает, и это нельзя компенсировать никакими самыми дорогими способами ее обработки. Подоплека призывов Плиния – снижение производительности рабского труда и философские взгляды Сенеки, Марка Аврелия об истощении земли как неумолимом, но естественном процессе. Против линии Плиния и многих других авторов выступил выдающийся представитель античной агрономии Луций Юний Модерат Колумелла (I в. н.э.). Человек высочайшей культуры, Колумелла написал трактат «О сельском хозяйстве», в котором, в частности, полемизирует с адептами убывающего плодородия почвы: «Я слышу, как часто у нас первые люди в государстве 86 обвиняют... землю в бесплодии... Некоторые даже как бы смягчают эти жалобы ссылкой на определенный закон; земля, по их мнению, усталая и истощенная роскошными урожаями старых времен, не в силах с прежней щедростью доставлять людям пропитание. Я уверен... что эти причины далеко отстоят от жизни. Нечестиво думать, что природа, которую отец мира наделил плодородием, постигнута, как некой болезнью, бесплодием, и разумный человек не поверит, что земля, получившая в удел божественную и вечную юность и именуемая всеобщей матерью, потому что она и рождает все и будет рождать и впредь, состарилась, будто человек». Колумелла понимает причины этого ложного взгляда. Вина лежит на людях: «Мы отдаем сельское хозяйство, как палачу на расправу, самому негодному из рабов». В борьбе с концепцией убывающего плодородия почв Колумелла не останавливается на ее опровержении. Каковы пути сохранения и приумножения плодородия? Те же, что и у предшественников: правильный подбор почв для каждой культуры или, точнее, культур для каждой почвы; должная обработка с учетом местных особенностей; удобрения разных видов. В своих поместьях Колумелла вел опыты по выращиванию на разных почвах лучших «аминейских лоз», которые дают вино «благородного качества». О винограднике он писал особенно подробно, рекомендуя в отдельных случаях доводить глубину плантажа до трех футов (91 см), но в строгой зависимости от свойств и профиля почвы: ее для этого надо исследовать не только с поверхности, но и в глубоких слоях. Полевые опыты позволили Колумелле высказать некоторые важные идеи методического характера. «Наука, – писал он, – освещает ученику правильный путь», трактаты учат, но не делают мастерами, «главную роль играют опыты и практика... никогда не следует забрасывать опыты во всем их многообразии». В учении об обработке почвы Колумелла огромное значение придавал глубокой вспашке, которая «приносит наибольшую пользу всякому произрастанию». Поэтому он выступал против «маленьких сошников и сошек», а настаивал на хороших плугах с металлическими отвалами, писал, что в хозяйстве следует держать «рослых животных», которые могли бы тянуть та87 кие плуги. При определении способа и глубины обработки надо учитывать физические свойства почвы, например: «Очень плотная почва не впитывает дождевой воды, с трудом пропускает воздух, очень легко трескается и образует щели». Подобные физические характеристики даются и другим почвам. Для того чтобы почва была «здоровой», надо, чтобы разные качества в ней «находились в состоянии равновесия». Тут приходит на помощь теория – учение об элементах: «здоровье заключается в определенном и как бы проверенном сочетании горячего и холодного, сырого и сухого, плотного и рыхлого». Но в природе так бывает далеко не всегда. Исправить положение могут удобрения, которыми можно «словно пищей» восстановить силы почв и «равновесие» элементов. У Колумеллы имеется много частных рекомендаций о применении удобрений, их нормах, дозах и способах внесения, а общий принцип звучит так: «гораздо выгоднее для хозяина удобрять почву чаще, чем это делать без меры». В книгах этого автора можно найти советы, как осушать избыточно увлажненную землю с помощью дренажа, почему следует окружать поля полосами из деревьев и многое другое. Высокий уровень развития римской науки в период расцвета империи – и причина, и следствие высокого уровня развития земледельческого хозяйства. В этот период римляне получали довольно высокие урожаи зерна пшеницы – сам-десять, сампятнадцать. Для сравнения – в средневековой Европе урожаи несколько веков оставались в три-четыре раза более низкими. Успехи Рима в садоводстве и виноградарстве не были превзойдены феодальной Европой даже за тысячу лет. По словам Варрона, в I в. до н.э. Италия представляла собой сплошной фруктовый сад, и в мире не было ни пшеницы, ни вина, ни оливкового масла, которые могли бы соперничать с итальянскими. Главными достижениями римской науки о земледелии были: разработка классификации почв и попытка придать ей характер системы; практические положения о размещении культур в зависимости от типов почв и требований культур по принципу «что какая почва любит»; разработка агротехнических приемов возделывания этих культур; создание первой классификации удобрительных веществ, разработка технологии приго88 товления компостов, доказательство эффективности зеленых удобрений; систематизация и районирование почв и, может быть самое главное, удачная попытка сформулировать закон возрастания плодородия почв. Понятие «система земледелия» в трудах римских ученых не фигурирует, но подходы к земледелию носят явно системный характер. В их сочинениях идет речь о таких важнейших звеньях системы земледелия, как организация территории и научные основы размещения и сочетания культур, т. е. о севооборотах. Системный подход просматривается и к мерам по удобрению полей и культур, приемам обработки почвы. Накопив огромный эмпирический материал, древнеримская наука пытается, и не безуспешно, выйти на анализ и обобщение полученных данных, найти и объяснить причинно-следственные связи природноклиматических, биологических и экономических явлений в земледелии. Однако слабые, порой примитивные, часто вообще отсутствующие знания общенаучного характера по вопросам биологии, химии, физики, не говоря уж об агрофизике, агрохимии, и другим фундаментальным общим и частным наукам не позволили древнеримским исследователям выйти на более высокий уровень анализа земледелия как биолого-экономической производственной системы. На смену развалившемуся рабовладельческому строю римской империи в Европу пришла эпоха феодальных отношений, господствовавшая по XVII век включительно, в некоторых странах затянувшаяся до XX века. Феодализм по сравнению с рабовладельческим строем имел две главные особенности: сосредоточение земельной собственности в руках господствующего класса и наличие у зависимого крестьянства самостоятельного хозяйства на господской земле. Эти обстоятельства стимулировали интерес к земледелию и у хозяев земли, и у крестьян. В то же время культурный уровень феодального общества, господство религиозных доктрин, временная утрата античных научных достижений вели к тому, что агрономические знания были на чрезвычайно низком уровне. Это породило даже мнение, что в феодальную эпоху никаких земледельческих знаний вообще не существовало. 89 Однако это совсем не так. Например, в Китае, как указывает в своей исторической сводке «Земледелие в Китае» Н.Я. Бичурин, обращает на себя внимание «удивительная тщательность китайцев в обработке каждого уголка земли». Бичурин пишет, что трехполья в Китае никогда не существовало, сначала практиковался отдых почвы на год-два, затем, уже в первом тысячелетии новой эры, начал внедряться плодосмен. Китайцы в феодальную эпоху достигли большого искусства в изготовлении почвообрабатывающих машин, освоении приемов обработки почвы и регулирования ее влажности, террасировании горных склонов, приготовлении разных органических удобрений. Неоспоримо заимствование китайских агрономических приемов японцами. Мы уже отмечали глубокий интерес к земледелию еще в древности в Индии. Он сохранился и в средние века. В этой стране огромную роль играла ирригация, но не все почвы орошались. Неполивное земледелие велось на землях, где выпадало достаточное количество дождей. В результате сочетания разных видов земледелия «области стали процветающими... луга, пустыни и степи были возделаны, и поле слилось с полем, сад с садом». Для достижения такого уровня сочетания и культуры земледелия, несомненно, требовались необходимые, достаточно глубокие знания. У древних славян начиная с VII-VIII вв. были развиты пашенное земледелие и культура разнообразных сельскохозяйственных растений (рожь, пшеница, ячмень, овес, просо, гречиха, горох, конопля и др.). При археологических раскопках находят много земледельческих орудий с железными наральниками. На юге, в «диком поле», где преобладали черноземы, возникла переложная система использования почвы в самой примитивной форме с так называемой наезжей пашней, которую обрабатывали не систематически, а время от времени «наездом», перенося поле с одного места на другое. В лесной зоне преобладала подсечная система земледелия. Среди историков нет единого мнения о том, какой характер имело земледелие на Руси до монголо-татарского нашествия. Критическую сводку по этому вопросу дал Г.Е. Кочин. Из нее, во всяком случае, можно заключить, что земледелие в Ки90 евской Руси стояло на достаточно высоком для своего времени уровне. Существовали уже разные системы земледелия – «наезжая пашня», перелог, подсек леса; зарождались паровая обработка почвы и трехполье. Это требовало некоторых знаний о почве – ее мощности, времени, нужного для ее восстановления («отдыха»). Однако этот уровень развития агрономических знаний был ниже античного. В феодальной Европе во второй половине раннего средневековья (VIII-IX вв.) наблюдался некоторый подъем сельского хозяйства, который имел временный характер, но уже в XI-XIII вв. происходит массовый подъем: расширяются посевные площади, идет освоение новых земель, широкое распространение получает отвальный плуг с железным отвалом, в отдельных районах переходят на стойловое содержание скота и удобрение полей навозом, вводится земельный кадастр. В Голландии ведутся работы по осушению крупных озер и превращению их в польдеры. Главные достижения последних столетий средневековья в Европе сводятся к восстановлению античных источников, формированию некоторых новых взглядов в земледелии. В целом же развитие агрономической мысли при феодализме было чрезвычайно медленным и неравномерным. Агрономические идеи того времени представляли собой, по К.А. Тимирязеву, «бессвязное собрание рецептов и слепое подражание успешным примерам». Возрождение, наступившее в Европе в XV в., оказало мощное воздействие на развитие естествознания в целом. По словам Энгельса, «это был величайший прогрессивный переворот... эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характеру; по многосторонности и учености». Перечисляя наиболее выдающихся представителей Возрождения, Энгельс среди других называет Леонардо да Винчи, Ф. Бекона, Н. Макиавелли. Характеристику знаний этого периода можно по отдельным фрагментам найти у таких авторов, как Ваксман (1937), Вильямс, Саввинов (1953), Виленский (1958), Ковда (1973), Прянишников (1945), Рассел (1955), Ярилов (1910) и др. Общий вывод по интересующей нас теме можно сделать такой: знания в Европе XVI-XVII и особенно XVIII в. по вопросам земледелия продвинулись довольно далеко. Земледелие как наука 91 еще не сформировалось, но научные знания по отдельным его разделам существенно углубились. Было высказано много гипотез о роли почвы в питании растений, ее составе, физиологических основах питания растений, роли фотосинтеза и минерального питания в жизни растений и другим вопросам. В XVIII в. в Европе бурное развитие агрономических, экономико-географических и других наук стимулируется расширением товарного и промышленного производства, торговли, формированием рынка на продукты сельского хозяйства; расширением и углублением капиталистического способа производства. Важным рубежом в развитии не только биологии, но и агрономии явилось возникновение дарвинизма. Идея развития – основная идея дарвинизма – нашла в теории Дарвина глубокое выражение. При этом важно отметить, что одним из источников для вывода Дарвина о развитии живой природы послужила практика сельского хозяйства. В России, как и во всей Европе, в XVIII в. наблюдались подъем и развитие науки в целом. В частности, в Петербурге создается Академия наук, в Москве открывается университет, организуется Вольное экономическое общество, в возрастающих объемах издается светская литература. Во второй половине XVIII в. появляются такие идеи, в которых уже просматривается будущая роль России в развитии учения о земледелии и, особенно, в формировании таких наук, как почвоведение, физиология растений, агрохимия и другие. О состоянии агрономии в России в первой половине XVIII в. мало известно. Сведения о сельском хозяйстве того времени можно найти в «Книге о скудности и богатстве» И.Т. Посошкова, датируемой 1724 г. Однако эта работа социальноэкономическая, и вопросы агрономии в ней почти не освещаются. Интересно сочинение, написанное в 1724 г., «Краткие экономические до деревни следующие записки». Оно принадлежит перу В.Н. Татищева (1686-1750 гг.) – известного государственного деятеля, историка и географа, автора «Истории Российской с самых древнейших времен». Он хорошо знал природу и сельское хозяйство страны: окрестности Петербурга и Москвы, Урал (в течение пяти лет управлял уральскими заводами), засушли92 вый юго-восток (четыре года был астраханским губернатором). Труд Татищева по сельскому хозяйству при жизни автора был известен в рукописях, и лишь в 1852 г. он был опубликован. Вот название некоторых глав: «О разделении земли», «О сбережении лугов», «О пашне», «О навозе», «О посеве», «О садах и пчелах», «О копании каналов и прудов» и др. Последовательность глав логически выдержана; примерно такой же порядок изложения мы находим и в более поздних отечественных агрономических трудах. В самом начале 50-х годов XVIII в. картина меняется, ни в какой другой стране не было такого лавинообразного нарастания числа публикаций, так или иначе связанных с освещением особенностей земледелия. Можно выделить несколько групп важных в этом аспекте литературных источников: 1) работа М.В. Ломоносова «О слоях земных» и его труды по вопросам географии России; 2) издания созданного в 1765 г. Вольного экономического общества; 3) агрономические сочинения обобщающего характера выдающихся русских ученых XVIII в. – И.И. Комова, М.Г. Ливанова, М.И. Афонина, А.Т. Болотова; 4) географические и «хозяйственные» описания разных губерний и наместничеств; 5) описание путешествий академиков И.А. Гюльденштедта, П.С. Палласа, И.И. Лепехина и других по Европейской и Азиатской России; 6) труды статистического, политического и социологического характера и среди них некоторые сочинения А.Н. Радищева. Существенное значение имело освоение западноевропейского научного «задела», которое носило творческий и критический характер. Крупный и оригинальный вклад в развитие знаний о земледелии внес М.В. Ломоносов, что неоднократно отмечалось в литературе, начиная с 1900 г. (Вернадский, 1901; Вубер, 1910; Дик, 1976; Добровольский, 1973; Докучаев, 1900; Крупеников, 1963, 1974, 1981; Отоцкий, 1901; Ярилов, 1912, 1940 и др.). Интерес М.В. Ломоносова в этой сфере определялся рядом предпосылок: глубоким знанием природы и хозяйства России, изучением трудов европейских ученых – своих наставников – физика Хр. Вольфа, химика, геолога и металлурга И. Генкеля и других во время пребывания в Германии. 93 Будучи ученым-энциклопедистом, М.В. Ломоносов высказал ряд оригинальных идей и в области агрономии. В частности, идею о биотическом происхождении чернозема: «Он произошел от согнития животных и растущих тел со временем». Ломоносов под черноземом понимал и почвенный перегной, и самый верхний ярус геологического разреза, и темную плодородную почву, не сужая ее до тех рамок, которыми ограничивается современный черноземный тип почвообразования. В.В. Докучаев, узнав в 1900 г. от Вернадского о книге «О слоях земных», напишет: «Ломоносов давно уже изложил в своих сочинениях ту теорию, за защиту которой я получил докторскую степень, и изложил, надо сказать, шире и более обобщающим образом». Здесь многое преувеличено. Тем не менее именно М.В. Ломоносов ввел в научный оборот термин «чернозем», пояснил его теоретический смысл, обратил внимание на его геологическое и агрономическое значение. У Ломоносова мы находим мысли о зональности природы. Он характеризует природные области Европейской России: 1) степи, «где трава растет на черноземе»; 2) леса лиственные с более перегнойными почвами и хвойные на почвах, бедных перегноем; 3) тундры, «мхами заросшие... простирающиеся иногда на несколько сот верст». Он отмечал различие этих «полос» не только по климату, растительности и почвам, но и по условиям сельского хозяйства в них. К числу основоположников учения о системах земледелия в России, наряду с выдающимися учеными-агрономами и экономистами последней трети XVIII в. – А.Т. Болотовым, И.М. Комовым, В.А. Левшиным, следует отнести и известных практических деятелей сельского хозяйства начала XIX в. – Д.М. Полторацкого, И.И. Самарина и других. Им принадлежит приоритет в постановке вопросов о системах земледелия в России и успешных попытках научного решения этого вопроса. В первой половине XIX в. учение о системах земледелия развивали видные ученые-агрономы и сельскохозяйственные экономисты: М.Г. Павлов, П.М. Преображенский, Я.А. Линовский и С.М. Усов. Они выдвинули и практически решали и поныне актуальную проблему экономической эффективности раз94 личных систем земледелия в разных природных и экономических условиях. Еще в последней трети XVIII в. агрономы-экономисты А.Т. Болотов, И.М. Комов, В.А. Левшин и другие ясно видели, что господствовавшая на полях Центральной России паровая система земледелия, при отсутствии достаточного количества естественных лугов и пастбищ, исключает возможность развития животноводства и ведет к истощению плодородия почвы, что она приходит во все большее несоответствие с новыми экономическими условиями и потребностями экономического развития страны. Агрономы-экономисты последней трети XVIII в. уже рассматривали систему земледелия не только как способ восстановления, поддержания и повышения плодородия почвы, но и как средство извлечения прибыли. На этом основании они различали две стороны системы земледелия: агротехническую и экономическую. Эти же две стороны они видели и в севообороте, причем определяющей, ведущей считали экономическую сторону, то есть соотношение между полевыми культурами в севообороте и отраслями хозяйства. В действительности же тем самым подчеркивалась определяющая роль производственного направления хозяйства в отношении характера системы земледелия. Наиболее прогрессивные агрономы-экономисты первой половины XIX в. М.Г. Павлов, Я.А. Линовский, П.М. Преображенский и С.М. Усов, как и их выдающиеся предшественники, руководствовались самыми передовыми для своего времени естественнонаучными и экономическими идеями. Но именно поэтому, в отличие от своих предшественников, которые не считали крепостничество главной преградой на пути прогресса сельского хозяйства и мирились с ним, они ясно видели реакционную роль крепостничества и относились к нему резко отрицательно, хотя и не принадлежали к числу революционных демократов. Однако агрономы-экономисты первой половины XIX в. не создали и не могли еще создать стройного учения о системах сельского хозяйства. Непреодолимым препятствием тому служило недостаточное развитие торгового земледелия и его спе95 циализации. Систему сельского хозяйства они смешивали с системой земледелия или считали частью ее – экономической стороной системы земледелия. Под агротехнической стороной системы земледелия понималось обеспечение плодородия почвы. В общем же система земледелия ими трактовалась как способ разведения культурных растений на полях ради прибыли. Большой вклад в развитие учения о системах хозяйства внесли агрономы-просветители А.В. Советов и А.Н. Энгельгардт, а также такие агрономы-экономисты пореформенного периода, как профессора Петровской земледельческой и лесной академии А.П. Людоговский и И.А. Стебут, министр земледелия А.С. Ермолов, профессор Новоалександрийского института сельского хозяйства и лесоводства А.И. Скворцов. Приоритетная роль в этом важном деле, как правильно замечает Ф.С. Крохалев, по праву принадлежит выдающемуся ученому И.А. Стебуту. Еще в 1873 г. в своих замечательных лекциях об основах полевой культуры и мерах ее улучшения в России он впервые ставил и решал следующие вопросы: из каких элементов или составных частей складывается система сельского хозяйства? Каковы главные системы сельского хозяйства в России? Какова зависимость системы сельского хозяйства России от экономических и почвенно-климатических условий местности? Какова взаимозависимость между различными элементами системы сельского хозяйства? Понятие «система земледелия» как одно из основных, фундаментальных понятий агрономической науки широко вводится в научный оборот после выхода в свет классической работы А.В. Советова «О системах земледелия». С тех пор создана весьма обширная специальная литература – агрономическая и экономическая, освещающая развитие содержания этого понятия. Естественнонаучные основы земледелия во второй половине и конце XIX начале XX вв. получили мощное развитие в трудах таких выдающихся ученых-естествоиспытателей, как Ю. Либих, Ж.Б. Буссенго, Г. Гелльригель, Э. Вольни, А. Тэер, В.В. Докучаев, П.А. Костычев, Н.М. Сибирцев, В.Р. Вильяме, К.А. Тимирязев, Д.И. Менделеев, Д.Н. Прянишников, А.Н. Энгельгардт, Э.А. Митчерлих, К.К. Гедройц, А.Г. Дояренко, Н.М. Тулайков и многие другие. 96 В трудах В.В. Докучаева, П.А. Костьгчева, Н.М. Сибирцева, В.Р. Вильямса и других были сделаны открытия, позволяющие решать проблему восстановления, регулирования и повышения плодородия почвы, относящуюся к одной из основных проблем агрономии. К концу XIX в. получают признание теория фотосинтеза, теория воспроизводства плодородия почв, специфические объективные законы земледелия – закон минимума, оптимума, максимума, закон равнозначности и незаменимости факторов урожая, закон возврата и др., открытые и обоснованные Ю. Либихом, Г. Гелльригелем, Э. Вольни, К.А. Тимирязевым, В.Р. Вильямсом, Э. Митчерлихом и др. Эти открытия позволили определить предмет агрономии как науки о специфических законах возделывания сельскохозяйственных растений – законах полеводства. На основе исследований Ж.Б. Буссенго, Ю. Либиха, А.Н. Энгельгардта, Д.И. Менделеева, К.А. Тимирязева, Д.Н. Прянишникова и др. возникает важнейшая отрасль агрономии – агрохимия, объясняющая закономерные связи между растениями, почвой и удобрениями. Развитие этой науки создало теоретические основы для будущей химизации земледелия. Исключительное влияние на формирование правильных естественнонаучных подходов к земледелию оказали труды В.В. Докучаева. В его работах, вобравших в себя все ценные идеи о развитии почвы, накопленные трудами М.В. Ломоносова, А.Т. Болотова, А. Тэера, Ю. Либиха и др., получает научное освещение важнейший объект земледелия – почва, закономерности ее образования и развития. В.В. Докучаев – основатель современного почвоведения как науки, создатель теорий генетической природы почв, их зональности, соединения геологических и экологических подходов к воспроизводству плодородия почв. Итак, если говорить о подходах к освещению содержания понятия «система земледелия», то в научной и специальной литературе на рубеже XIX-XX вв. преобладали два подхода: естественнонаучный и экономический. С естественнонаучной точки зрения система земледелия освещалась как форма использования природных закономерностей в земледелии; с экономической – показывалось влияние экономики на систему земледелия как 97 комплекс агротехнических и других мероприятий, как способ использования земли, повышения плодородия. Такие подходы вполне оправданы, но, как и в любой другой области деятельности, они могут быть правильными только при условии, что опираются на правильные общетеоретические и методологические предпосылки, правильно сочетаются. Однако последующие политические события в России не способствовали разработке научных основ сочетания этих двух подходов, а в практическом плане на долгие годы утвердился фрагментарно-шаблонный волюнтаристический подход к отрасли, который ослабил системность агроэкономических решений на всех иерархических уровнях управления. За годы партийно-советской власти накоплен большой опыт кампанейского подхода к решению аграрных проблем. Руководство страной стремилось найти главное звено системы и направляло огромные ресурсы на его становление или восстановление, а в это время рассыпались, выпадали или не срабатывали другие звенья, следовательно, и система в целом. Там, где к земледелию подходили с учетом требований системной методологии, стремились к оптимизации всех элементов и звеньев системы, результаты получали весьма значительные. Поэтому накопленный богатый опыт проб и ошибок, опыт разработки и освоения систем земледелия в России в советский период заслуживает внимательного изучения и обстоятельного анализа. Этот период совпал по времени с массовой монополизацией производства, его концентрацией и специализацией, углублением разделения труда, научно-техническим прогрессом в развитых странах. Советское руководство предпринимало многочисленные меры по включению этих механизмов в социалистическую экономику, но из-за отчужденности крестьян и рабочих от собственности, командно-административного стиля руководства экономикой и по некоторым другим причинам подлинно системного ведения хозяйства не получалось. На разных уровнях руководства страной и управления производством постоянно возникали проблемы разрегулированности системы, отсутствовали или не срабатывали те или иные ее звенья, включая и аграрный сектор экономики. 98 Так, накануне Октябрьской революции 1917 года истощенное первой мировой войной крестьянство пошло за большевиками, но обманутое их лозунгами о земле быстро разочаровалось в новой власти. Ситуацию несколько поправила новая экономическая политика большевиков, которая включала замену продразверстки продналогом, четко ограничившим размеры изъятия продукции у крестьянских хозяйств; допущение свободной торговли; широкое развитие кооперативного движения; разрешение аренды земель и применение в определенных размерах наемного труда; государственное регулирование хозяйственной деятельности с помощью цен, налогов, кредита; развитие системы контрактации; постепенное налаживание эквивалентного обмена между городом и деревней; первоочередное восстановление и развитие сельского хозяйства как необходимого условия подъема жизненного уровня народа и индустриализации страны. Новая экономическая политика логически вытекала из объективного хода революционного процесса, мыслилась «всерьез и надолго», опиралась на инициативу снизу, строилась на основе демократии, хозрасчета, разнообразия форм кооперации. Это был доступный и наиболее понятный, приемлемый для крестьянства путь. В целом осуществление новой экономической политики подтверждало правильность выдвинутых В.И. Лениным принципов и методов хозяйствования, его оценку роли кооперации, товарообмена с крестьянством. Но во второй половине 20-х годов новая экономическая политика столкнулась с рядом трудностей и противоречий, порожденных сложным состоянием народного хозяйства. Слабая промышленность не могла дать крестьянам в достатке необходимых товаров. В результате развитие сельского хозяйства все более упиралось в ограниченные возможности материальнотехнической базы. О ее состоянии говорят, в частности, такие цифры: в 1928 году свыше 70% площадей яровых культур засеяно ручным способом, около 45% всех зерновых убрано серпами и косами, более 40% всего урожая обмолочено цепами и вальками. 99 При такой материально-технической базе воздействие рыночных отношений стало ослабевать, темпы роста производства продукции сельского хозяйства замедлились. Между тем развернувшаяся масштабная работа по осуществлению планов индустриализации требовала все больше и больше материальных, трудовых и финансовых ресурсов. Городское население увеличивалось примерно на 4% в год. Быстро росли денежные доходы трудящихся и их платежеспособный спрос. В городах стало не хватать хлеба и других продуктов. Пришлось ввести карточки. В стране обозначилась кризисная ситуация. Со всей остротой встали вопросы о путях дальнейшего развития, судьбах индустриализации, решении продовольственной проблемы. Они приобретали особую политическую окраску и чрезвычайный характер. Все это затрагивало коренной вопрос – вопрос о союзе рабочего класса с крестьянством, об отношении к крестьянству. На этом очень ответственном отрезке нашей истории руководство страны пошло не по пути поиска экономических методов решения проблем и противоречий, разработки на базе опыта нэпа экономической политики, адекватной изменившимся условиям, а по другому, прямо противоположному пути – по пути свертывания нэпа, товарно-денежных отношений, принижения материальных стимулов к труду, применения командно-административных подходов к решению социально-экономических задач. Наиболее уродливым их проявлением явились насильственные методы и форсированные темпы сплошной коллективизации сельского хозяйства, волюнтаристское вмешательство в процессы производства, обмена и распределения. В аграрном секторе возродились методы внеэкономического принуждения времен «военного коммунизма». Стремление человека быть на земле хозяином, законодательно признанное еще Декретом о земле, было объявлено частнособственническим пережитком. Все разнообразие способов хозяйствования практически было сведено к одной форме. Исключалась всякая хозяйственная самостоятельность колхозов и совхозов. Тружеников села эти методы поставили в положение поденщиков. Они были вынуждены жить в основном за счет личных подсобных хозяйств, которые к тому же облагались непомерными на100 логами. Каждый крестьянский двор должен был платить налог за землю, а также поставлять государству (часто независимо от того, посильно это ему или нет) установленное количество мяса, молока, яиц, шерсти и других продуктов. Именно в этот период стала проводиться в жизнь абсурдная концепция отмирания личного подсобного хозяйства, наличие которого якобы тормозило утверждение на селе социалистических отношений. Активизировалась и политика ликвидации так называемых неперспективных деревень. А все это, в конечном счете, привело к падению темпов роста сельскохозяйственного производства, к резкому обострению зерновой проблемы, к ухудшению продовольственного снабжения. Все последующие попытки придания устойчивого развития сельскохозяйственному производству, включая и земледелие, необходимых положительных результатов не давали. Анализ ситуации указывает, что причины те же: несистемный, фрагментарный подход, отсутствие необходимой совокупности стимулов к труду, отчужденность тружеников села от собственности, командно-административные методы руководства, ведущие к волюнтаризму и шаблону. В связи с этим сложился ряд негативных сторон в работе специалистов: ориентировка при принятии решений на указания «сверху», командование исполнителями, пассивность в решении практических вопросов производства, бумаготворчество, стремление к показушной отчетности и др. Агрономы хозяйств и органов управления часто были и остаются функционерами административного аппарата, передающего команды. Из-за недостатка, а порой и полного отсутствия самостоятельности их знания, способности, деловые качества проявлялись и развивались далеко не в полной мере, что отрицательно отражалось на результатах работы. Научные разработки часто оказывались невостребованными. Например, много хороших решений предложила наука по предотвращению эрозии почв, ослаблению вредоносности засух. Общеизвестны работы, выполненные в Сибири и Северном Казахстане под руководством академика ВАСХНИЛ А.И. Бараева по борьбе с пыльными бурями, в прошлом веке – на Новосильской опытной станции и в 60-80-е годы нашего столетия – в Ал101 тайском НИИСХе под руководством А.Н. Каштанова по борьбе с водной эрозией и многие другие. Однако и сегодня на значительных площадях растения часто страдают от засухи. Эродирует, по данным ГИЗРа, в стране около 65% пахотных земель. Ежегодно площади смытых земель увеличиваются на сотни тысяч гектаров, площадь пашни из-за роста оврагов сокращается на 100-150 тыс. га. Здесь, видимо, две причины. Первая – не все рекомендуемые научными учреждениями решения достаточно универсальны и эффективны. И вторая – при их реализации имеет место не творческий, а формальный, шаблонный, порой безответственный подход, не обеспечивается необходимая комплексность. В 50-е годы у Т.С. Мальцева спросили: «Вы не боитесь рекомендовать безотвальную систему земледелия в производство?» Он ответил: «Признаться, побаиваюсь». И уточнил: «Не за систему побаиваюсь, а за ее выполнение. Если умело все делать, то будет хороший урожай, а если так сделать, как наши соседи, лишь бы черед отбыть, то можно и совсем ничего не получить». Деформация социалистических идей, начавшаяся в 2030-е годы прошлого столетия, пагубно отразилась и на земледельческом производстве. В условиях массовой коллективизации не могло быть и речи о правильной специализации и рациональном, научно обоснованном размещении производства. Создавались, как правило, крупные многоотраслевые хозяйства, которым навязывались сверху и планы производства продукции земледелия, и организационно-технологические решения. В этих условиях экономические подходы к земледелию стали шаблонироваться, ленинское понятие «система земледельческого хозяйства» подменяться понятием «система земледелия», естественнонаучные же подходы все более и более утрачивали важнейший методологический признак – признак системности, целостности земледельческого производства. Выдающиеся советские ученые Д.Н. Прянишников и В.Р. Вильямс были использованы административно-командной системой для того, чтобы свести все проблемы земледелия к дискуссии о том, какая система земледелия – травопольная или плодосменная – должна преобладать в стране. Хотя каждому было доподлинно известно, что в дореволюционной России в 102 разной мере в зависимости от местных условий применялись и паровая зерновая, и улучшенная паровая зерновая, и выгонная, и многопольно-травяная, и плодосменная системы земледелия. В последующем партия неоднократно на декларативном уровне осуждала порочную практику шаблонного применения травопольной системы земледелия или каких-то других общегосударственных мер подъема сельского хозяйства. Так, в 1956 году во всех природно-экономических зонах страны началась разработка зональных систем ведения хозяйства. В Контрольных цифрах развития народного хозяйства СССР на 1959-1965 гг., принятых XXI съездом партии, говорится: «Получение высоких устойчивых урожаев всех сельскохозяйственных культур, доведение валовых сборов продукции до намечаемых размеров должны быть достигнуты на основе внедрения научно обоснованной системы земледелия, применительно к условиям отдельных экономических зон страны и каждого хозяйства, дальнейшей специализации и улучшения размещения сельскохозяйственного производства, широкого использования достижений науки и передового опыта. Внедрение в производство правильных систем ведения сельского хозяйства необходимо рассматривать как дело большой государственной важности». В 1956 году во всех природно-экономических зонах страны под научно-методическим руководством Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени В.И. Ленина были созданы зональные комиссии по разработке научно обоснованных систем ведения хозяйства. Перед каждой зональной комиссией были поставлены сложные и ответственные задачи. Необходимо было, во-первых, правильно учесть природно-экономические условия данного района, колхоза и совхоза, достижения агрономической науки и сельскохозяйственной техники, богатый опыт передовых хозяйств; во-вторых, определить экономически наиболее эффективное направление хозяйства и сочетание главных, дополнительных и подсобных отраслей производства; в-третьих, разработать правильные севообороты как важнейшую составную часть системы ведения сельского хозяйства, определяющую производственное направление хозяйства и соответствующий ему комплекс агротехнических мероприятий; в-четвертых, 103 разработать соответствующую систему животноводства; впятых, определить отвечающую данной системе хозяйства систему сельскохозяйственных машин и орудий. Наконец, разработать мероприятия по практическому внедрению научно обоснованных систем хозяйства в производство. В решении этого комплекса задач по всем районам страны принимало участие более 4 тысяч ученых, специалистов и передовиков сельского хозяйства. Намеченная программа была в основном выполнена, однако ожидавшихся результатов не дала. Причины неудачи, наряду с социально-экономическими, психологические и научно-технические. Среди них – формализм, шаблон и слабая заинтересованность кадров всех уровней в повышении эффективности земледелия, недостаточная теоретическая и нормативная обоснованность взаимосвязей и взаимодействия многообразных приемов агротехники. Так, например, огульно отрицалась вся травопольная система, без использования ее положительных сторон. В ряде случаев она необоснованно отождествлялась с возделыванием отдельных культур, например, клевера, который изгонялся с полей. Наблюдалась переоценка одних земледельческих методов (например, агрохимических) в ущерб другим (например, биологическим), нарушались севообороты. Это были элементы субъективизма, гносеологические корни которого лежали в игнорировании особенностей диалектики систем земледелия как форм развития земледельческих производительных сил, недооценке роли практики как критерия истины и в агрономическом познании. Ошибки субъективистского характера пытались исправить. Об этом декларировалось в решениях октябрьского (1964 г.) и мартовского (1965 г.) Пленумов ЦК КПСС. В решениях мартовского Пленума и последующих документах, особенно в материалах XXIV съезда, были глубоко проанализированы качественные изменения во всех элементах земледельческих производительных сил – техническое переоснащение хозяйств новой, более производительной техникой, использование более совершенных сортов интенсивного типа, химизация земледелия, развертывание огромных по масштабу мелиоративных работ, совершенствование культуры земледелия и др. Особое 104 внимание партия уделяла вопросам повышения роли науки как важнейшей производительной силы. «На огромной территории нашей страны, разнообразной по своим природным условиям, конечно, не может быть единой для всех районов системы земледелия. Шаблон здесь совершенно недопустим, и последнее слово должно быть за сельскохозяйственной наукой, за специалистами и практиками, работающими в совхозах и колхозах» (Материалы XXIV съезда КПСС. М., 1966. С. 141). Однако этой декларации оказалось недостаточно для повсеместного и полного перехода на творческие методы работы. Поиск универсальных способов в земледелии, как и борьба с шаблоном, традиционны. Периодически отвергая шаблоны, ученые и практики стремятся найти что-то лучшее, но нередко приходят к новому шаблону. Творческий подход с учетом места, времени, условий – пока не разрешенная задача советского и постсоветского земледелия. Необходимость системного подхода к земледелию с особой силой стала просматриваться в последние десятилетия, когда после освоения целинных и залежных земель были исчерпаны возможности расширения площади пашни за счет распашки пахотно-пригодных угодий. Недостаточно комплексный и несистемный подход к интенсификации земледелия в последующие годы во многих районах страны привел к резкому усилению эрозионных процессов: в сухостепных на легких почвах – к дефляции, в умеренно увлажненных на склоновых землях – к смыву и размыву, на орошаемых полях – к ирригационной эрозии и вторичному засолению. Не могли обеспечить ожидаемого эффекта и попытки широкого, форсированного освоения таких высокоэффективных, но фрагментарных мер, как полезащитное лесоразведение, переход на плоскорезные обработки почвы, введение чистых паров и другие. Приемы, дававшие существенные прибавки в «стерильных» условиях опытного поля на делянках, в условиях производства не только снижали эффект, но и порой вызывали неожиданные те или иные негативные явления. Главная причина – разные фоны, разная культура исполнения, разный уровень оптимизированности факторов жизни растений в опытах и на производстве, разная степень системности, разные условия. 105 Мы должны назвать еще, как минимум, три попытки общегосударственного, общенародного движения по освоению таких научно обоснованных систем земледелия, как: − пропашная система земледелия, поднятая на щит Н.С. Хрущевым, приписываемая Алтайскому НИИ сельского хозяйства и его бывшему директору Г.А. Наливайко. По всей стране эта система провозглашалась как «ключ к изобилию» и насаждалась всеми силами административно-командной системы. В то же время на Алтае ее не было даже в НИИСХОЗе. В севооборотах пропашные культуры не превышали 25%; − почвозащитная система земледелия, объективная потребность в которой возникла через 5-7 лет после освоения целины в засушливых районах Северного Казахстана и юга Западной Сибири на легких почвах. Ее основные звенья – зернопаровой севооборот с короткой ротацией и плоскорезная обработка почвы с сохранением стерни на поверхности – настойчиво пропагандировались из ВНИИ зернового хозяйства его бывшим директором академиком ВАСХНИЛ А.И. Бараевым и последователями даже в районах с совершенно иными природно-климатическими и экономическими условиями. Третью попытку можно рассматривать как своего рода следствие из всех предыдущих попыток найти уникальную и универсальную систему земледелия для всех многообразных природно-экономических зон бывшего Советского Союза. Эта попытка также была выведена на директивный уровень через отдельные программы комплексной механизации, химизации и мелиорации земель. Обратим внимание на переход от разочаровавшего системного подхода к комплексному. На бумаге. А на деле все эти программы реализовывались не только не комплексно, но и удивительно бессистемно, не рационально, не экономично, с большими отступлениями от экологических и технологических требований. Так прошли 60-е и 70-е годы. К 1979 г. в директивных органах созрело понимание необходимости, с одной стороны, системного, с другой – зонального подходов к земледелию, которые обосновывались нами. Научным учреждениям совместно с ме106 стными сельхозорганами была поручена разработка зональных систем земледелия. В соответствии с этими и другими установками директивных органов в одиннадцатой пятилетке проведена большая работа по перестройке земледелия, разработке научно обоснованных зональных систем. Во многих зонах, наряду с зональными рекомендациями, разрабатывалась система земледелия хозяйств. В ходе этой большой работы удалось несколько ослабить директивность подходов, уйти от волевых решений сверху, улучшить структуру использования пашни, ввести научно обоснованные севообороты, перейти на интенсивные технологии возделывания многих полевых культур, повысить общую и технологическую культуру работы на земле. Проделанная работа позволила несколько поднять эффективность и устойчивость земледелия, увеличить валовые сборы зерна, кормов и других продуктов полеводства в стране. В разных зонах появилось немало хозяйств, где уровень урожайности зерновых культур удалось поднять до 35-40 и даже 50 ц/га. Однако, в целом, и эта работа существенных изменений не принесла. Наряду с социально-экономическими причинами, как показывает анализ, сработали и научно-методологические отставания. Какие выводы напрашиваются при анализе методологии зональных систем земледелия и систем земледелия хозяйств? Главный их недостаток – это описательный характер. Практически нет в них нормативов. Многие рекомендации недостаточно четко регламентируются условиями поля, погоды и другими влияющими на эффективность рекомендуемых приемов факторами. Отдельные рекомендуемые технологические приемы, меры организационного или мелиоративного воздействия на почву и растения слабо согласуются, взаимоувязываются между собой. Вице-президент ВАСХНИЛ А.Н. Каштанов в статье «Насущные проблемы интенсификации земледелия» по этому поводу пишет, что «в последнее время, несмотря на большую работу, проведенную учеными страны по разработке и внедрению зональных систем земледелия, начинает обесцениваться самая главная их суть – системный подход к ведению отрасли. Так, 107 системы земледелия нередко стали подменять интенсивными технологиями, которые являются лишь одним из элементов системы земледелия и без единого комплекса мер должного эффекта дать не могут, и даже наоборот – способны принести вред». К сожалению, как показывает анализ научных разработок, земледельческая наука пока еще медленно решает ключевые общетеоретические и методологические проблемы и, прежде всего, проблему сущности систем земледелия, их классификации, методов разработки и освоения. Дискуссия, организованная в 1986 году на страницах журнала «Земледелие» на эту тему, показала, как много нерешенных методологических проблем в земледелии, много мнений и мало всесторонне обоснованных взвешенных предложений, обеспечивающих повышение эффективности вложений в эту отрасль производства. А.М. Лыков, В.В. Гриценко, И.С. Кауричев в статье, положившей начало этой дискуссии, правильно утверждают, что современная концепция систем земледелия должна отражать всю совокупность производственных факторов формирования урожая. Эти факторы должны рассматриваться во взаимосвязи и определены количественно на сегодняшнем уровне агрономической науки и производства. Одновременно следует теоретически обосновать роль и порядок действий факторов урожая в ближайшем и обозримом будущем. Неодинаковое действие факторов урожая на разных уровнях производства обусловливается диалектической сущностью продукционного процесса в земледелии и принципиальными различиями в природе и механизме действия отдельных факторов. На несовершенство принципов разработки и освоения систем земледелия, заложенных в методике ВАСХНИЛ, указывают М.И. Сидоров, В.П. Заикин, А.А. Зиганшин, М.К. Пружин, В.И. Кирюшин, А.М. Ситников и др. Накопилось много нерешенных вопросов в подходах к обоснованию содержания систем, взаимодействия их звеньев. Устарели принципы классификации системы. М.И. Сидоров, чл.-кор. ВАСХНИЛ, в статье «Современные системы земледелия и их совершенствование» правильно утверждает, что используемые в настоящее время названия сис108 темы земледелия (зернопаровая, зернотравяная, пропашная, зернопропашная и др.) хотя и появились в середине 60-х годов, сейчас безнадежно устарели. В то время зональные системы земледелия только начинали процесс формирования. Каждой системе земледелия прошлого соответствовал один севооборот, теперь каждая зональная система может иметь ряд севооборотов. По мнению М.И. Сидорова, современные системы земледелия стали зональными комплексами, тесно связанными с природными условиями. Их названия должны включать особенности почвенно-климатических условий зоны. Например, система земледелия центральных районов Нечерноземной зоны; система земледелия западных переувлажненных районов Нечерноземной зоны; система земледелия лесостепи Центральной черноземной полосы; система земледелия засушливых районов юго-востока России; почвозащитная система земледелия юга Западной Сибири и т.д. Природно-сельскохозяйственная зона – основная единица природно-сельскохозяйственного районирования. Характеризуется она определенным комплексом почвенно-климатических условий, связанных с балансом тепла и влаги, особенностями почвообразования и минерального питания растений. При системном подходе к управлению сельскохозяйственным производством страны земледельческие зоны и системы земледелия являются основой, по которой разрабатываются системы машин, система животноводства, система применения удобрений, система противоэрозионной обработки почвы и др. Зону обслуживают зональные НИИ сельского хозяйства и вузы аграрного профиля. В соответствии с условиями зоны готовятся сельскохозяйственные кадры. Главная задача любой зональной системы земледелия – обеспечить сохранение почвы, эффективное ее использование и повышение плодородия. Системы земледелия непрерывно совершенствуются под влиянием развития производительных сил страны, науки и накопления передового опыта. В этом процессе исключительную роль играет сельскохозяйственная наука. Поэтому главной темой научной работы всех зональных НИИ сельского хозяйства должна быть комплексная тема «Совершен109 ствование системы земледелия». Это совершенствование осуществляется путем улучшения системы противоэрозионной обработки почвы, системы применения удобрений, системы земледелия, как части единого комплекса, т.е. целостной зональной системы. При этом создается стройная система научной работы, в которой можно видеть конечные результаты. Не все в суждениях М.И. Сидорова бесспорно. Требуют уточнения и «главная задача системы земледелия», и соотношение зональных с областными подходов, и названия, и классификация систем, их содержание и построение. Тем более, что перечисленные здесь задачи решаются чаще автономно, без учета необходимости сложного взаимодействия звеньев разных уровней и характеров. В поисках путей совершенствования методологии систем земледелия В.П. Нарциссов, доктор сельскохозяйственных наук, заслуженный деятель науки РСФСР, в статье «Теоретические основы земледелия в Нечерноземной зоне» (Актуальные проблемы земледелия. М.: Колос, 1984. С. 98-100), обобщая, утверждает, что теории, которые лежат в основе современных систем земледелия, могут быть разбиты на пять групп. Первая группа – теории повышения плодородия почвы. Они должны охватывать вопросы изменения и направленного регулирования биологически важных режимов почвы (водного, пищевого, теплового и воздушного) и круговорота элементов питания, а также обеспечивать повышение коэффициента полезного действия факторов жизни растений и агротехнических приемов в различных природных условиях при комплексном их применении. Теории этой группы должны основываться на вопросах взаимодействия почвы, растений, климата и человека. С повышением уровня интенсификации земледелия большую активную роль играет земледелец. К этой группе относятся такие современные теории, как теории гумусообразования, почвенного поглощающего комплекса, структурообразования, дифференциальной порозности почвы, окультуривания подзолистых, засоленных и заболоченных почв и др. 110 Вторая группа – теории наиболее рационального и продуктивного сельскохозяйственного использования почвы (с учетом уровня их естественного и эффективного плодородия, рельефа, климата, экономических требований и степени интенсивности производства). В эту группу входит научно обоснованная оценка почв (бонитировка), разработка объективных методов определения наиболее целесообразного соотношения отдельных видов сельскохозяйственных угодий (пашни, сенокосы, пастбища, защитные лесонасаждения и т.д.), определение структуры посевов различных культур; здесь найдут место и теории, на основе которых можно обеспечить повышение экологической приспособленности наиболее продуктивных культур, а также создание высокоурожайных и ценных сортов. Третья группа – теории направленного воздействия на изменение макро- и микроклимата, прежде всего обеспечивающие регулирование выпадения осадков, температуры, относительной влажности воздуха и движения его в течение сельскохозяйственного сезона, а также долгосрочное прогнозирование погоды. Главная цель теорий этой группы и вытекающих из них практических мероприятий – создание наиболее благоприятных наземных условий для земледелия. Четвертая группа – теории охраны почв от водной, ирригационной и ветровой эрозии, а также восстановления плодородия эродированных земель и их использования. Пятая группа – теории защиты растений – агротехнические, химические и биологические, объединяющие современные идеи по уничтожению в почве и посевах сорняков, вредителей и болезней сельскохозяйственных культур, а также предупреждающие их распространение. В современном земледелии и на перспективу ведущими проблемами, по мнению В.П. Нарциссова, останутся: разработка и совершенствование зональных и микрозональных систем земледелия, ускорение гумусообразования, минимализация обработки почвы, борьба с почвенной эрозией, разработка методов биологической защиты культур от болезней, вредителей и сорняков. Роль агрономических теорий и разработанных на их основе приемов практического земледелия довольно часто оказыва111 ется неоднозначной. Объясняется это, по мнению В.П. Нарциссова, прежде всего природными условиями и их недооценкой. Все это важно и верно, но далеко не полно для обеспечения подлинно системного подхода к земледелию. Теория земледелия сегодня без теории урожая, теории продукционного процесса в растениях, теории земледельческого труда и производства не обеспечивает устойчивое, эффективное и экологически безвредное ведение отрасли. Проводимая в стране реформа экономики, переход на рыночные отношения, утверждение в жизнь новых основ землепользования заставляют всех землепашцев считаться с объективными законами земледелия, строго соблюдать их. Однако уровень развития аграрной науки в стране, методические подходы к разработке практических рекомендаций, как показывает анализ, решительно не соответствуют интересам и задачам земледельческого производства в условиях рыночной экономики. Несколько лет назад один из американских фермеров, находившийся в составе делегации на Алтае, на вопрос: «Зачем нужен в хозяйстве персональный компьютер?» – ответил следующим образом: − во-первых, земледельческая наука США по заявкам фермеров выдает все необходимые почвенно-климатические характеристики земельных участков; − во-вторых, та же наука обеспечивает фермеров нормативами расхода и эффективности всех привносимых ресурсофакторов, включая агротехнические, мелиоративные и другие меры, применительно к местным условиям и разным уровням урожайности возделываемых культур. Закладывая в машину характеристики поля и нормативы прибавок, фермер имеет возможность прорешивать множество вариантов уровней программирования урожаев и окупаемости затрат при этом. Машина, подбирая оптимальное сочетание факторов, при изменении одного или нескольких из них помогает фермеру программировать технологию заблаговременно и корректировать ее в процессе возделывания культур. 112 «Без компьютера я не смогу эффективно расходовать средства, вести хозяйство, я разорюсь», – заявил в заключение наш гость. Что же можем заложить в ЭВМ сегодня мы? Картограммы содержания NPK в почве, выдаваемые станциями химизации. Для программирования урожаев этого совершенно недостаточно. Нужны характеристики всех факторов урожая, включая биологический, природно-климатический, организационный, материально-технический, технологический блоки. Не дает современная наука и нормативной базы программирования урожаев применительно к конкретным местным условиям. Создание комплексных аналитических лабораторий, обеспечивающих оперативную количественную характеристику местных условий возделывания тех или иных культур на конкретном поле и поворот зональных НИИ и опытных станций на разработку системы зональных нормативов, нуждается в безотлагательном методологическом обосновании. Анализ с позиций системной методологии сложившейся практики разработки в стране зональных систем земледелия и систем земледелия хозяйств, анализ их содержания и методических подходов к разработке позволяет констатировать, что: − логические связи системности земледелия особенно часто не обеспечиваются при решении задач по оптимизации продукционного процесса в растениях, по воспроизводству плодородия почвы и других природных ресурсов, по обеспечению материально-техническими и трудовыми ресурсами; − принципы целостности систем, как правило, не соблюдаются из-за недооценки или недоучета влияния таких ее звеньев, как местные условия (включая и специфику почв, погоды и особенности экономических, социальных факторов), организационно-хозяйственные и другие антропогенные меры по интенсификации производства. В производстве действуют люди, имеющие определенные привычки, настроения, эмоции, квалификацию, заинтересованность (стимулы). От степени их учета во многом зависят успехи в развитии общества, хозяйства, результатах труда. Даже обоснованные хозяйственные решения и экономические стимулы не 113 дают желаемого результата только потому, что при их принятии допускается недооценка социально-психологических факторов. Методология и методики разработки современных систем земледелия, как правило, упускают вопросы обеспечения своевременности и качества полевых работ, стимулирования и организации труда. Естественнонаучные и социально-экономические подходы к системам земледелия в современной методологии не обеспечены взаимосвязями. Одни авторы рассматривают земледелие как биологическую систему, другие – как производственную. В реальной действительности система земледелия едина, целостна, состоит из взаимодействующих частей (звеньев) агробиологического и агроэкономического характера, ни одну из которых нельзя недооценивать. В научной литературе даже по вопросам программирования урожаев наблюдается определенная односторонность: каждая отдельная агрономическая наука глубоко изучает отдельные факторы урожая и недостаточно уделяет внимания изучению процессов их синтеза, взаимодействия, взаимовлияния в ходе производства. В настоящее время наступил качественно новый этап в методологии разработки научно обоснованных приемов ведения земледелия, основанный на применении системного подхода к планированию и управлению производством. Этот подход позволяет более полно учитывать влияние биологических особенностей растений, почвенно-климатических, агротехнических и организационно-экономических факторов на урожайность сельскохозяйственных культур, использование земли и воспроизводство ее плодородия. Его всесторонняя разработка не терпит отлагательств, так как позволит методически грамотно обеспечить повышение коэффициента использования ресурсов, на всех уровнях и этапах производства включить противозатратный механизм управления продукционным процессом, перейти от описательных к нормативно-программным системам земледелия. Среди пока неразрешенных методологических проблем земледелия центральное место занимает проблема сущности системного подхода к этой отрасли производства. Многочисленные публикации по этой проблеме, появившиеся за послед114 ние 5-6 лет в журнале «Земледелие» и других изданиях, не дают целостного представления о сущности и методологии разработки систем земледелия. В них чаще преобладают фрагментарные подходы. Центральная задача методологии, по нашему мнению, заключается в осмыслении сущности урожая и создании его логической модели, позволяющей связывать между собой накопленные глубокие знания по отдельным разделам технологии и находить обоснованные решения по оптимизации условий продуцирования растений при рациональном использовании ресурсов. Методология урожаев должна стимулировать повышение эффективности систем земледелия. Таковы, по нашему мнению, основные методологические проблемы современного земледелия, разрешение которых поможет правильнее сориентироваться как научным учреждениям, так и специалистам сельского хозяйства в выборе направлений и методов научно-исследовательских работ, организации опытничества в хозяйствах, разработке и освоении более эффективных, научно обоснованных систем земледелия. 2.2.2. Особенности земледелия как отрасли производства Земледелие как отрасль сельскохозяйственного производства принципиально, существенно отличается от других отраслей. Эти особенности состоят из трех групп. Первая группа особенностей связана с участием Солнца в процессе производства в качестве средства труда (непосредственно участвующего в рабочем процессе). Только в земледелии осуществляется процесс превращения кинетической энергии Солнца в потенциальную энергию органического вещества. Неравномерное во времени поступление солнечной энергии на землю предопределяет сезонность работ и исключительную важность своевременного их выполнения. Более-менее равномерное распределение солнечной энергии по поверхности земли в пределах одной широты вызывает необходимость размещения растений равномерно на больших площадях. Это, в свою очередь, вызывает необходимость выполнять все работы в движе115 нии по полю. Разные растения требуют разной освещенности – отсюда особенности подбора, размещения и сочетания культур. Вторая группа особенностей определяется тем, что земля является основным средством производства (и средством труда, и предметом труда, и специфическим продуктом труда). Если Солнце обеспечивает растения космическими факторами жизни, то земля – земными (вода, воздух, пища). Земля, в отличие от других средств производства, при правильном обращении не изнашивается; при порче – часто не восстанавливается или на рекультивацию требует затраты, в десятки раз превышающие затраты на поддержание ее плодородия. Отсюда необходимость сохранять и непрерывно улучшать это средство производства в процессе использования. Земля отличается ограниченностью общей площади, разнокачественностью, комплексностью, контурностью. Отсюда особенность земледельческого производства: творческий, местный, нешаблонный подход. Третья группа особенностей связана с участием в процессе производства живых растений. Каждое из них предъявляет свои требования к среде, которая формируется в процессе производства. Управление продукционным процессом в растениях требует как дифференцированного, так и комплексного, интегрированного подхода, требует знания всех механизмов воздействия на урожай (на биологическом, химическом, физическом, техническом, технологическом, организационном уровнях). Технологический процесс формирования продукции земледелия происходит непосредственно в растении и только в растении. Растение можно сравнить с реактором в любом химическом производстве, включая и атомную энергетику. Растения синтезируют все многообразие продуктов земледелия, поэтому, если мы хотим управлять процессами этого синтеза, то должны в первую очередь познать, что происходит в растении и с растением в процессе производства, обеспечить растения всеми необходимыми условиями развития, оградив от неблагоприятных. В современной науке условия жизни растений чаще называют факторами жизни. 116 2.2.3. Факторы жизни растений и законы земледелия Зелёные растения – непременное условие существования человека и животных на земле. Они активно участвуют в круговороте веществ в природе, поглощая из воздуха углекислый газ и выделяя кислород, которым дышат все живые существа. За счёт энергии солнечного луча растения создают нужные человеку и животным белки, жиры, углеводы, витамины и многие другие полезные растительные продукты. Растения тесно связаны с окружающей средой. Для нормального роста и развития растений необходимы свет, тепло, вода, воздух, питательные вещества. Свет. С помощью энергии солнечного луча растение превращает углекислый газ воздуха в продукцию растениеводства. В клетках зелёного растения непрерывно совершается синтез простых элементов в сложные органические химические соединения. Некоторые сельскохозяйственные культуры (пшеница, рожь) быстрее растут в условиях более продолжительного дневного освещения, другие (просо, хлопчатник) – при коротком дне и длинной ночи. Одни растения предпочитают интенсивное освещение, другие теневыносливы. Всем культурам в посевах должна быть обеспечена определённая световая площадь. Фотосинтетически активная радиация (ФАР), поступающая на землю в средних широтах, измеряется 1-3 млрд ккал на 1 га. Из этого количества энергии при обычных урожаях порядка 15 ц зерновых с 1 га в течение 80-90 дней вегетации используется не больше 1% ФАР. Однако при более длительном периоде вегетации, когда получают урожаи порядка 50 ц зерна с 1 га, а также при использовании пожнивных культур и на многолетних травах можно довести использование ФАР до 3-4% и выше. Таким образом, возможности использования солнечной энергии ещё очень далеки до предела (12-15%). Тепло необходимо растениям для прорастания семян, синтеза соединений, передвижения пластических веществ по растению и формирования урожая. Полевые культуры предъявляют неодинаковые требования к теплу. Так, яровой пшенице, ячменю, овсу за период вегетации 117 необходима сумма средних суточных температур от 1500 до 2000оС; кукурузе, рису – от 3000 до 4500оС; хлопчатнику – 5000оС и больше. Для роста и развития растений губительны как низкие, так и высокие температуры. Вода. В большинстве зелёных и свежеубранных растений содержится 75-90% воды. Растительная клетка должна быть постоянно насыщена водой. С током воды поступают в растение и передвигаются в нём питательные вещества. Вода участвует в фотосинтезе и других процессах, происходящих в растениях, благодаря ей поддерживается устойчивая температура в растении, предупреждается перегрев его солнцем. Благодаря испарению происходит непрерывный ток воды через растение. Количество воды (в г), расходуемой растением на образование 1 г сухого вещества, называется транспирационным коэффициентом. Величина транспирационного коэффициента зависит от вида растений и условий их возделывания. У большинства сельскохозяйственных культур он колеблется от 300 до 500 (зерновые), у некоторых возрастает до 800 и 1000 (овощные, травы). Источником воды в неполивных условиях являются, прежде всего, осадки, а также грунтовые воды. Воздух необходим растениям как источник углекислого газа для фотосинтеза и кислорода для дыхания. В целях лучшей обеспеченности углекислым газом надпочвенного слоя воздуха вносят навоз или искусственно обогащают этот слой СО2, что возможно в теплицах, оранжереях. Воздух служит для растений и источником азота. Все растения используют азот, попадающий в почву с осадками. Бобовые растения благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями могут использовать азот воздуха. Значительная группа свободноживущих микроорганизмов (азотфиксаторов) – бактерий, грибов и водорослей – непосредственно усваивает азот воздуха, оставляя его в дальнейшем высшим растениям. Питательные вещества извлекаются растениями из почвы. Количественно они, вместе взятые, составляют наименьшее звено во всей цепи основных факторов. Они (зольные питательные вещества) редко превышают 10% от сухой массы урожая, однако играют не менее существенную роль в жизни растений, чем другие вышеназванные факторы. При недостатке любого пита118 тельного элемента первоочередной задачей агрослужбы является внесение его с удобрением или образование в почве соответствующими приёмами агротехники доступных растениям форм этих элементов за счет почвенных запасов. Установлены определённые закономерности во взаимоотношениях растений с окружающей их средой, получившие название законов земледелия. Закон незаменимости и равнозначимости факторов жизни растений. Взаимоотношения растений с отдельными факторами их жизни были и остаются предметом научных исследований отечественных и зарубежных ученых. В результате большого числа проведенных опытов установлено, что ни один из факторов жизни растений не может быть заменён другим. Это первый закон земледелия – закон незаменимости факторов жизни растений. Как логическое следствие этого закона вытекает вывод о физиологической равнозначимости факторов жизни растений. В практике земледелия закон незаменимости факторов жизни проявляется всегда, когда пытаются восполнить недостаток одного из них другим, например, воды удобрением или наоборот. Не принесли успеха и попытки замены одного элемента питания растений другим. Закон равнозначимости выражается в том, что ничтожная потребность растения в каком-либо элементе, если она не удовлетворяется, приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности, так же как и недостаток элемента, потребляемого в неизмеримо большем количестве. Закон минимума, оптимума и максимума. Несмотря на то, что урожай любой сельскохозяйственной культуры зависит от обеспеченности растений всеми факторами жизни, он ограничивается прежде всего тем фактором, который находится в минимуме. По мере удовлетворения потребности растений в недостающем факторе урожай повышается до тех пор, пока он не будет ограничен каким-либо другим фактором, оказавшимся в минимуме. Ю. Либих так сформулировал закон минимума: «Продуктивность поля находится в прямой зависимости от необходимой составной части пищи растений, содержащейся в самом минимальном количестве». 119 В справедливости закона минимума, оптимума и максимума легко убедиться, если обратиться к действию на растения тепла. Любой жизненный процесс начинается при какой-то минимальной температуре, протекает наилучшим образом при оптимальной, замедляется, а затем и совсем прекращается по мере дальнейшего ее повышения. Выводы из этих опытов были использованы учеными для подтверждения так называемого закона убывающего плодородия почвы, согласно которому каждое последующее вложение труда и капитала в земледелие дает все меньшую прибавку дохода. Неправильность вывода о затухающем действии факторов жизни растений была доказана дальнейшими исследованиями и особенно диалектическим анализом полученных результатов. Выводы из опытов и из практического земледелия послужили обоснованием закона совокупного действия факторов жизни растений, который утверждает, что для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур необходимо одновременное наличие или приток всех факторов жизни в оптимальном соотношении. Максимальная величина урожая определяется биологическими возможностями данного вида и сорта растений, а также количеством поступающей солнечной энергии и коэффициентом его использования, а это зависит от уровня развития науки и техники. Закон совокупного действия факторов жизни не устраняет закон минимума, так как фактор, находящийся в минимуме, имеет ведущее значение в общей совокупности и на него необходимо прежде всего направить усилия земледельца. Это позволит повышать урожайность сельскохозяйственных культур при наименьших затратах труда и средств. Закон возврата впервые был сформулирован Ю. Либихом. Как применение закона сохранения материи к земледелию он обязывает для сохранения плодородия почвы возвращать все вещества, которые взяты из неё урожаем или вследствие потерь, с удобрениями или иным путем. 120 Контрольные вопросы 1. Что понимается под термином «земледелие»? 2. Назовите группы особенностей, отличающие земледелие от других отраслей. 3. Перечислите факторы жизни растений. Дайте им характеристику. 4. Какие законы существуют в земледелии? Дайте им характеристику. РАЗДЕЛ 2.3. АГРОНОМИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ Агрономия не терпит формализма и шаблона, она требует творческих решений. Ведь все в ней находится в постоянном движении, в переменах. Объемы информации огромны, а решения, – единственно правильные решения, – практически неповторимы, уникальны. Их надо уметь очистить от так называемых «фонов», «шумов». В работе агронома, земледельца нет постоянных, накатанных путей и общепринятых шаблонов. Часто то, что еще вчера было эффективно, завтра, в результате изменения, каких-либо условий, приведет к убыткам или возникновению проблем экологического характера. В связи с этим каждый агроном и земледелец-практик должен обладать не только знаниями в своей сфере деятельности, но и навыками сбора и научного анализа информации. Иначе он не сможет находить и принимать верные в каждой конкретной ситуации решения. Пока большинство агрономических решений принимается по рекомендациям зональных НИУ. В условиях рынка этого явно недостаточно. Необходима обязательная адаптация рекомендуемых приемов к «месту и времени». Да и НИУ не могут при современной организации исследований гарантировать необходимую достоверность своих рекомендаций. Кроме исследований на опытном поле института надо вести широкие производственные испытания, которые дают достоверные и системные ответы, с учетом совокупности всех условий и обстоятельств производства, предприятия, взаимодействия всех звеньев изучаемых технологий. 121 Системная методология земледелия дает ключ к пониманию роли и места научных исследований в агрономической деятельности. Во-первых, поскольку реальный урожай и затраты на его получение зависят от умения сочетать все факторы в оптимальных для данной местности, данных условий соотношениях, умения правильно определять и оптимизировать лимитирующие факторы, постольку и необходимы конкретные знания всех составляющих системы, их взаимодействия, взаимовлияния, количественные и качественные характеристики. Располагая необходимым банком данных, можно выстраивать агрономические и экономико-математические модели высокой степени достоверности. Однако реальные обстоятельства динамичности и стохастичности агрономических систем не позволяют обеспечивать их всеми необходимыми достоверными исходными данными. Это обстоятельство предопределяет необходимость абстрактно-логического агрономического моделирования, основанного на обширных и глубоких знаниях, взаимодействующих в системах факторов, а также грамотной интерпретации местного опыта, местных реакций на те или иные привносимые ресурсофакторы. Во-вторых, рекомендации зональных научно-исследовательских учреждений как по внедрению отдельных приемов агротехники, так и в целом моделей хозяйствования не могут быть реализованы с максимальной эффективностью, потому что фоны (соотношения обстоятельств, факторов среды) практически неповторимы как в пространстве, так и во времени. Нужны рекогносцировочные опыты по адаптации рекомендуемых приемов и блоков (звеньев) систем к местным условиям. Все творчески работающие агрономы и в советское время, и сейчас вели и ведут большую опытническую работу. У них кроме экспериментов на специальных опытных полях ведется проверка эффективности предлагаемых к внедрению приемов на производственных посевах на фоне зональной технологии и технологии, освоенной в хозяйстве. Высокие показатели таких сельхозпредприятий, как «Заря Алтая» Завьяловского, «Им. И.Я. Шумакова» Змеиногорского, 122 ОПХ-совхозы «Алтайский», «Комсомольский», «Им. В.В. Докучаева», учхоз «Пригородное», СПК «Кулундинский», ГПЗ «Победа» Кулундинского, ГПЗ «Степной» Родинского, ГПЗ «Чистюньский» Топчихинского района Алтайского края и десятков других, достигнуты, прежде всего, за счет творческой работы их агрономов, широкого опытничества. В условиях сельскохозяйственных предприятий могут выполняться некоторые лабораторно-полевые, полевые, производственные, демонстрационные, рекогносцировочные опыты (опыты-проекты), опыты в вегетационных сосудах, вегетационных домиках, теплицах и др. Наряду с углублением агрономических знаний опытническая работа в агрономии, как ни в какой другой отрасли производства, является необходимым и обязательным условием рационального, экономичного хозяйствования на земле. Наиболее полно применительно к современной агрономии сформулированы методические требования к научным исследованиям в работе В.Ф. Моисейченко, М.Ф. Трифоновой, А.X. Заверюхи, В.Е. Ещенко (Основы научных исследований в агрономии. М.: Колос, 1996). Целью изучения основ научных исследований в агрономии является овладение знаниями по планированию научных экспериментов, постановке опытов, проведению наблюдений, учетов и анализов, математическим методам обоснования схем опытов и обработки экспериментальных данных, формулировке агрономических выводов и рекомендаций производству. Любое научное исследование – это изучение конкретного объекта, явления или предмета для раскрытия закономерностей его возникновения и развития. Характерные черты научных исследований: объективность, возможность воспроизведения, доказательность и точность результатов. Различают следующие этапы научных исследований: предварительный анализ существующей информации по исследуемому вопросу; изучение условий и методов решения задач; формулирование исходных гипотез и их теоретический анализ; планирование, организация опыта (эксперимента) и его проведение; анализ и обобщение результатов опыта; проверка исходных гипотез на основе исследованных факторов, окончательное 123 формулирование новых закономерностей и законов, их объяснение и научные предсказания; внедрение предложений в производство по результатам прикладных исследований. Исследования проводят на трех основных взаимосвязанных уровнях – эмпирическом (экспериментальном), теоретическом и описательно-обобщающем. На эмпирическом (экспериментальном) уровне исследований ставят эксперименты, накапливают факты, анализируют их и делают практические выводы. Эксперименты являются источником познания, критерием истинности гипотез и теорий. Если эксперименты ставят на конкретных объектах, то они называются физическими. Используют также виртуальные или мысленные эксперименты – исследование на компьютерной модели или логическое вербальное рассуждение об изменении явлений и процессов при таких условиях, которые нежелательно создавать в физическом эксперименте. Это могут быть опыты с очень высокими или низкими температурами, давлением, большой концентрацией пестицидов и т.п. На теоретическом уровне исследований синтезируются новые знания. Теория – это система обобщенных знаний, объяснение определенных явлений действительности. Результаты экспериментов в обобщенном виде становятся частью теории. Критерием правильности теории является эксперимент. На описательно-обобщающем уровне исследований эксперименты не проводят, а описывают явления, которые происходят непосредственно в природе. Например, наблюдения за ростом и развитием растений в зависимости от погодных условий, прохождением фенологических фаз, морозостойкостью, засухоустойчивостью и т.п. В зависимости от познавательной или практической цели научные исследования условно подразделяются на 2 вида: фундаментальные и прикладные. Фундаментальные исследования направлены на открытие и изучение новых явлений и законов природы. Примеры таких исследований – изучение процессов фотосинтеза, биологической фиксации азота из воздуха, тайн наследственности, расшифровка молекул ДНК, РНК и т.п. Такие исследования ведутся на грани известного и неизвестного. Из-за некоторой неопреде124 ленности фундаментальных исследований повышается роль случая и приобретает особое значение интуиция исследователя. Прикладные исследования направлены на изучение факторов жизни растений, взаимосвязей между растениями и средой, на создание перспективных сортов и гибридов. Главная задача этих исследований – разработка эффективных приемов повышения урожайности сельскохозяйственных растений и улучшения качества продукции. Разновидностью прикладных являются поисковые исследования – разработка принципиально новых агроприемов, создание сортов, комплексно устойчивых к болезням, вредителям, неблагоприятным условиям внешней среды. Методы исследований научной агрономии Метод – это упорядоченная деятельность исследователя, направленная на получение новых знаний. Используемые в агрономии методы подразделяют на общенаучные и конкретнонаучные (специальные). Общенаучные методы Гипотеза – научное предположение, истинное значение которого является неопределенным. При выдвижении гипотез пользуются следующими правилами: гипотезы должны соответствовать известным фактам; наиболее приемлема та гипотеза, которая объясняет большее число фактов; противоречивые гипотезы не могут быть одновременно истинными; при выдвижении гипотез необходимо осознавать достоверность выводов из них (то есть представлять насколько гипотеза может оказаться истинной. Неверная гипотеза может привести к значительным безрезультатным расходам и потере времени). Эксперимент – метод познания, с помощью которого в искусственно созданных и контролируемых условиях изучают объекты и происходящие в них процессы. С помощью экспериментов проверяют гипотезы. В эксперименте то или иное явление создают искусственно, не ожидая, пока оно появится в природе (орошают, удобряют, высевают семена разными нормами, на различную глубину, используют фунгициды, инсектициды, гербициды и т. п.). В од125 ном и том же эксперименте можно изучать несколько явлений, при этом опыт становится многофакторным. Эксперимент (опыт) – ведущий метод агрономических исследований вместе с выдвижением гипотез и наблюдениями. Наблюдение – целенаправленное сосредоточение внимания исследователя на явлениях, происходящих в эксперименте, или на явлениях природы, их количественная и качественная регистрация. Основные требования к наблюдениям: получение однозначных результатов исследований; объективность и возможность контроля с помощью повторного наблюдения; использование для наблюдений точных приборов; правильная интерпретация результатов. Примеры наблюдений: определение морозо-, зимо-, засухоустойчивости растений, повреждения вредителями, поражения болезнями и т. д. Наблюдают за явлениями природы: атмосферными осадками, температурой воздуха и почвы, влажностью воздуха и т.д. В результате таких наблюдений можно сделать ценные выводы об агроклиматическом районировании различных культур и их сортов. Разновидностью наблюдений является учет урожая и качества продукции. Учеты и наблюдения необходимо проводить по специальным апробированным методикам в соответствии с государственными стандартами. Все приборы для учетов и наблюдений должны проходить поверку не менее одного раза в год в Государственных центрах метрологии и стандартизации. Анализ – метод исследований, с помощью которого исследуемый объект мысленно или физически расчленяют на составные части для детального изучения. Например, опыт сначала анализируют по каждой делянке, затем по повторностям, вариантам. Анализ как метод исследований используют во взаимосвязи с синтезом. Синтез – соединение расчлененных и проанализированных частей исследуемого объекта или нескольких объектов в единое целое. Задача синтеза – на основании детального анализа получать необходимые данные для выводов и обобщений. Заключительный этап синтеза – рекомендации для производства. 126 Синтез используют не только для исследования отдельного объекта в определенной отрасли науки, но и для связи разных наук. Индукция – метод исследований, с помощью которого суждения ведут от фактов к конкретным выводам. Например, если листья растений желтеют в период вегетации, то можно сделать вывод о недостатке азота; если они приобретают фиолетовый оттенок – о недостатке фосфора; если листья вянут – об ухудшении водного режима растений (т.е. от частного к общему). Дедукция – метод исследований, который позволяет с помощью анализа общих положений и фактов делать частные одиночные выводы (от общего к частному). (Пример: в одном квартале плодового сада для борьбы с яблонной плодожоркой использовали трихограмму, а в другом защитные мероприятия не проводили. После реализации урожая установили, что прибыль, полученная с 1 га первого квартала, значительно превышает прибыль с 1 га второго квартала. Можно сделать вывод, что повышение экономической эффективности насаждений первого квартала связано с применением трихограммы.) Абстрагирование – мысленное выделение основного в объекте исследований, его наиболее существенных связей. Используют два типа абстрагирования: отождествление (для создания понятий о системах, классах) и изолирование (для выделения основного среди второстепенного). С помощью абстракции можно прогнозировать результаты экспериментов, это универсальный метод познания. Иногда используют абстракцию идеализации – мысленное представление объектов или процессов с оптимальными параметрами, пока реально не существующих. Например, идеальный сорт пшеницы должен иметь высокую урожайность, отличные хлебопекарные качества, быть устойчивым к болезням, вредителям, морозо-, зимо- и засухоустойчивым, не полегать и т.п. Конкретизация – метод исследований, с помощью которого от абстрактного переходят к конкретному. Аналогия – метод, благодаря которому знания об известных уже объектах, предметах, явлениях переносятся на другие, похожие на них. При этом вывод делается по аналогии. 127 Метод аналогий, основанный на подобии показателей, предметов и явлений, является основой моделирования. Моделирование – метод исследования объектов, процессов и явлений на их моделях. Сущность моделирования – замена объектов, которые трудно изучать, на специально созданные аналоги – модели. Для того чтобы исследования на моделях были эффективными, каждая из них должна иметь черты оригинала. Пример самого простого моделирования в опытном деле – составление схемы опыта, вычерчивание в масштабе опытной делянки, схематичное изображение всего опыта с выделением повторений, защиток и обозначением места каждого варианта. Формализация – метод изучения объектов с помощью отдельных элементов их форм, которые отображают содержание объекта исследования. Чаще всего формализацию применяют с использованием математики, приводя доказательства в виде последовательных формул. Инверсия – метод необычного изучения объектов, явлений (под определенным углом и даже с противоположной стороны); соединение несовместимого, деление неделимого. Основное в методе инверсии – это отказ от общепринятых взглядов и приемов. Например, перед химическим анализом образцы растений сначала высушивают, затем берут навески и анализируют определенными методами. Но при высушивании образцов высокими температурами в них происходят превращения, в результате которых может существенно измениться биохимический состав, результаты анализа будут искажены. Следовательно, для биохимических анализов растения необходимо обезводить противоположным способом, т.е. отрицательными температурами, путем вымораживания. При этом биохимические изменения в растениях прекращаются, и анализ покажет фактическое содержание органических веществ в растениях. Обобщение – метод, с помощью которого мысленно переходят от отдельных факторов, явлений и процессов к отождествлению в мыслях; от одного понятия, суждения к более общему. Так обобщают результаты исследований для каждого повторения, затем для всего опыта, конкретного хозяйства, группы хозяйств, которые находятся в аналогичных почвенноклиматических условиях. Обобщать можно факты, суждения и 128 научные теории. Для этого используют такие методы, как абстрагирование, конкретизация, анализ, синтез, индукция, дедукция, и др. Известны и другие общенаучные методы, которые могут быть применены и в научной агрономии. Специальные методы научной агрономии К специальным методам исследований относятся те, которые применяют в конкретной области науки, поэтому их еще называют конкретно-научными. В группу специальных методов научной агрономии входят лабораторный, вегетационный, лизиметрический, вегетационно-полевой, полевой, экспедиционный и некоторые другие методы. Каждый из них можно использовать совместно с другими специальными и общенаучными методами. Лабораторный метод используют для анализа растений и среды их обитания в лабораторных условиях для изучения взаимодействий растений с внешней средой, обмена веществ в растениях, оценки качества урожая, исследования физических, химических, микробиологических свойств почвы и т.д. Лабораторный метод предполагает не только детальный анализ, но и всесторонний объективный синтез результатов исследований с последующей их проверкой на практике. Без лабораторного метода исследований нельзя обойтись при проведении вегетационных и полевых опытов, его используют при выборе земельной площади для опытных участков, при планировании и проведении опытов. Лабораторный метод сопутствует другим специальным методам исследований. Вегетационный метод – исследование растений, выращиваемых в сосудах в стеклянных домиках при строго контролируемых условиях внешней среды сроком от нескольких дней до нескольких месяцев. С многолетними растениями исследования можно проводить несколько лет. Сосуды для вегетационных опытов могут быть стеклянными, металлическими, керамическими, пластиковыми. В качестве питательного субстрата чаще всего используют почву, иногда песок, гравий, редко – воду. В зависимости от питательного субстрата вегетационные опыты подразделяют на почвенные, песчаные; водные, водно-гравийные и аэропонные культуры. 129 Основная цель вегетационных опытов – количественная оценка действия и взаимодействия факторов жизни растений в строго контролируемых условиях внешней среды. Здесь можно дозировать и контролировать почти все факторы жизни растений – питательный, водный, воздушный, температурный режимы, освещение и др. В вегетационных опытах можно изучать: плодородие различных почв, их горизонтов, подпочв, влияние доз удобрений и соотношений элементов питания в них; рост растений в зависимости от температуры воздуха, питательного субстрата, его влажности и аэрации и т.п. Песчаные и водные культуры используют для выявления симптомов недостатка, а также избытка тех или иных макро- и микроэлементов. Для этого из питательного субстрата поочередно удаляют определенные элементы питания, создавая их недостаток для растений, или увеличивают дозы, создавая их избыток. Делают цветные фотографии или зарисовки результатов опытов, описывают внешний вид растений. Все вегетационные опыты проводят на протяжении вегетационного периода, отсюда их название. В холодный период года вегетационные домики не отапливаются, и опыты в них не проводят. Опыты в теплицах можно проводить на протяжении всего года как с листопадными, так и с вечнозелеными растениями. В теплицах круглогодично изучают влияние температуры и влажности как питательного субстрата, так и воздуха, влияние интенсивности освещения и его качества на растения. Их здесь выращивают не только в вегетационных сосудах, но и в коробах, а также на грядках, выделяя для этого часть теплицы с одинаковыми условиями внешней среды. Опыты в фитотронах дают возможность изучать процессы жизни растений в зависимости от освещения, длины дня, влажности и температуры почвы и воздуха; определять оптимальные условия для роста и развития растений; выявлять приспособленность растений к неблагоприятным условиям среды; изучать стойкость растений и их сортов к возбудителям различных болезней и вредителям; выявлять экстремальные условия для растений; 130 имитировать различные климатические условия; выращивать несколько урожаев в год, ускоряя селекционные процессы. Фитотрон – это камера или комплекс камер для выращивания растений в строго регулируемых с помощью автоматики искусственных условиях. Самым простым фитотроном является вегетационный шкаф – маленькая камера площадью около 1 м2. Ухаживать за растениями можно через специальный люк в боковой стенке шкафа. Другой тип фитотрона – вегетационная камера – комната площадью около 5 м2. Растения выращивают здесь на стеллажах, входят в комнату через дверь. Наиболее совершенный вид фитотрона – станция искусственного климата: комплекс стационарных камер, размещенных в отдельном помещении. Здесь с успехом можно имитировать различный климат в соответствии с программой исследований и автоматически его регулировать. Вегетационный метод имеет и недостатки. В вегетационных сосудах нет всех горизонтов почвы, которые свойственны полю, нет подпочвы и тех особенностей водного режима, которые складываются на полях под открытым небом. Часто в сосудах питательным субстратом служат песок, гравий, вода и т.п. Из-за этого вегетационный опыт не позволяет ответить на вопрос, как будет влиять изучаемый фактор на урожайность растений в полевых условиях. Еще один из недостатков – значительные материальные затраты на сооружение вегетационных домиков и их оборудование. Однако основным недостатком вегетационного метода следует считать невозможность перенесения результатов таких опытов в производственные условия. Вегетационно-полевой метод – исследование растений непосредственно в поле в пластиковых или металлических цилиндрах, т.е. в сосудах без дна. Этот метод является промежуточным между вегетационным и полевым. Почва в цилиндрах отделена от почвы поля лишь сбоку, а снизу она контактирует с почвой в естественном состоянии или подпочвой. С помощью вегетационно-полевого метода изучают эффективность удобрений, плодородие генетических горизонтов почвы, моделируют условия почвенной среды. Для опытов используют цилиндры высотой от 30 см до 3,0 м. Их закапывают или забивают так, чтобы верхняя часть ци131 линдра была на 10 см выше уровня почвы. Повторность должна быть, как минимум, 3-кратной. В контрольных вариантах создают такие условия, как и в поле. Таким образом, влияние факторов жизни растений изучают в условиях, близких к естественным. Вегетациоинно-полевой метод применяют также в селекционной работе, агрометеорологии, земледелии и растениеводстве, где моделируют необходимые условия почвенной среды. А если использовать еще и передвижные климатические камеры из полиэтиленовой пленки, то можно моделировать и различные погодные условия в разные фазы развития растений, уменьшая отрицательное влияние погоды на формирование урожая. Одно из преимуществ вегетационно-полевого метода заключается в том, что для его использования нет необходимости в специальных помещениях (вегетационных домиках, теплицах, фитотронах). Однако детальное изучение культур в естественных условиях возможно лишь при использовании полевого метода. Лизиметрический метод – исследование растений и свойств почвы в поле для изучения передвижения воды в корнеобитаемом слое почвы, водного баланса, передвижения питательных веществ и их вымывания, нарастания органической массы растений, испарения почвой влаги и т.д. Такие исследования проводят в очень больших сосудах – лизиметрах, которые периодически взвешивают. Лизиметры могут быть с растениями или без них. Жизнь растений и свойства почвы изучают непосредственно в поле, где лизиметры устанавливают в выкопанные ямы так, чтобы надземная часть растений находилась в тех же условиях, что и у окружающих растений. Дно лизиметра имеет отверстие, через которое собирают промывные воды в специальные поддоны для химических анализов. В зависимости от целей исследований и размера самих растений высота почвы в лизиметрах может колебаться от 25 см до 2 м. По способу наполнения почвой различают два типа лизиметров: с насыпной почвой, т.е. с нарушением ее естественного сложения, и с естественным строением, когда в лизиметр вставляют монолит, вырезанный из почвы. В насыпные лизиметры почву насыпают по горизонтам, просеивая, смешивая и 132 уплотняя ее до естественного объема. В зависимости от задач опыта лизиметры могут быть с растениями или без них (т.е. с черным паром). Лизиметры делают из бетона (на 1-2 м3 почвы) или из металла (диаметром 20-100 см), иногда используют металлические лейки диаметром до 50 см. Для периодического взвешивания в верхней части делают отверстия или ушки, за которые их поднимают. Несмотря на то, что лизиметрические исследования проводят в поле, их условия еще не очень близки к полевым. Экспедиционный метод исследований довольно часто используют в агрономии. При обследовании насаждений в сельскохозяйственных предприятиях изучают рост и развитие растений, их урожай, устойчивость к болезням и вредителям, морозо-, засухоустойчивость и другие показатели продуктивности в зависимости от сорта и условий среды. Главное условие экспедиционных исследований – соблюдение правила единственного логического различия. Основной учетной единицей при экспедиционных исследованиях служит пробная площадка, площадь которой зависит от культуры (площади питания одного растения). Путем опроса агрономов или земледельцев, изучения документации хозяйств, а также обследования почв и насаждений изучают реакцию растений на почву, подпочву, уровень грунтовых вод, крутизну склона, его экспозицию, агротехнику и другие факторы. Основные учитываемые показатели: рост надземной части и корневой системы растений, отношение к болезням и вредителям, морозои засухоустойчивость, общее состояние. Экспедиционный метод используют и для почвенных и агрохимических обследований, установления характера и степени засоренности полей и в других целях. Метод морфологического анализа – изучение морфологических структур растения с целью выявления наиболее существенных для исследования органов и частей. Так, устанавливают, по каким главным морфологическим признакам определять виды сорных растений и сорта культурных. Морфологический анализ позволяет охарактеризовать элементы продуктив133 ности растений. Таким образом, метод морфологического анализа позволяет решать важнейшие вопросы растениеводства. Метод меченых атомов – использование индикаторных доз изотопов для изучения процессов, протекающих в растениях и почве, в том числе таких, которые трудно или даже невозможно изучать обычными методами. Поведение изотопов в биологических системах идентично. Например, изотоп азота 15N поступает в корни растений, передвигается в них и подвергается биохимическим превращениям подобно стабильному азоту 14N, который является одним из элементов питания. Радиоактивный углерод 14С усваивается листьями, хлорофиллом так же, как и стабильный изотоп 12С, из которого строится органическое вещество растений. Для регистрации радиоактивных изотопов применяют радиометры и радиоавтографию, стабильных – массспектрометры. Математические методы используют для объективного планирования опытов, построения моделей экспериментов, обработки экспериментальных данных, для определения достоверности опыта и его точности, а также для выявления зависимостей между учитываемыми в опыте показателями. Обработанный математически материал анализируют и обобщают. Результаты исследований публикуют в научной литературе, а в популярной форме – в газетах соответствующих районов и областей. Полевой метод – это проведение полевых опытов (экспериментов), является основным методом научной агрономии, так как с его помощью связываются теоретические исследования с практикой. Полевой сельскохозяйственный опыт – исследование, осуществляемое в полевой обстановке на специально выделенном участке. Основная задача полевого метода – выявление достоверных различий между вариантами опытов, количественная оценка влияния факторов жизни на урожайность растений и качество продукции. Почти все важные научные проблемы агрономической науки решаются с помощью полевого метода исследований. Полевые опыты направлены на то, чтобы дать оценку экономической эффективности вариантов и внедрить лучшие из них в производство. 134 Особенность полевого опыта, отличающая его от других методов исследования, состоит в том, что культурное растение изучают вместе со всей совокупностью почвенных, климатических и агротехнических факторов, очень близких к производственным, или непосредственно в производственных условиях. Только полевой опыт может установить связь между урожаем и средствами воздействия на него. Кроме того, существуют вопросы, которые вообще не могут быть изучены вне полевой обстановки, вне полевого опыта, например, система обработки почвы и ухода за растениями, севооборот, применение удобрений в севообороте, сочетание удобрений и гербицидов с другими агротехническими приемами, механизация уборки и т.д. Ценность результатов полевого опыта зависит от соблюдения определенных методических требований. Важнейшие из них следующие: 1) типичность опыта; 2) соблюдение принципа единственного различия; 3) проведение опыта на специально выделенном участке; 4) учет урожая; 5) достоверность опыта по существу. Под типичностью, или репрезентативностью, полевого опыта понимают соответствие условий его проведения почвенно-климатическим (природным) и агротехническим условиям данного района или зоны. Любой полевой опыт должен отвечать требованию почвенно-климатической типичности. Совершенно очевидно, что нет смысла изучать приемы повышения плодородия почв в опыте, расположенном на песчаных почвах, если результаты работы предполагается использовать на глинистых почвах. Что касается второго требования, а именно, соответствия условий проведения опыта агротехническим, производственным условиям, то оно в различных полевых опытах выполняется по-разному. Полностью это требование выдерживается в полевых опытах, которые проводят непосредственно в производственной обстановке. Однако в ряде случаев, особенно на первых этапах исследования (ограниченное количество семян, нового вида гербицида, удобрения и т. д.), это требование выполняется не полностью, и полевой опыт проводят в некотором отрыве от типичных производственных условий. В понятие «типичность» для агротехнического полевого опыта входит также требование проводить исследование с рай135 онированными (или перспективными) сортами и типичными для данной зоны культурами. Агротехнические опыты с экологически неприспособленными культурами и сортами теряют ценность, потому что районированные сорта и типичные культуры могут по-иному реагировать на изучаемые приемы, и, следовательно, нельзя распространять выводы из подобных опытов на обычные производственные условия. К типичности относится также требование проведения полевого опыта при общем высоком уровне агротехники; опыты при низком уровне агротехники не имеют большой производственной ценности. Часто не оправдан выбор неокультуренной почвы для полевого опыта, особенно с удобрениями. Это хотя и дает результаты, производящие большое впечатление, но не соответствует практическим условиям обычных старопахотных почв. Совершенно очевидно, что на бедных землях изучаемые в опыте удобрения будут более эффективными даже при более низком общем уровне урожаев. Поэтому достоверность выводов из опытов, проведенных на окультуренных почвах при высоком уровне агротехники, значительно выше, а применимость результатов таких опытов шире, чем тех, которые ставятся на неокультуренных землях при низком уровне агротехники. При постановке полевых опытов необходимо соблюдать единство всех условий, кроме одного – изучаемого. Это очень важное и обязательное требование методики называют принципом единственного различия. Он должен строго соблюдаться в опытной работе. Например, в полевом опыте с дозами азотных удобрений единственным различием по вариантам будут дозы. Все остальные условия опыта (почвенные условия, предшественник, способы обработки почвы, сорт, посев, уход и т.д.) во всех вариантах должны быть тождественными, одинаковыми. Без соблюдения этого требования методики нельзя правильно установить эффективность изучаемых доз удобрений. Несмотря на несложные принципиальные подходы к постановке опытов по принципу единственного различия в практике опытного дела как при разработке схемы, так и при постановке и истолковании результатов полевого опыта возникают значительные затруднения. Следует иметь в виду, что полное сохранение равенства всех условий, кроме изучаемого, оказывается невозможным из-за тесной связи и взаимозависимости ме136 жду разными факторами жизни растений и почвы и действующими на них агротехническими приемами. Например, при изменении глубины обработки почвы изменяются ее влажность, температура, воздушный режим, биологическая деятельность и питательный режим. Но значит ли это, что принцип единственного логического различия (только глубина обработки) неверен? Нет, не значит. Для того, чтобы признать изменение в результате опыта как следствие тех изменений, которые произошли в изучаемом факторе, вовсе не нужно постоянное равенство в состоянии всех других не изучаемых условий в течение всего опыта, а достаточно, чтобы такое равенство имелось до опыта, т.е. до того момента, когда внесены изменения в изучаемый фактор. Изменения же, которые происходят под его влиянием в не изучаемых условиях, необходимо рассматривать как функции произведенного изменения в изучаемом факторе. Принцип единственного логического различия – непременное условие научного эксперимента. Но единственное различие не следует понимать механически, под этим принципом понимается главное, изучаемое различие. Поясним это примером. Предположим, в опыте сравниваются два сорта пшеницы, которые вследствие биологических особенностей по-разному реагируют на изменение густоты посева. Казалось бы, что для сравнения урожайности двух сортов необходимо применять одинаковую норму высева. Однако если сравниваемые сорта по биологическим особенностям (способности куститься и т.д.) требуют различной густоты посева, то их нельзя высевать одинаковой нормой, так как при этом один из сортов оказался бы в заведомо невыгодных для сравнения условиях. Более правильно сравнивать урожаи не при одинаковых, а наиболее соответствующих, оптимальных для каждого сорта нормах высева. Сходные вопросы возникают и в других случаях – в отношении сроков посева, уборки, обработки почвы, удобрения и т.д. Во всех этих случаях принцип единообразия должен пониматься как принцип целесообразности и оптимальности. Требование проведения полевого опыта на специально выделенном участке с хорошо известной историей – это логическое следствие принципа единственного различия. Оно также обязательно для любого полевого опыта. В практике опытного 137 дела это требование методики нередко игнорируют, опыты закладывают на участках, история которых неизвестна, в связи с чем результаты таких опытов невозможно понять, интерпретировать и тем более использовать. Требование методики проводить опыты на специально выделенном участке чаще всего нарушается производственниками. Им кажется, что гораздо проще и убедительнее ставить опыты не на специально выделенном однообразном участке, а на целых полях севооборота с заведомо разной историей и неодинаковыми условиями; такие опыты, особенно единичные, не могут дать удовлетворительных результатов. Нельзя называть полевым опытом, какие бы то ни было испытания приемов агротехники или сортов, если их проводят на случайных участках. Требование учета урожая и достоверности опыта. Урожай и качество сельскохозяйственных растений – главный объективный показатель при характеристике изучаемых в опыте вариантов. В результате учета урожая, который отражает и интегрирует действие на растение всех условий возделывания, становится возможным количественно установить влияние тех факторов, которые изучаются в данном опыте. Однако данные учета урожая и оценки его качества могут иметь реальный смысл и объективно отражают изучаемое явление только в том случае, если опыт достоверен по существу. Под достоверностью опыта, по существу, понимают логически правильно построенную схему и методику проведения опыта, соответствие их поставленным перед исследованием задачам, правильный выбор объекта и условий проведения данного опыта. Совершенно очевидно, что опыты, проведенные по неправильно разработанной схеме и методике, при несоответствующих данному исследованию условиях или с нарушением методики и техники, т.е. опыты, недостоверные по существу, искажают эффекты изучаемых вариантов и не могут быть использованы для их сравнительной оценки. Такие опыты следует браковать. При проведении опыта экспериментатор обычно встречается с тремя видами ошибок – случайными, систематическими и грубыми. Ошибка – это расхождение между результатами выборочного наблюдения и истинным значением измеряемой величины. Оценка истинного значения результативного признака, 138 например, урожая, по полученным в полевом опыте данным является одной из основных задач математической статистики. Чтобы правильно решить эту задачу, необходимо знать основные свойства ошибок и причины их возникновения. Случайные ошибки – это ошибки, возникающие под воздействием очень большого числа факторов, эффекты, действия которых столь незначительны, что их нельзя выделить и учесть в отдельности. Любой полевой опыт содержит в себе некоторый элемент случайности, т. е. изменчивость получаемых данных обусловлена в какой-то степени неизвестными нам причинами – случайными ошибками. Случайное варьирование опытных данных – постоянный спутник полевых опытов, и ни в одном из них, как бы тщательно он ни проводился, нельзя получить абсолютно точные данные. Таким образом, случайные ошибки являются неизбежными, однако математическая статистика дает методы количественного определения величины случайных ошибок, совокупность которых при большом числе наблюдений подчиняется закону нормального распределения, а при ограниченном числе параллельных наблюдений – закону распределения Стьюдента. На основании этих законов распределения случайных ошибок устанавливается, насколько существенны разности между средними показателями, например, урожаями по вариантам. Характерная особенность случайных ошибок – их тенденция взаимно погашаться в результате приблизительно одинаковой вероятности как положительных, так и отрицательных значений, причем малые значения встречаются чаще, чем большие. Благодаря такой тенденции к взаимному погашению разнонаправленных случайных ошибок при обобщении данных и выведении средних показателей погрешности уменьшаются по мере увеличения числа наблюдений. Систематические ошибки искажают измеряемую величину в сторону преувеличения или преуменьшения в результате действия вполне определенной постоянной причины. В полевом опыте такой причиной часто является закономерное варьирование неизучаемых факторов, например, плодородия почвы, и устранить их действие на результативный признак можно путем правильной методики. 139 Основную особенность систематических ошибок составляет их однонаправленность, т.е. они завышают или занижают результаты опыта. Это приводит к тому, что такие ошибки, в отличие от случайных, не имеют свойства взаимопогашения и, следовательно, целиком входят как в показания отдельных наблюдений, так и в средние показатели. Грубые ошибки, или промахи, возникают чаще всего в результате нарушения основных требований к полевому опыту, недосмотра или небрежного и неумелого выполнения работ. Например, исполнитель опыта по небрежности дважды внес удобрение на одну и ту же делянку, перепутал делянки при взвешивании урожая, неправильно записал его массу и т.д. Подобные ошибки ни при каких условиях не могут быть «погашены», компенсированы. При наличии не менее чем четырех повторностей в опыте или учете единичные грубые ошибки могут быть обнаружены с высокой степенью вероятности с помощью специального математического приема. Если повторность менее четырех – то приходится браковать испорченные делянки, повторения или даже весь опыт. Избежать грубых ошибок можно продуманной, тщательной организацией и проведением полевого опыта. В зависимости от задач, условий, мест проведения существует ряд разновидностей полевых опытов (рис. 4). О П Ы Т Ы По длительности Разведывательные (до 2 лет) Краткосрочные (3-10 лет) Многолетние (11-50 лет) Длительные (более 50 лет) По числу изучаемых факторов По месту проведения В научноисследовательских учреждениях Мелкоделяночные (до 10 м2) Лабораторнополевые (11-50 м2) Полевые (51-200 м2) На производстве По географическому охвату объектов исследований Опыты-пробы Точные сравнительные По учету эффективности новых агроприемов (до 3 га) Однофакторные Многофакторные Демонстрационные (200-400 м2) Производственные Рис. 4. Классификация полевых опытов 140 Географические (массовые) Единичные Полевые опыты подразделяют на 4 класса по следующим признакам: − по длительности; − по месту проведения; − по числу изучаемых факторов; − по географическому охвату объектов исследований. В зависимости от срока проведения опыты подразделяют на разведывательные, краткосрочные, многолетние и длительные. Разведывательные опыты проводят 1-2 года, как правило, по схемам с большим числом вариантов. Основное назначение этих опытов – выбор наиболее перспективных вариантов для более длительных опытов. К краткосрочным относят опыты продолжительностью от 3 до 10 лет. Они могут быть нестационарными и стационарными. Первые закладывают ежегодно по неизменной схеме с одной и той же культурой на новых участках и повторяют во времени обычно 3-4 года. Считается, что этого периода достаточно для учета влияния условий погоды на эффективность какого-либо приема. Вторые – закладывают на стационарных участках и проводят в течение 4-10 лет. К многолетним относят однофакторные и многофакторные стационарные полевые опыты продолжительностью 10-50 лет, к длительным – более 50 лет. Основная задача многолетних и длительных стационарных экспериментов – изучение действия, взаимодействия и последействия систематически осуществляемых агротехнических приемов или их комплексов на плодородие почвы и качество продукции. Многолетние и длительные опыты незаменимы при изучении физико-химических и биохимических процессов, медленно протекающих в почве и агрофитоценозах, расчетах баланса питательных веществ, учете потерь элементов питания и возможных масштабов загрязнения окружающей среды. Многолетняя повторность как бы «спрессовывает время», ведет к выявлению качественно новых закономерностей, которые невозможно установить в краткосрочных опытах. Результаты этих опытов нередко противоречат общепринятым представлениям, но именно эти, необычные на первый взгляд, данные, эти противо- 141 речия и указывают новые направления для научных поисков и разработок. Во всех развитых странах мира многолетние и длительные полевые опыты широко используются для решения фундаментальных вопросов земледелия, для глубоких комплексных исследований, демонстрации роли основных факторов и условий жизни растений. В нашей стране проводится много стационарных полевых опытов, рассчитанных на многолетний период. Среди них самый длительный – это многофакторный опыт, заложенный в 1912 г. в Петровской (затемТимирязевской) академии. Здесь на фоне полной факториальной схемы с удобрениями (без удобрений, N, Р, К, NP, NK, РК, NPK, навоз, навоз + NPK) изучается действие севооборота, бессменных культур, «вечного пара» и периодического известкования на плодородие почвы. По количеству изучаемых в одном эксперименте факторов, объему и глубине проводимых исследований, их агрономическому значению и результативности этот опыт является уникальным не только в нашей стране, но и в мировой практике опытного дела. Опыты, проводящиеся в хозяйствах для уточнения эффективности каких-либо инноваций, как правило, являются краткосрочными. Опыты с большей продолжительностью имеют более выраженный научный характер и проводятся научными учреждениями. По месту проведения опыты делятся на два подкласса: проводящиеся в научно-исследовательских учреждениях и на производстве. Внутри каждого подкласса выделяют по нескольку видов опытов, главным образом, на основании площади делянки. Мелкоделяночные опыты на опытных полях научноисследовательских учреждений могут закладываться, например, для изучения передвижения удобрений и пестицидов в почве, особенно после атмосферных осадков или орошения. Такие опыты ставят, если имеется мало семян новых сортов или гибридов, ограниченное количество новых пестицидов. В этих же опытах проводят первичную проверку совершенно новых агроприемов, доз гербицидов, инсектицидов, фунгицидов, в том 142 числе избыточных доз, которые могут угнетать растения или приводить к их гибели. Размеры таких делянок: 1×2, 1×4, 2×2, 2×4, 2×5 м. Поскольку размеры делянок небольшие, защитные полосы здесь не выделяют, а делают лишь узкие дорожки для прохода при осмотре делянок и проведении на них учетов и наблюдений. Число вариантов в мелкоделяночных опытах может быть либо незначительным (когда изучают узкий вопрос), либо большим, если надо сравнить много сортов новых культур или большой набор удобрений, пестицидов и т.п. Повторность в этих опытах может колебаться от трех до восьми. Как правило, чем меньше площадь делянки, тем больше повторность. Лабораторно-полевые опыты являются первым или вторым этапом полевых исследований после мелкоделяночных опытов. Выявив лучшие варианты в мелкоделяночных опытах, исследователь проверяет их в лабораторно-полевых экспериментах. Эти исследования можно проводить и без предварительной проверки на малых делянках, в частности, при изучении вопросов с использованием механизации. Основная цель лабораторно-полевых опытов – выявить взаимосвязь между растением и средой. Характерная особенность этих исследований заключается в том, что в них, кроме многочисленных учетов и наблюдений в поле, проводят всесторонние лабораторные исследования – химические анализы растений, почвы, структурный анализ урожая. Эти анализы дают возможность полнее выявить связи между опытными растениями и условиями их выращивания. Лабораторно-полевые опыты чаще бывают многофакторными. Число вариантов в них может составлять 20-30 и более. Поскольку площадь опытных делянок в лабораторнополевых опытах небольшая (11-50 м2), эти опыты проводят в пяти-, шестикратной повторности. В полевых опытах изучают действие факторов жизни и условий агротехники на урожай растений и его качество. Главная задача полевых опытов – выявление не только лучших, эффективных вариантов, но и причин повышения или снижения урожая и его качества в зависимости от условий выращивания. 143 В условиях, близких к производственным, полевые опыты проводят с максимально возможной механизацией агротехнических приемов. Площади опытных делянок и их защитные полосы должны быть такими, чтобы можно было использовать необходимые сельскохозяйственные машины и орудия. Для культур с небольшой площадью питания (зерновые злаки, одно- и многолетние травы) используют опытные делянки площадью 50-100 м2, для пропашных – до 200 м2. В зависимости от конкретных условий и от целей опыта размер опытных делянок в полевых опытах может увеличиваться или уменьшаться. Повторность в этих опытах, как правило, четырех-, пятикратная. Она может быть и большей, если плодородие почвы сильно варьирует. В мировом опытном деле наблюдается тенденция уменьшения размера опытных делянок при увеличении повторности. Это весьма эффективно при использовании малогабаритной техники. Для полевых опытов выбирают несколько лучших вариантов из лабораторно-полевых, поэтому число вариантов в схеме уменьшают примерно до десяти. Лучшие из них рекомендуют для применения на производстве. Опыты-пробы проводят в производственных условиях, основная их цель – выявить агроприемы, которые можно использовать для совершенствования технологии выращивания определенных культур, улучшения их роста, повышения урожайности и качества продукции непосредственно на производственных посевах. Если специалист хозяйства заметил отклонения в состоянии растений в каком-то месте посева, он выделяет здесь делянки-полосы определенной ширины. Например, на части посевов озимой пшеницы растения начали желтеть. Специалист выдвигает гипотезу о возможном недостатке азота, проводит подкормку азотными удобрениями и наблюдает за изменением цвета листьев, учитывает рост растений. Положительные результаты опытов-проб сразу же внедряются в производство в этом же хозяйстве. Лучшие варианты опытов-проб можно дополнительно изучать в дальнейшем для установления лучших градаций определенных факторов, которые испытывались. 144 Точные сравнительные опыты ставят в соответствии с требованиями методики полевых опытов в научных учреждениях или вузах. Площадь опытных делянок увеличивают до такого размера, чтобы можно было осуществить полную механизацию всех производственных процессов. Для этого ширина учетной части опытной делянки должна равняться ширине захвата сеялки, комбайна или почвообрабатывающего агрегата. Длина опытных делянок может быть равна длине гонов, агрегаты должны разворачиваться за пределами делянок. Общая площадь таких опытных делянок может доходить до 3 га. Точные сравнительные опыты ставят с небольшим числом вариантов (порядка четырех) и в трех-, четырехкратной повторности. Если плодородие почвы варьирует в пространстве, повторность опытов увеличивают. Поскольку в точных сравнительных опытах число сопутствующих учетов и наблюдений за растениями и внешней средой ограничено, то особое внимание уделяют учету урожая и его качеству – главным показателям эффективности агроприемов. Опыты по учету эффективности новых агроприемов используют как для проверки агроприемов, уже рекомендованных научными учреждениями, так и для их усовершенствования в конкретных условиях хозяйства. Для этого в поле севооборота, где внедряется новый агроприем, в различных местах выделяют три-четыре контрольные полосы шириной, равной ширине захвата агрегата каждая. Эти полосы выделяют так, чтобы они охватывали все разнообразие почвенного плодородия поля, где проводится опыт. Возле каждой контрольной полосы выделяют опытные, на которых применяют и изучают новый агроприем (вариант). Чтобы результаты исследований можно было сравнивать, число опытных и контрольных полос, их размер и форма должны быть одинаковыми. Границы всех полос фиксируют колышками. Урожай начинают учитывать сначала на опытных полосах, затем переходят на контрольные и только после этого убирают урожай на остальной части поля. Экономическую эффективность внедрения нового агроприема определяют путем сопоставления затрат труда и средств со стоимостью дополнительного урожая. 145 Демонстрационные (показательные) опыты призваны пропагандировать достижения науки и передового опыта непосредственно на производстве. Их закладывают в передовых показательных хозяйствах для наглядной демонстрации преимуществ новых технологий или сортов и гибридов в конкретных условиях района, а также в научных учреждениях и вузах. Методика этих опытов аналогична методике полевых опытов в научных учреждениях. Поскольку такие опыты предназначены для демонстрации, необходимо делать дороги и дорожки для прохода. На каждой опытной делянке размещают этикетки, где указывают номер повторения и содержание варианта. Устанавливают стенд со схемой опыта и схематичным планом размещения вариантов, размером опытных делянок, шириной защиток и т.д. Размер опытных делянок в демонстрационных опытах должен способствовать максимальной механизации агротехнических приемов. Несмотря на то, что опыты-пробы, точные сравнительные, опыты для учета хозяйственной эффективности новых агроприемов и демонстрационные опыты проводят в условиях производства, они еще не являются производственными. Производственные опыты – это комплексные научные исследования, целью которых является изучение не отдельных элементов агротехники, а организационно-хозяйственных мероприятий и технологий в целом. Такие опыты проводят на территории бригад, отдельных хозяйств и даже их групп. Производственные опыты закладывают, как правило, в передовых хозяйствах с определенной специализацией, где внедряют новые технологии выращивания культур. В этих же опытах изучают и экономическую эффективность внедряемых технологий и систем земледелия. По числу изучаемых факторов опыты делят на два вида: однофакторные (изучают, например, влияние сроков посева на урожайность) и многофакторные (изучают действие и устанавливают характер и величину взаимодействия двух и более факторов). По характеру различают положительное взаимодействие, когда прибавка от совместного применения факторов больше; отрицательное, когда она меньше арифметической 146 суммы прибавок от их раздельного применения. Факторы могут иногда действовать независимо, т.е. не взаимодействуют, тогда прибавка от совместного их применения примерно равна арифметической сумме прибавок от их раздельного применения. Многофакторные опыты, в свою очередь, делят на ряд подвидов, согласно конкретному количеству факторов: двухфакторные, трехфакторные и т.д. Многофакторные опыты имеют преимущество перед однофакторными, так как в них изучают не только действие каждого отдельного фактора, но и характер их взаимодействия, что, как раз, и имеет место в условиях производства. Важным аспектом многих полевых опытов, прежде всего, по сортоиспытанию, является охват многообразия почвенноклиматических условий. Опыты называют единичными, если их закладывают в отдельных пунктах, независимых друг от друга, по различным схемам. Если полевые опыты одинакового содержания проводят одновременно по согласованным схемам и методикам в различных почвенно-климатических и хозяйственных условиях, в масштабе страны, области или района, то их называют массовыми или географическими. Широкие географические опыты с сортами проводит Государственная комиссия по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, с удобрениями – проводили Государственная агрохимическая служба и Географическая сеть опытов с удобрениями. Опыты, проводящиеся в хозяйствах, являются единичными, а, следовательно, получаемые в них результаты могут быть распространены на небольшую локальную территорию, как правило, одно хозяйство, реже – их группу. Кроме этого, полевые опыты делятся на две большие группы: 1) агротехнические; 2) опыты по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. Основная задача агротехнических опытов – сравнительная объективная оценка действия различных факторов жизни, условий, приемов возделывания или их сочетаний на урожай сельскохозяйственных культур и его качество. К этой группе относятся, например, полевые опыты по изучению обработки почвы, предшественников, удобрений, способов борьбы с сорняками, болезнями и вредителями, норм и сроков посева и т.д. 147 Опыты по сортоиспытанию, где сравниваются при одинаковых условиях генетически различные растения, служат для объективной оценки сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. На основании этих опытов наиболее урожайные, ценные по качеству и устойчивые сорта и гибриды районируют и внедряют в сельскохозяйственное производство. Между указанными группами полевых опытов нет резкой границы. Для разработки сортовой агротехники опыты по сортоиспытанию нередко проводят на разных агротехнических фонах, а в схемы агротехнических опытов с удобрениями, обработкой почвы и севооборотами часто включают несколько перспективных сортов. Раздел 2.4. АГРОЛОГИСТИКА В процессе перехода к рыночной экономике проявилась устойчивая тенденция увеличения себестоимости сельскохозяйственной продукции и снижения окупаемости затрат. Это явилось, в определенной степени, следствием того, что многократно возросли цены на энергоносители, без использования которых невозможно выполнение процессов снабжения предприятий, производства и сбыта сельскохозяйственной продукции. Также многократно возросла абсолютная и еще больше – относительная цена рабочего времени, в связи с чем возникла необходимость искать возможности сокращения затрат времени на выполнение всех процессов, прежде всего, производственных. В этих условиях повысилась роль систем организации процессов снабжения, производства и сбыта продукции в сельскохозяйственных предприятиях. В связи с этим особое значение для сельского хозяйства получают логистические методы снижения издержек. В последние годы в странах с развитой рыночной экономикой широкое распространение получила новая отрасль экономической науки – логистика, которая осуществляет исследования оптимизации и регулирования процессов товаропродвижения в сфере обращения продукции и услуг, включая информационные, транспортные и финансовые аспекты как на микро-, так и макроуровне. 148 Логистика – это наука о планировании, контроле и управлении транспортированием, складированием, другими материальными и нематериальными операциями, совершаемыми в процессе продвижения сырья и материалов к производственному предприятию, внутризаводской переработки сырья, материалов и полуфабрикатов, доведения готовой продукции до потребителя в соответствии с интересами и требованиями последнего, а также передачи, хранения и обработки соответствующей информации. Логистика в сельском хозяйстве – это умение избегать ненужных путей, экономить за счет этого время, персонал и средства производства. Логистические системы, как и все рационально построенные системы, обусловливают увеличение общего эффекта до величины большей, чем сумма эффектов каждого из элементов системы, действующих независимо. Это определяется эффектом от интеграции усилий звеньев системы, когда они действуют согласованно, по единому плану. Логистика органически связана с теорией и практикой маркетинга, т.е. увязкой производства и реализации товаров с реальным платежеспособным спросом покупателей, стимулированием реализации путем рекламы товаров, гибкой политики цен и поиском новых сфер деятельности для получения доходов и т.д. Диалектическое взаимодействие и взаимопроникновение логистики и маркетинга дают в совокупности экономический эффект. По зарубежным данным, применение научно обоснованных методов логистики позволяет снизить уровень издержек обращения на 20%, товарные запасы – на 30-70%, сократить время обращения товаров на 20-50%. Очевидно, что в земледелии, для которого характерны периодические пиковые нагрузки на производственные ресурсы и инфраструктуру, эффект от грамотного применения логистических методов может быть еще выше. Однако по ряду объективных и субъективных причин методы логистики и маркетинга используются у нас еще недостаточно. Поэтому пока существует небезосновательное мнение, что сельское хозяйство логистике не поддается. Россия находит149 ся на 96-м месте среди всех стран по уровню затрат на логистику. О реальном влиянии логистических издержек на экономику сельскохозяйственного производства можно судить по следующим данным. В 2004 г., по сведениям Минсельхоза России, сельскохозяйственные предприятия приобрели техники на 49,4 млрд руб., минеральные удобрения, комбикорма, запасные части к технике, горючесмазочные материалы – на 242,4 млрд руб., т.е. сумма общего объема полученных средств производства достигла 291,8 млрд руб. По некоторым расчетам, внутри этих затрат содержится не менее 58,2 млрд руб. логистических издержек, в том числе около 10 млрд руб. по технике. На практике сумма этих затрат может быть еще выше. Для сравнения можно отметить, что в дореформенный период при уровне издержек по доставке материальнотехнических ресурсов по стране в 12,5% их сумма составляла бы при сопоставимых тарифах и ценах на ресурсы всего 36,5 млрд руб., или на 22 млрд руб. меньше. Эта экономия издержек по доставке ресурсов была бы равна примерно 4% себестоимости сельскохозяйственной продукции в условиях 2004 г. Такое возрастание издержек обращения – объективная плата общества за рыночные отношения, конкуренцию и трудности сбыта товаров, неразвитость рынка, его бессистемность, стихийность и нежелание государства регулировать рыночные отношения. Эффективность применения логистических методов при организации товарных потоков, снижении дальности перевозок, выборе рациональных видов транспорта и использовании других факторов можно видеть на примере работы Вологодского Агроснаба, где торговые наценки дифференцированы по девяти основным группам товаров и максимально приближены к реальной издержкоемкости каждой из них. При среднем уровне наценок в 19,2% они колеблются от 15,6% по технике до 29,6% по запасным частям к сельскохозяйственной технике. Это позволяет полностью использовать резервы снижения издержек в зависимости от реальных условий доставки и хранения по каждой товарной группе. Аналогичный опыт имеет ОАО "Курскагропромтехника", где торговые наценки дифференцированы по 150 семи товарным группам с интервалом от 20% по сельскохозяйственной технике до 38% по оборудованию для животноводческих ферм. За четыре года по большинству товарных групп произошло падение уровня торговых наценок, что обусловило снижение среднего их уровня с 26% в 2001 г. до 24,2% в 2004 г. и обеспечило экономию сельским товаропроизводителям в сумме 1321 тыс. руб. в расчете на год. Продвижение товарных потоков требует эффективного использования инфраструктуры аграрного снабжения, поскольку сложившаяся систематическая ее недогрузка вызывает рост издержек обращения товаров при отнесении высоких амортизационных отчислений от балансовой стоимости складов, баз и их оборудования на малые объемы реализации товаров. Для более полной загрузки складской инфраструктуры ресурсообеспечения необходим последовательный рост объемов товарооборота, в том числе и за счет диверсификации видов деятельности и услуг (вовлечения в оборот новых видов товаров, пользующихся спросом покупателей, развития собственных производств дефицитной продукции, освоения новых видов услуг потребителям и др.). Это позволяет снизить амортизационные отчисления на основную номенклатуру материальнотехнических средств для сельского хозяйства. Высокий уровень издержек по доставке техники и ресурсов в регионы-потребители (удорожающие их на 25-30%) требует, прежде всего, снижения транспортных расходов за счет: выбора наиболее близких поставщиков с целью сокращения дальности доставки товаров; использования рациональных и экономичных видов транспорта (железнодорожного, автомобильного, водного) в зависимости от расстояния перевозки и уровня тарифов по видам транспорта на эти расстояния; применения контейнеров и других экономичных видов средств транспортировки грузов; сокращения издержек на погрузочно-разгрузочные работы и внутрискладские операции с товарами за счет внедрения средств механизации; организации централизованной доставки товаров с региональных (областных) баз в районные торговые точки, что позволяет в наибольшей мере использовать грузоподъемность автотранспорта и сокращать нерациональные перевозки по доставке мелких партий грузов. 151 Особое значение для снижения издержек имеет восстановление районного уровня системы агроснабжения, позволяющее сократить расстояния доставки в хозяйства техники и других ресурсов с баз снабжения в 2-3 раза и таким образом снизить их транспортные расходы. Этот путь снижения издержек особенно эффективен при организации централизованного завоза товаров в хозяйства транспортом баз снабжения, при котором потребители высвобождают свой автотранспорт и работников. Рассмотрим пример применения логистических методов для снижения издержек в зерновом производстве. Чтобы подробно разобраться с проблемами зернового производства, рассмотрим логистику продвижения продукта от производителя к потребителю. Продукция теряется на всех этапах ее выращивания, уборки, переработки и хранения (рис. 5). Посев Уход за посевами Уборка урожая Транспортировка Обработка Хранение Переработка Потребление 10 35 5 5 5 25 10 5 Рис. 5. Этапы потерь зерна, % По группам технологических операций эти потери распределяются так: операции по выращиванию урожая – 45%; операции уборки, транспортировки, обработки, хранения – 40; операции переработки и потребления – 15%. Анализ потерь и издержек по звеньям, а также применение логистического подхода позволило ученым предложить принципиально новое решение для организации производства зерна. На рисунке 6 показаны возможности снижения издержек за счет применения логистического подхода при производстве зерна, 152 который позволил выявить резервы значительного сокращения числа промежуточных операций, погрузо-разгрузочных работ, оптимизации использования складских помещений и транспорта. Это достигается следующими принципиально новыми для отрасли решениями: - уборка осуществляется не традиционным обмолотом всей надземной массы, а очёсом колосьев и обмолотом только их массы; - зерно собирается в специальные контейнеры, что позволяет намного упростить, ускорить и удешевить процессы загрузки, транспортировки, выгрузки и хранения зерна; - доведение влажности зерна до нужных показателей, возможно непосредственно в контейнерах, за счет помещения в контейнер вместе с зерном влагопоглотителя. Традиционная логистика в производстве зерна Уборка Сушка Очистка Мельница Транспортировка Транспортировка Транспортировка Транспортировка Транспортировка Транспортировка Транспортировка Транспортировка Промежуточное хранение Хранение Технологическое хранение Хранение Промежуточное хранение Новая логистика в производстве зерна Пары Н2О Мельница Уборка Сушка Транспортировка Промежуточное хранение Транспортировка Транспортировка Технологическое хранение Транспортировка Хранение Рис. 6. Традиционная и новая логистические цепочки производства зерна 153 Конечно, возможность практической реализации новой логистики зернового производства вызывает сегодня множество вопросов и сомнений, однако то, что в ней заложены эффективные принципы – бесспорно. Рассмотренные примеры показывают, что при применении гибких маркетинговых методов достигаются улучшение снабжения хозяйств техникой и ресурсами и экономия затрат на их приобретение и использование. Следовательно, можно сделать вывод, что прогрессивные методы логистики и маркетинга могут дать большой экономический эффект при ресурсообеспечении сельского хозяйства. Учитывая высокий сложившийся уровень логистических издержек, этот эффект может исчисляться многими миллиардами рублей в год. 154 Часть 3. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В АГРОНОМИИ Введение (Беляк В.Б. – член-корреспондент РАСХН, доктор с.-х. наук, профессор, заместитель начальника Управления сельского хозяйства Пензенской области) Сейчас ситуация в сельском хозяйстве очень острая. Не все руководители смогли вписаться в рыночные правила игры, когда нужно производить то, что можно реализовать, причём отменного качества и с возможно низкой себестоимостью. Немногие нашли в себе силы и разума изменить затратную специализацию и/или технологии на ресурсосберегающие, а продолжали работать по инерции, принятой в конце XX века. Такой консерватизм привёл многие хозяйства к банкротству. Как следствие, возросли площади необрабатываемых земель, которые в зависимости от срока превращаются в залежь, зарастая травянистой растительностью, а на ряде участков – и лесом. Зачастую это прекрасные кормовые угодья лесостепи, где в травостое преобладают ценные виды: пырей, кострец, волоснец, вейник, а из бобовых – вики, лядвенец и клевер. Это хорошие кормовые угодья для развития мясного скотоводства, овцеводства и коневодства. Но консерватизм мышления руководителей не позволяет превратить их во благо. Тем не менее, в настоящее время пик падения сельскохозяйственного производства пройден, и всё большее число сельскохозяйственных производителей обращается к энергосберегающему, самовосстанавливающемуся земледелию по системе No till с соответствующим набором широкозахватной, многооперационной техники. Ключевые моменты системы: отказ от плуга, применение комбинированных посевных агрегатов с разбросным способом высева через лапы, а не диски, грамотные севообороты с соблюдением заданных параметров и качества поступающего органического вещества в виде соломы и сидератов, и комбинированная защита растений с использованием 155 биологических и техногенных факторов, а также применение лучших сортов и гибридов. Справедливости ради следует отметить и приход в сельское хозяйство богатых и думающих инвесторов, которые вкладывают значительный капитал в быстроокупаемые отрасли: производство сахарной свёклы, продовольственного зерна, свиноводство, птицеводство и т.д. Быстрыми темпами развиваются нетрадиционные, но высокорентабельные специализации: разведение мясного скота, оленей, перепёлок, страусов, прудовое рыбоводство, в растениеводстве – производство лекарственных трав, масличных культур, семян кормовых, медоносов и т.д. Все эти особенности ведения сельскохозяйственного производства в рыночных условиях требуют в первую очередь высокой образованности сельскохозяйственного товаропроизводителя, глубоких знаний ресурсов растительного и животного мира, использование законов почвоведения, земледелия, рынка. Конечно, не каждому это дано, отсюда и диаметрально противоположные результаты в соседних хозяйствах, районах, регионах. Россия вступает в ВТО, и поэтому уже сейчас необходимо подумать об устойчивости территорий, а не отдельных культур, полей или «водств». Как показал анализ работы лучших зарубежных и отечественных хозяйств, успешному сельскохозяйственному бизнесу должна сопутствовать максимальная мобилизация ресурсов человека, растений, животных, почвы на интенсификацию продукционного и средообразующего влияния на единстве принципов эффективности ресурсосбережения и экологической безопасности. Формирование всё большего числа частных землевладельцев заставляет по особому относиться к основному средству сельскохозяйственного производства – земле, и мы наблюдаем всё большее и большее число грамотных собственников, которые успешно ведут сельскохозяйственный бизнес, не забывая об экологии территорий и необходимости производить дешёвую экологически чистую продукцию. 156 Сегодняшняя ситуация в земледелии Состояние земледелия и растениеводства является первичным и определяющим по всему сельскохозяйственному производству. Все отрасли растениеводства зависят от умения земледельца. Все отрасли животноводства во многом зависят от состояния растениеводства, так как её отрасль – кормопроизводство – является одной из основных в благополучии или упущении, а статья затрат на корма часто определяет рентабельность в животноводстве. Учитывая это и не вдаваясь в частности, попробуем проанализировать причины недостаточной эффективности российского АПК и предложим своё видение решения проблемы. Когда-то Россия занимала достойное место в мире, в том числе в сфере производства сельскохозяйственной продукции. В стране производили для внутреннего потребления и на экспорт большое количество зерна, продукции животноводства, пеньки и пр. Благодаря блестящей плеяде учёных-аграриев и частной собственности на сельскохозяйственное производство соблюдались основные законы земледелия, соотношения между лугом и пашней, растениеводством и животноводством. В то время Россия кормила Европу. Наши беды начались, когда в России в силу национального характера и известных событий эволюционные понятия начали подменяться революционными, в том числе и в сельском хозяйстве. Сельское хозяйство было превращено в антиреволюционную силу со всеми вытекающими отсюда последствиями, но сегодня складывается благоприятная ситуация для исправления антинаучных взглядов. Это особенно важно в настоящее время, когда «объёмы импорта в нашу страну сопоставимы с тем, что у нас производит весь отечественный аграрный комплекс» – А.В. Гордеев (по материалам сайта www.rost.ru). Ещё марксистами-ленинцами была провозглашена диктатура пролетариата, согласно которой рабочий класс объявлялся самым передовым, революционным, сознательным, в середине – прослойка – интеллигенция, а внизу крестьянство – третий сорт: тёмное, забитое, неграмотное, которым надо руководить. И начали руководить им правители-горожане и продолжают руководить до сих пор. «... Коллективизация в 30-х гг., укрупнение 157 колхозов в 50-х гг., разрушение личных подсобных хозяйств в 60-х, социальная блокада «неперспективных» деревень в 70-е гг., деколлективизация и фермеризация сельского хозяйства с начала 90-х гг. и т.д. (Прусак М.М., Бойцов А.С., Эльдиев М.Д., 2001). Если к этому добавить изъятие паспортов, чтобы никуда не уезжали, оплату за труд трудоднями, то станет очевидным извечное пренебрежительно-унизительное отношение государства к крестьянам. Это лицемерие сопровождалось демагогией о заботе, стремлении улучшить жизнь и труд крестьян. Как остроумно выразился бывший президент ВАСХНИЛ А.А. Никонов, «село может утешиться тем, что его насиловали из лучших побуждений». Пренебрежительное отношение властей продолжается и сейчас, когда фактически крестьянство осталось один на один с проблемами рынка, диспаритетом цен, монополизацией переработки, со сложной демографической ситуацией. С неверием и отсутствием понимания, того, что село – это «кормилица» и к нему необходимо относиться как к кормилице-матери, прислушиваться к нему, уважать его, а не считать его бесперспективной «чёрной дырой» со всеми вытекающими отсюда последствиями. Так что, первая причина сложной ситуации в АПК лежит в морально-психологической сфере, в пренебрежительном отношении власти, государства, города к селянам и сущности сельскохозяйственного производства. Вторая важная стратегическая ошибка власти и управления сельскохозяйственной наукой – необузданный рост зернового производства. Для этого распахивались целинные, залежные, склоновые, близко прилегающие к водным источникам земли и засевались зерновыми. Ради этого уничтожались многолетние травы. Их засевали однолетними зерновыми, чем нанесён огромный вред отрасли животноводства, особенно в сухостепных регионах. Этим нанесён громадный урон плодородию пахотных земель. Для выполнения программ по фетишизации производства зерна формировались научные учреждения, программы НИР, где удельный вес исследований, направленных на увеличение производства зерна, всегда доминировал. Площади под многолетними травами, которые сохраняли плодородие и кормили объёмистыми кормами скот, сократились. Площади под однолетними – росли. В 158 РАСХН было «поглощено» отделение кормопроизводства, в НИР доминировали работы по зерну, пашня из-за бесконечных однолетних культур обеднялась. Рационы кормления стали в большинстве своём концентратными, высокозатратными. Зерна стало не хватать, и Россия вынуждена была из экспортёра превратиться в крупного импортёра. По этому поводу весьма остроумно выразился У. Черчилль: «Я думал, что умру от старости. Но, когда узнал, что Россия, снабжающая хлебом всю Европу, стала покупать зерно, я понял, что умру от смеха». Одновременно с этим острой проблемой для России стала прогрессирующая деградация почвенного покрова. По данным академика А.Н. Каштанова, к 2001 г. 125 млн га были подвержены эрозии и дефляции, до 1,5 млн га выросла площадь оврагов, 47 млн га имели кислую реакцию, на 74 млн га происходило опустынивание земель в аридной зоне России, 16 млн га засолены и т.д. Поголовье скота сократилось в десятки раз, продуктивность остаётся довольно низкой из-за гипертрофированной кормовой базы. По этому поводу академик К. Эрнст 19 декабря 2000 г. в газете «Сельская жизнь» вынужден был признать: «Сколько себя помню, проблема кормов всегда стояла остро. И сегодня ничего не изменилось – животноводство испытывает острый дефицит кормов». Из этой невеселой картины можно сделать, как минимум, два вывода: во-первых, наука оказывает слабое влияние на практическое земледелие; во-вторых, налицо разобщенность среди учёных-земледельцев, а может быть и ошибочность «средообразующих» личностей в формировании стратегии. В связи с этим А.М. Лыков (1990) вынужден констатировать: «однако в современной литературе на этот счёт (по системам земледелия, прим. Беляк В.Б.) содержатся лишь общие фрагментарные пожелания и самые ориентировочные параметры». Ещё острее высказался академик В.И. Кирюшин (2000): «Существующие понятия и определения систем земледелия не имеют экологического адреса, лишены специальной экономической рыночной мотивации, никак не соотносятся с хозяйственными укладами, с производственным потенциалом товаропроизводителей». 159 Сегодня совершенно ясно, что в российском обществе произошли колоссальные изменения, мы живём в другой общественной формации, у нас ухудшилась и обострилась, особенно на селе, демографическая ситуация, начинается рынок земли, появляются мелкие фермеры и крупные землевладельцы с правами собственника. Россия взяла курс на развитие рыночных отношений со всеми вытекающими последствиями и принятием рыночных «правил игры». Имея громадные по масштабам и разнообразные почвенно-климатические условия, совершенно очевидно, что, говоря о системах земледелия макрозон, мы обязаны доходить в своих рекомендациях до микрозон, до конкретных элементов технологии, до определения набора культур, сортов и гибридов, до соотношения отдельных отраслей, «специализаций» в растениеводстве и животноводстве и прочей конкретики. Адресная информация всегда была определяющей при работе на земле, учитывая многогранность почвенно-климатических, рельефных, ресурсных, даже национальных и других особенностей. Вместе с тем, следует подчеркнуть наличие общих законов и закономерностей при организации сельскохозяйственного производства на определённой территории, которые необходимо учитывать при решении частностей микрозоны. Хотя и по другому поводу, но, как правильно писал В.И. Ленин, «... кто берётся за частные вопросы без предварительного решения общих, тот неизменно будет на каждом шагу натыкаться на эти общие вопросы» (Ленин В.И. Полн. собр. соч. Т. 15. С. 368). На страницах научных изданий постоянно находятся взаимоисключающие научные гипотезы, претендующие на приоритетные в вопросах интенсификации земледелия и растениеводства. Кто-то во главу угла ставит процесс фотосинтеза, ктото минеральное питание, кто-то плодородие почвы и наличие гумуса, кто-то кальция и даже кремния, кто-то селекционную работу, особые технологии и т.д. Если отбросить высокую степень фетишизации авторами отдельных факторов, то получится, что правы все, но, решая вопрос интенсификации, необходимо помнить о равнозначности и незаменимости факторов, участвующих в создании урожайности, помнить о законах минимума и возврата, и прочих известных постулатах. Всё это накладывает 160 на земледельца ХХI века дополнительные обязанности и предъявляет повышенные требования к его обученности и системному мышлению в трактовке использования наукоёмких дисциплин. «Любая новая стратегия развития сельского хозяйства должна быть экономически обоснована, экологически безопасна и социально приемлема в краткосрочной и долговременной перспективе» (Жученко А.А., 2001). Справедливости ради следует отметить, что и в период «травопольной» системы и в период так называемых «интенсивных» технологий в АПК Советского Союза, а затем и России, имеются примеры хозяйств с высочайшим уровнем наукоёмкости производства, где наряду с ростом продуктивности полей, никогда не забывали о получении прибыли и не допускали падения плодородия почвы. Лучшие руководители хозяйств и сейчас на слуху: В.Я. Горин, А.И. Майстренко, В.Ф. Резников, А.А. Шумский, А.М. Гарбуз и др. Немало таковых руководителей и в Пензенской области и во всех регионах, ведущих, в первую очередь, грамотное землеустроительство. Это наталкивает на мысль, что термины «интенсивная» и «экстенсивная» системы земледелия не отвечают истинному состоянию экономики хозяйства и экологической безопасности земли. Земледелие России в отдельные временные периоды побывало в различных терминологически затратных категориях. Это можно проиллюстрировать на примере учений об основной обработке почвы. Вначале повсеместно была принята глубокая отвальная вспашка, затем стали применяться периодически отвальная и безотвальное или плоскорезное рыхление, а между периодами лемешное или дисковое лущение, затем заговорили в некоторых регионах о минимальной, поверхностной, а сейчас и нулевой обработках. И есть по каждому из направлений положительные и отрицательные примеры. То же самое относится и к вопросу применения удобрений, когда известны крайние случаи: от зафосфачивания или подкисления почв, повышения содержания нитратов в продукции при чрезмерном, одностороннем увлечении минеральными удобрениями, до полного отказа от них и непременного падения при этом урожайности и плодородия. В промежутке между этим можно встретить случаи, когда в интенсивных хозяйствах грамотно ведут земледелие и 161 имеют положительную динамику элементов плодородия и высокую рентабельность. В то же время в соседних, с высоким удельным весом многолетних бобовых трав, без применения минеральных удобрений и при минимальной обработке на зерновых, имеют те же доходы и хорошие средообразующие результаты. Это заставляет задуматься. Учитывая особенности «текущего момента», очевиден вопрос о пересмотре существующего понятия «система земледелия» в соответствии с реалиями сегодняшнего дня. Вопрос, по какому пути идти, используя зарубежный опыт, научные разработки основоположников и современников Российской сельскохозяйственной науки, особенностей климатических, ресурсных, национальных и пр., предполагает строго выверенные действия. В настоящее время всё большее понимание находят позиции усиления биологических аспектов вместо ранее распространённых техногенных. А вообще в системах земледелия много субъективности и общих рассуждений, но всё чаще землеустройство и ведение сельскохозяйственного производства строятся по аналогии с естественным ландшафтом. В соответствии с этим предлагаемое нами определение современной системы земледелия звучит как «система грамотного использования человеком на определённой территории биологических ресурсов растений, почвы и животных, направленная на ежегодное получение запланированного урожая, прибыли и благоприятного средообразующего влияния». Необходимо подчеркнуть в этом определении, во-первых, всеобъемлющую роль человека, определяющего, что сеять, какую выбрать технологию, систему обработки почвы и удобрения; во-вторых, рыночную направленность производства; в-третьих, «приоритетные» значения растения в системе; в-четвёртых, заботу об экологии, а, значит, – о будущем. Большинство ранее применяемых определений либо устарели, либо громоздки, пытаются «впихнуть» излишнюю детализацию в определение на все случаи жизни. В нашем определении выделены «три кита», на которых зиждется современное представление о земледелии; эффективность, ресурсосбережение и экологическая безопасность, 162 базирующаяся на научном анализе микрозоны и ресурсов человека, растительного и животного мира, почвенной биоты. Следует подчеркнуть, что, по нашему представлению, ни техногенная, ни биологизированная системы земледелия в чистом виде и особенно в переходный период не могут быть взяты на вооружение производственниками. Выход – в грамотном их сочетании с учётом того, что «биологизация» – это фундамент, а грамотное, щадящее применение минеральных удобрений, средств защиты растений – это «надстройка». Размеры «фундамента» и «надстройки» на разных этапах могут меняться в объёмах, дополняться и взаимозаменяться. Например, для уничтожения сорняков в первые годы освоения «биологизированной системы» проще и надёжнее использовать гербициды. В дальнейшем, при достижении гармонии в производстве с природой, биологически продуманные приёмы интенсификации и средообразования будут занимать всё больший удельный вес. Можно попытаться выразить соотношение «биологизированной» и техногенной систем хотя бы по количеству закрепленного в сельскохозяйственном продукте азота или белка. Почему белок постоянен как катализатор? Во-первых, «белок – это жизнь» по меткому выражению академика Ферсмана, во-вторых, по этому элементу оценивается качество большинства сельскохозяйственного сырья: мяса, молока, яиц; белок, клейковина в пшенице, это азот; плодородие – это гумус и азот в нём и т.д. Так вот, если уровень закреплённого в сельскохозяйственном продукте азота биологической природы выше 70 %, то это биологизированная система земледелия; если содержание биологического азота 50-70 %, то смешанная биолого-минеральная, менее 50 % – минеральная, техногенная. А теперь попытаемся разобраться, почему приоритетной методологией интенсификации сельскохозяйственного производства следует признать «биологизацию». Почему «биологизация» – приоритетное направление? «Суть нынешних дискуссий не в том, следует ли вносить или не вносить минеральные удобрения, как вопрос пахать или не пахать, а как сделать эти процессы рентабельными и эколо163 гически безопасными» (Жученко А.А., 2000). Остаются спорными вопросы о системах земледелия. Пока А.Н. Каштанов разрабатывал адаптивно-ландшафтную систему земледелия, В.И. Кирюшин – экологотехнологическую, А.М. Лыков – преимущественно органическую, а А.П. Щербаков и В.М. Володин, призвав в помощники философию и математику, моделировали процессы, происходящие в земледелии, сельскохозяйственный «караван» шёл своим путём. В производстве делали то, что считали нужным, без учёта «высокой науки», и что было по силам, исходя из ресурсообеспечения. В результате получили повсеместную деградацию земли (Каштанов А.Н., 2001). Это говорит, во-первых, о слабом представлении учёных о состоянии производства, его запросах, ресурсах, а значит, восприимчивости «приложения» наукоёмких технологий, и, вовторых, об ошибочности избранных научных разработок, выразившихся во фрагментарности подходов, фетишизации каких-то векторов стратегии, отсутствии комплексности оценки и подходов в решении сложнейшей проблемы повышения интенсификации, устойчивости и улучшения средообразующего влияния. Как правило, в большинстве научных публикаций до конкретики дело не доходило, что не позволило производственникам, собственно ради которых и затеваются исследования, применить перспективные наработки в конкретной ситуации. В истории страны было однобокое увлечение «минеральными удобрениями», «обработками почвы» и т.д. Между тем совершенно ясно, что система земледелия в замкнутом производстве конкретного хозяйства имеет свои уникальные особенности почвы, климата, рельефа, ресурсов, специализации и пр. и на основании учёта всех составляющих факторов может быть найдена «истина» грамотного ведения хозяйства, которая, как известно, бывает в единственном числе. Поэтому современное грамотное ведение хозяйства с учётом эффективности ресурсосбережения и экологической безопасности требует наукоёмкого анализа. В итоге, для достижения гармонии человека с природой при работе на земле биологически продуманные приёмы интенсификации и средообразования будут занимать всё больший 164 удельный вес. Причём «биологизация» земледелия рассматривается как приоритетное направление как для технологически сильных, так и для «слабых хозяйств». Первые всё более и более обращают внимание на уменьшение оплаты урожаем увеличивающихся техногенных затрат и увеличивающуюся при этом антропогенную нагрузку на почву, а у слабых хозяйств просто-напросто нет ресурсов для ведения так называемого «интенсивного» земледелия. Причём, по нашим подсчётам, например, в Пензенской области около 20% «сильных хозяйств» и 80% «слабых». К тому же грамотной работе на земле в условиях рынка способствует собственность на землю, введение земельного налога со «всеми вытекающими последствиями», когда производить надо много и дёшево и о природе заботиться. Поэтому мобилизация ресурсов биологического характера: людских, растительных, микробных, животных, почвенных представляется наиболее перспективной, дешевой, реально выполнимой и экологически приемлемой. «Государство Российское не планирует существенного увеличения применения минеральных удобрений из-за низкой покупательной способности сельскохозяйственного производства. В Программе «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 20062010 гг.» ожидалось к 2010 г. внесение минеральных удобрений в количестве только 2,4 млн т. Это очень мало. По оценке авторитетных экспертов надо 6,5-8,0 млн т. Государство слабо дотирует применение минеральных удобрений, как это делается во всём мире. Мы импортируем мясо, расходуя на это ежегодно порядка 10 млрд долларов, вместо инвестиций в сельское хозяйство. Так принято. Вот почему биологический азот должен занимать превалирующее положение» (Алейнов Динам. Тайны голландских полей // Химия и бизнес. 2007. № 2). Биогенные или техногенные приёмы? Это – полюса. Более современным считается интегрированное земледелие, достигающее компромисса между экономикой и экологией (Romnier, 1990). Тот, кто ставит во главу угла экологию, не всегда прав, так как при слабой экономике мы просто-напросто не будем 165 иметь средства на отчисление для занятий экологией, социальными проблемами и т.д., и в конце концов хозяйство разорится. Не прав и тот, кто ставит во главу угла экономику, т.е. получение максимальной прибыли, забывая об окружающей среде, рано или поздно это приведёт в какой-то природной сфере к экологической катастрофе. Это с точки зрения экологического аспекта, но есть ещё рыночный аспект, который требует производства сельскохозяйственной продукции высокого качества и с низкой себестоимостью. Иначе это просто не выгодно! Иначе конкуренты разорят! И здесь сельскохозяйственные производители обязаны искать выход в низко затратных технологиях. А это лежит в среде биологической. Многие предприятия начали понимать, что производить плохие товары – это изначально обречённая на провал стратегия. Мы идём к цивилизованному рынку. Этот процесс прошли многие страны, и мы, вступая в ВТО, должны пройти, но и к этому надо серьёзно и заранее подготовиться, приближая параметры качества продукции, её себестоимость к мировым, и постоянно поддерживать в хорошем «рабочем» состоянии основное средство сельскохозяйственного производства – землю. В этом исходном положении полное и грамотное использование биоресурсов – наиболее верная и беспроигрышная деятельность. Потому что, «чем хуже почвенно-климатические и погодные условия страны или региона (недостаточное ресурсное обеспечение), тем более важную роль играют биологизация интенсификационных процессов. Почему биологизация в приоритетах? Во-первых, запасы техногенных ресурсов интенсификации не безграничны и по расчётам некоторых аналитиков запасы нефти и газа закончатся на Земле ориентировочно к 2050 году, запасов фосфорных удобрений при сегодняшних объёмах внесения хватит на 70-80 лет, а калийных – на 60-65 лет. Это с точки зрения ресурсов. С точки зрения рыночной привлекательности, покупают в первую очередь сельскохозяйственную продукцию из регионов, где по технологиям исключаются или с минимальным количеством применяются химические средства. С точки зрения потенциальных возможностей биологических ресурсов – они колоссальны и неисчерпаемы. И мы име166 ем массу примеров, особенно зарубежных, нормально функционирующих агрофирм, использующих биологизацию земледелия. Безусловно, рекордные (максимальные) урожаи различных культур получают только с применением минеральных удобрений и средств защиты растений. Высокие урожаи кормовых и зерновых вполне реальны на биологизированных технологиях. Наши длительные исследования показали, что в лесостепной зоне на выщелоченных черноземах Пензенской области без применения минеральных удобрений, мобилизовав растительные ресурсы, реально получение продуктивности гектара кормового севооборота до 55 ц к.ед. и 1,5 т сырого протеина, в зерновом – показатели несколько ниже, но и они вполне приличны: 47 ц к.ед. и 0,8 т сырого протеина при положительной динамике гумуса. Обнадёживающим моментом применения биологизации являются и те обстоятельства, что в России за последние десятилетия особенно ухудшилась ситуация в животноводстве изза катастрофического снижения поголовья и его продуктивности. Поэтому сейчас Россия импортирует более 45 % потребляемых продуктов животноводства. Значит, отрасль животноводства имеет приоритетный рыночный и социальный интерес, хотя это и не такие быстрые деньги, как производство зерна. Но в принципе, отрасли, особенно разведение КРС и овцеводство, требуют на гектар кормовых многолетних трав меньших затрат, чем при производстве зерна. А многолетние травы, которые в структуре рационов занимают основной удельный вес, а в плане ресурсосбережения и экологической привлекательности наиболее удобны и легко реализуемы, наилучшим образом вписываются в приоритетную перспективу развития биологизированной системы земледелия. В нашем понимании, биологизация сельскохозяйственного производства – это продуманная модель хозяйства с полным использованием ресурсов образованного человека, растительного, животного и микробного мира, направленных на стабильное получение прибыли при экологической стабильности территории. Рыночные условия предполагают ежегодное ведение рентабельного производства, а собственность на землю обязывает заботиться об основном средстве производства – земле. 167 Следует ещё раз подчеркнуть, что под «биологизацией» мы понимаем получение сельскохозяйственной продукции преимущественно за счёт мобилизации биологических ресурсов, создание валового продукта растениеводства и животноводства в натуральном выражении в основном за счёт биологических ресурсов: наукоёмких знаний человека, ресурсов растения, микроорганизмов, животных, почвы. В создании урожая используется энергия солнца, воздушного пространства, питательные вещества почвы, азото- и фосфорофиксирующие микроорганизмы. Возврат питательных веществ осуществляется за счёт ежегодного поступления свежего органического вещества, активизации почвенной микрофлоры и регулирования микробиологического процесса через поступление органической массы заданного качества и соотношением C:N, влажности, глубины заделки в почву и т.д. Давно известна благоприятная средообразующая роль бобовых и их определяющая роль в структуре кормовых рационов и в питании человека. Давно известно удешевление получения различной сельскохозяйственной продукции при оптимальном удельном весе бобовых в структуре посева. По этому поводу К.А. Тимирязев писал: «Едва ли в истории найдётся много таких открытий, которые были бы такими благодельными для человечества, как включение клевера и вообще бобовых растений в севооборот, так поразительно увеличивающих производительность земледельца». Кроме того, необходимо усилить значение севооборотов. «Пока же, как известно, севообороты не нашли, по существу своего должного места в современном агротехническом комплексе» (Лыков А.М., 1998). При расширении посева многолетних трав, особенно бобовых и зернобобовых, повышается эффективное плодородие, улучшается пищевой режим и отпадает необходимость внесения высоких доз минеральных удобрений, что в конечном счёте уменьшает затраты и себестоимость продукции. Интенсификация систем земледелия биологическими приёмами, подразумевающая максимальное использование энергии солнца, почвы через мобилизацию растительных и микробиологических ресурсов, под силу только высокообразованным агра168 риям, желающим сделать свой бизнес в производстве сельскохозяйственных продуктов. Перспектива эта сложная, но благородная и безошибочная, по сути. В этом плане имеется масса примеров, но особенно впечатляет пример густонаселённой Индии, которая за три десятилетия мягкой «зелёной революции» совершила грандиозный скачок в развитии земледелия и продолжает наращивать производство. Необходимость снижения техногенных "факторов в земледелии получила широкое распространение в развитых странах через термин «экстенсификация», то есть уменьшение агрохимической нагрузки введено в ранг государственной политики (Тихонович И.А., 2000). В США Конгресс принял постановление об усилении разработок по ресурсосберегающим, экологически безопасным технологиям. Сейчас практикуется перевод земли из пашни в пастбище на оздоровление, а через 5-7-10 лет её снова используют как пашню. А в целом, в США естественные кормовые угодья обеспечивают до 50% используемого в животноводстве протеина. Почему бы нам не залужить козлятником и кострецом значительные площади в регионах с 500 мм осадков в год, не заняться высокодоходным и низкозатратным мясным скотоводством? С внесением высоких доз фосфорных удобрений с балластом вносится много вредных веществ, таких как стронций, фтор, кадмий и т.д. Очевидно, истина посередине, и нам надо создавать фундамент N и С за счёт органики, переводить с помощью растений и грибов фосфор из труднодоступных форм в легкодоступные. Грибы-микоризообразователи способствуют выживанию растений в условиях минимального плодородия почв, стимулируя избирательное поглощение питательных веществ (Назаров, 1981). Калия много в почве, а недостающее количество надо вносить, как и микроэлементов. Критерий оценки биологизации – степень использования в урожае биологического азота, а так как удельный вес бобовых в структуре ничтожен, мы не достигли рационализации ни в земледелии, ни в растениеводстве, ни в почвоведении, ни в животноводстве. И надо начать «от простого – к сложному», увеличивая удельный вес бобовых в структуре, 169 что уменьшит применяемое количество минеральных удобрений, удешевит корма, зерно и другие культуры, поддержит плодородие на требуемом уровне. Возделывание крестоцветных в качестве промежуточной культуры позволяет улучшить биоценоз почвы (Райе, 1986), который, в конечном счёте, играет решающую роль в превращении важнейших элементов питания в легкодоступные формы – вот почему сидерация – важнейший элемент в биологизации. Сохранение орнитофауны существенно облегчает борьбу с вредными насекомыми. Причём гнездиться птицы предпочитают в полях, занятых многолетниками (Тишнер, 1971). И в этом плане залужение многолетними травами и развитие на этом фоне скотоводства снимает основные проблемы борьбы с вредителями, болезнями, сорняками. Исчерпаемость доступных энергетических и сырьевых ресурсов в обозримом будущем определенна (2050 г.). Это серьёзный аргумент к энергичному использованию биологических факторов интенсификации производства и улучшению средообразующего влияния. Вместе с тем странно звучит, например, со стороны генерального директора ООО «АгроЭксперт Групп» Кирилла Музылёва заявление о принципах слабого развития биологизации земледелия в стране, так как необходимо «достичь такого уровня рентабельности за счёт обычного производства (с использованием химических средств защиты растений, удобрений – прим. Беляк В.Б.), а уже потом можно говорить об удовлетворении эксклюзивных запросов», т.е. производстве экологически чистой продукции». Здесь, в комментарии «эксперта», всё поставлено с ног на голову. Именно при грамотном использовании биологического арсенала всех ресурсов отмечается наивысшая рентабельность в сравнении с техногенными приёмами. Наши опыты подтвердили более высокую окупаемость и очень приличный уровень продуктивности на фоне биологических удобрений (соломы, сидератов, азотофиксации), в сравнении с комплексным фоном (бактерии и минералы). Да, урожай несколько выше (5-9 %), но не на столько, чтобы «браковать» биологический фон. Окупаемость затрат на биологическом фоне выше на 13-17 % в правильном севообороте с заделкой соломы и иноку170 ляции семян всех культур азотофиксаторами симбиотической и ассоциативной групп. И это наблюдалось в зерновом, кормовом и «масличном» севооборотах. Поэтому адресная работа по грамотному использованию биологического потенциала всех составляющих факторов должна быть в приоритетах любого хозяйства. Экономический потенциал Алтая и других регионов Сибири связан в первую очередь с земельными ресурсами. В крае на каждого жителя приходится по 2,8 га пахотнопригодных земель. Известно, что для безбедного существования в подобных природно-климатических условиях достаточно 0,4-0,5 га на человека. Кроме того, земледелие – это локомотивная отрасль. Развивая его, мы развиваем животноводство (через корма), отрасли хранения, переработки и реализации сельскохозяйственной продукции, сельхозмашиностроение, сельские коммуникации и другие сферы. Каждое рабочее место в земледелии обеспечивает организацию семи-одиннадцати мест в других сферах. Однако в современных условиях земледелие края, как и всей России, находится в тяжелом состоянии. Причин предшествовавших этому много. Среди них: экономический хаос девяностых годов, деструктивная политика на развал отечественного сельского хозяйства, экономический пресс западных монополий, и не последнее место в этом ряду занимают инегрция агрономического и технического мышления, формализм и шаблон в агротехнике, в частности монокультура яровой пшеницы. В то же время за последние десятилетия представления о технологиях возделывания зерновых и других культур в странах Западной Европы и США претерпели существенные изменения. В начале и первой половине XX века шел процесс интенсификации технологий путем углубления обработки почвы, внесения высоких доз органических и, особенно, минеральных удобрений, широкого использования химических средств защиты растений. По мере развития и совершенствования средств химзащиты растений ученые и производственники все больше приходили к выводу о нецелесообразности ежегодных глубоких отвальных обработок почвы, о возможности уменьшения глубины и сокращения их числа за счет применения более совершенных 171 гербицидов. Однако одновременно нарастало химическое загрязнение почв и продуктов сельского хозяйства. В этих условиях в земледелии развитых стран обозначились новые тенденции – тенденции экологизации производства продуктов питания, которые востребовали освоение альтернативных систем земледелия, как правило, исключающих применение гербицидов. Среди них наиболее мощное развитие получило экологическое земледелие. В начале восьмидесятых годов в Германии в сознании общественности важное место стала занимать экология. Людей встревожили сообщения по вымиранию лесов, о мировом эффекте парника, об увеличении озоновой дыры, о загрязнении вод и атмосферы, об авариях на атомных электростанциях, о недоброкачественных пищевых продуктах. Непомерные горы мусора, загрязненность атмосферы, почв и рек ядовитыми веществами не оставили сомнений в том, что человек существует за счет уничтожения природы, за счет гибели будущего человечества. Все политические партии, все общественные круги стали придавать вопросам защиты окружающей среды первостепенное значение. Возросла готовность людей ради сохранения природы изменить потребительские привычки и отказаться от определенных удобств. Эта буря не смогла не затронуть и сельское хозяйство. В сельском хозяйстве одним из возможных выходов из сложившейся экологической ситуации, наряду с ограничительными мерами, стал переход хозяйства на альтернативные, экологические виды фермерства. Этот переход получил название экологизации земледелия. Под этим словом подразумевается как можно более натуральные, лишенные «химии» растениеводство и животноводство. Поэтому поля в экологических хозяйствах чаще остаются под паром, химические удобрения и пестициды не применяются, животные содержатся в соответствующих их породе условиях, их рост не форсируется. Поскольку в результате такого вида хозяйствования урожайность сельскохозяйственных культур гораздо ниже, а себестоимость выше, чем в обычных хозяйствах био-фермеры (т.е. фермерствующие биологическим способом), вынуждены требовать за свою продукцию более вы172 сокие цены. Это им удается, ибо у них уже сложился свой круг покупателей, которые готовы заплатить больше, лишь бы иметь возможность питаться экологически чистыми продуктами. В Германии уже появился хорошо функционирующий рынок биопродуктов и число био-ферм в настоящее время активно увеличивается. В Соединенных Штатах Америки параллельно развивалось альтернативное земледелие, в Великобритании – беспахатное и прямой посев, в Японии – натуральное. Акценты в мотивации новаций при этом заметно смещаются в сторону экономичности технологий. В последние годы сильно активизировались сторонники No till (не пахать). Они этот тезис расшифровывают как систему мер по освоению экономической модели растениеводства, провозглашая “систему No till” как наиболее разумный подход к растениеводству, взвешенный с точки зрения экологии и экономики. Однако в основе этой системы, наряду с инновационными мерами биологизации технологий, лежит по-прежнему не имеющее альтернативы широкое применение гербицидов в борьбе с сорняками взамен механических обработок почвы. Для России, где идут процессы реформирования сельской экономики, переосмысления технологий землепользования, адаптации к условиям рынка, особенно актуален поиск решений рационального хозяйствования. Россия имеет богатый исторический опыт, однако, как и в мире, в нашей стране пока поиск концепций земледелия не завершен, во многих суждениях преобладает противоречивое и недоказанное. Всё дискуссионное требует дальнейшего научного анализа, обоснования и практической проверки. Учеными кафедры земледелия АГАУ на базе ранее освоенных зональных почвоводоохранных систем земледелия ведутся разработка и испытание новых гибких наукоемких энергоресурсосберегающих технологических приёмов и их сочетаний, обеспечивающих существенное снижение материальнотехнических затрат и производство экологически чистой продукций. Основные приемы и принципы, а также технологические системы эффективного экологически чистого земледелия, обоснованы нами и излагаются в настоящей работе. 173 Раздел 3.1. АГРОЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ Земледелие как отрасль сельскохозяйственного производства базируется на таких специфических средствах, как биологические объекты, природно-климатические, почвенные ресурсы; требует к себе специфических подходов. Многие ресурсы на свою мобилизацию не требуют какихлибо затрат, другие – требуют существенных вложений. Но и те, и другие жизненно необходимы при возделывании сельскохозяйственных культур. По экспертным оценкам прибавка урожаев примерно одинакова как от мер по обработке почвы, освоению севооборотов, правильному подбору культур и сортов, так и от применения удобрений, средств химзащиты, однако материальные затраты при этом существенно разнятся. Нельзя заменить удобрения севооборотами, но, хорошо разбираясь в сущности продукционного процесса в растениях, динамике почвенных режимов и владея необходимым арсеналом средств управления, можно сократить совокупные затраты на возделывание тех или иных культур, повысить окупаемость затрат. Биолого-социальная сущность энергоресурсосберегающих технологий в земледелии заключается в том, что в процессе производства должно обеспечиваться решение триединой задачи: − сохранение и воспроизводство природных ресурсов; − оптимизация условий продуцирования растений; − снижение затрат на производство единицы продукции, повышение их окупаемости. Решение задач оптимизации условий продуцирования растений связано с управлением водным, воздушным, тепловым, световым и пищевым режимами. Регулирование этих режимов требует больших или меньших затрат материально-технических, трудовых и финансовых ресурсов и осуществляется как прямым воздействием на те или иные параметры, так и через влияние на другие факторы среды. 174 В этом сложном сочетании факторов среды и потребностей растений можно выделить три приоритета: − приоритет первый: на внешние условия продуцирования растений допустимы воздействия только в пределах экологических возможностей при условии сохранения земли и всей окружающей среды, воспроизводства плодородия почв; − приоритет второй: все воздействия на факторы внешней среды должны быть направлены на создание благоприятных условий роста и развития растений; − приоритет третий: задача земледельца – так подбирать и сочетать воздействия на среду и растения, чтобы при этом нести, возможно, меньшие технологические затраты. Исходя из законов земледелия, оптимизацию продукционного процесса в растениях можно обеспечить с минимальными затратами ресурсов при условии соблюдения следующих положений: 1) наибольшая эффективность использования ресурсов достигается при оптимальных сочетаниях факторов жизни растений (света, тепла, воды, пищи и воздуха). Разрегулированность соотношений факторов ведет к недобору урожая и непроизводительным затратам ресурсов; 2) чем большее число факторов находится в оптимуме, тем выше отдача от воздействий по оптимизации фактора, находящегося в дефиците или избытке; 3) по мере возрастания урожаев все большее число факторов становится лимитирующими (дефицитными или избыточными) и требуются более сложные, более системные воздействия на их оптимизацию; 4) известно, что отрицательные факторы урожая – болезни, вредители, сорняки – требуют для их нейтрализации дополнительных затрат. Если воздействия в своей совокупности на положительные и отрицательные факторы урожая дополняют друг друга, носят характер интегрированных, системных мер, то и затраты на них минимальны. При фрагментарных, не оптимизированных воздействиях затраты возрастают, их окупаемость снижается. 175 Таковы общие принципы энергоресурсосберегающего возделывания сельскохозяйственных культур, вытекающие из законов системного земледелия. Совокупность мер, направленных на оптимизацию условий продукционного процесса в растениях при минимальных затратах и воспроизводстве ресурсного потенциала (особенно энерго- и капиталоемкого), согласно теории земледелия, должна состоять из двух блоков: а) меры по мобилизации биопотенциала растений и их ценозов; б) меры по регулированию (оптимизации) почвенных режимов и околопочвенной среды обитания растений. В зернопроизводящих районах Западной Сибири, как правило, в качестве лимитирующих выступают дефицит азота и влаги в почве, засоренность посевов, водная и ветровая эрозия. На их оптимизацию (нейтрализацию) и должны быть направлены усилия в энергоресурсосберегающем земледелии. Необходимость контроля за ходом и эффективностью освоения энергоресурсосберегающих приемов земледелия, их отдельных элементов и звеньев – очевидна. Самые объективные интегрированные показатели и степени, и эффективности освоения – рост урожайности, валового сбора, снижение себестоимости продукции и затрат на выполнение технологических приемов. Наряду с обобщающими показателями эффективности земледелия как отрасли сельского хозяйства необходимо определять показатели эффективности использования отдельных видов ресурсов: − земли (выход валовой продукции, валового и чистого дохода на 100 га земельной площади, урожайность сельскохозяйственных культур и др.); − трудовых ресурсов (валовая продукция, валовой и чистый доход, прибыль в расчете на среднегодового работника, занятого в сельском хозяйстве, прямые затраты труда на единицу продукции и др.); − производственных фондов (фондоотдача, норма прибыли и др.); 176 − денежно-материальных затрат (выход валовой продукции, валового и чистого дохода на 1 рубль затрат, уровень рентабельности и др.); − капитальных вложений (коэффициент эффективности капитальных вложений, минимум приведенных затрат, окупаемость капвложений и др.). При выявлении эффективности систем земледелия должны учитываться и показатели, отражающие динамику плодородия почв (гумус, сток, смыв и др.), а также повышение устойчивости земледелия. Целями инновационных технологий энергоресурсосбережения являются: − увеличение производства конкурентоспособной продукции растениеводства; − снижение затрат на выращивание урожаев, повышение качества продукции и рентабельности производства; − рациональное использование материально-технических и трудовых ресурсов; − сохранение и воспроизводство природных ресурсов. Принципы энергоресурсосберегающего возделывания сельскохозяйственных культур: − оптимальное сочетание факторов жизни растений: света, тепла, воды, пищи и воздуха; − приоритетные воздействия на оптимизацию фактора, находящегося в дефиците; − первоочередное включение в производственно-технологические процессы наиболее дешевых и доступных ресурсов; − охрана окружающей среды, экологическая безопасность производства, рациональное использование ресурсов за счет: системных мер ограничения затратности при гарантированной окупаемости; снижения механических и химических воздействий на почву; биологизации земледелия; − использование современных влагопочвосберегающих машин и механизмов. 177 Направления совершенствования технологий в земледелии. − Адаптивноландшафтная организация территории землепользования, обеспечивающая защиту почв от эрозии, рациональное размещение культур. − Оптимизация структуры посевных площадей, позволяющая осваивать почвозащитные, плодосменные и другие рациональные севообороты. − Увеличение площадей под высокодоходными и эффективными, как предшественники культурами: горохом, озимыми хлебами, яровой пшеницей, горохо-, вико-овсяными смесями, подсолнечником, гречихой, кукурузой на зерно и силос, сахарной свеклой, рапсом, редькой масличной, льном масличным и долгунцом, эспарцетом, люцерной, злаковобобовыми смесями многолетних трав и другими. − Освоение агроприемов, обеспечивающих снижение затрат и повышение урожаев. В их числе: - применение почвозащитной технологии парования почвы, включающей мульчирование соломой, сидератами, обработку гербицидами, минимальную механическую обработку, выравнивание поверхности поля; - совершенствование технологий возделывания гречихи, подсолнечника, при которых эти культуры становятся хорошими предшественниками для яровой пшеницы и других культур; - использование приемов, повышающих жизнеспособность и сохраняющих продуктивность посевов многолетних трав в течение 5-7 лет (агрономический перелог). Подсев бобовых культур на естественных кормовых угодьях; - поверхностная разделка пласта многолетних трав агрегатами ЭРА-П и другими дисковыми орудиями; - химпрополка посевов технических и зерновых культур, обработка семян и посевов биостимуляторами, инсектицидами и фунгицидами; - уборка зерновых культур прямым комбайнированием, косовица в сдвоенные валки; - мульчирование полей соломой, другими растительными остатками; 178 - мелкая ранняя обработка почвы вслед за уборкой на глубину не более 12 см; - предпосевная обработка почвы на глубину заделки семян; - посев комбинированными сеялками-культиваторами, посевными комплексами, прямой посев; - боронование посевов до всходов и по всходам; - локальное внесение минеральных удобрений; - регулирование снеготаяния (в т.ч. с известкованием кислых, почв); - биологизация севооборотов; - залужение малопродуктивных подверженных эрозии земель; - посев высококлассными семенами районированных сортов; - использование широкозахватных комбинированных агрегатов; - накопление и рациональное использование влаги. − Совершенствование земледельческой техники, включая производство комбинированных машин и агрегатов, энергоресурсосберегающих рабочих органов, адаптацию к новым технологиям имеющихся в хозяйствах и приобретаемых машин. В настоящей книге дается описание технологических и организационных приемов энергоресурсосбережения, направленных на оптимизацию условий продуцирования растений, рациональное использование и воспроизводство ресурсного потенциала (включая материально-технические, трудовые, биологические, природно-климатические и почвенные ресурсы). Забегая вперед, заявляем, что в их числе приоритетное значение имеют меры биологизации земледелия и минимализации обработки почвы как менее затратные, почвоохранные и наиболее наукоемкие. При этом мы понимаем такие новые категории, как No till и минимальная обработка почвы, следующим образом: во-первых, нельзя смешивать технологическую систему No till, систему минимальной обработки почвы и «ленивку». «Ленивка» – это когда зяблевый комплекс вообще не проводится, а весенний сев часто ведется в стерню без предпосевной об179 работки. При этом пшеница по пшенице размещается 3-5 лет и более; во-вторых, технология No till базируется на допосевном внесении почвенных гербицидов в период прорастания и всходов сорняков. Через 2-3 недели после внесения гербицидов их активность падает, опасность угнетения проростков и всходов зерновых становится минимальной, производится посев. В районах, где продолжительность периода с суммой активных температур превышает 120 дней, приём работает надежно. В Сибири при 100-105 днях вегетации зерновых запаздывание с посевом ведет к морозобойности зерна, массовому его не вызреванию. Поэтому мы предлагаем отказаться от попыток освоения No till в Сибири (как в американской, так и европейской редакции). Наша редакция следующая: в системе минимальной обработки почвы в Сибири считаем одним из обязательных условий успеха – совмещение посева с предпосевной механической обработкой как традиционными орудиями (КТС-10 плюс СЗП-3,6), так и новой техникой типа ЭРА-П (энергоресурсосберегающий почвообрабатывающий посевной агрегат). В систему минимальной обработки почвы по Сибири мы включаем: − обязательное мульчирование полей соломой; − раннюю мелкую зяблевую обработку почвы; − возделывание яровой пшеницы в двухпольных звеньях многопольных плодосменных севооборотов; − размещение её по предшественнику не более одного года; − грамотный подбор и сочетание культур в севообороте. Раздел 3.2. УПРАВЛЕНИЕ ПЛОДОРОДИЕМ ПОЧВЫ В БИОЗЕМЛЕДЕЛИИ Известно, что урожай формируется в зависимости от состояния почвенного покрова и характера погоды. Практически все воздействия на его уровень осуществляются через воздействия на почвенные режимы. В любой технологии уровень оптимизации водного, воздушного, теплового, светового и пищевого 180 режимов почвы определяет и уровень эффективности продукционного процесса в растениях. Обоснование любой технологии начинается с обоснования приемов управления плодородием почвы. Биотехнологические подходы накладывают свой отпечаток на характер всех почвенных процессов и режимов, поэтому начнем рассмотрение проблем активизации биоресурсов в почве и припочвенном пространстве с оценки состояния и обсуждения приемов управления водным, воздушным, световым, тепловым и пищевым режимами. 3.2.1. Механические свойства почвы и приемы их регулирования Группу агрофизических показателей плодородия, характеризующуюся физико-механическими свойствами почвы, представляют: − гранулометрический (механический) состав; − структура; − строение, сложение. Гранулометрический состав почвы определяется соотношением фракций элементарных почвенных частиц. Гранулометрический состав почвы влияет на воздушный, водный, тепловой и пищевой (через почвенный поглощающий комплекс) режимы почвы, а также на условия, качество и показатели работы сельхозмашин. Регулируется: ярусной вспашкой, уборкой камней, глинованием, пескованием почв. Структура почвы. Структурой почвы называются различные по величине и форме агрегаты, в которые склеены почвенные частицы. Свойство же почвы распадаться (и склеиваться) на агрегаты называется структурностью. Почвенные частицы могут находиться и в раздельном (неагрегатированном) состоянии. Комочки, образовавшиеся из элементарных почвенных частиц, составляют агрегаты первого порядка. В свою очередь, эти агрегаты могут склеиваться в более крупные агрегаты второго порядка и т.д. По размерам комков различают мегаструктуру или глыбистую (комки диаметром более 10 мм), макроструктуру или 181 комковато-зернистую (комки диаметром 10-0,25 мм) и микроструктуру (комки диаметром менее 0,25 мм). Микроструктура подразделяется на грубую (0,25-0,01 мм) и тонкую (комки диаметром меньше 0,01 мм). Эти структуры имеют различный механизм образования и обусловливают разные водно-физические свойства почвы. Исследованиями установлено, что образование водопрочных микроагрегатов осуществляется за счет гуминов, представляющих собой необратимо коагулированные гуминовые кислоты и прочно связанные с минеральной частью почвы. С уменьшением количества гуминов происходит уменьшение прочности микроагрегатов. Это подтверждает увеличение «коэффициента дисперсности» по Н.А. Качинскому старопахотных почв по сравнению с целинными. Макроагрегаты каштановых почв и черноземов в целинном состоянии формируются под влиянием органоминеральных соединений, состоящих из оксидов железа и алюминия и гумусовых веществ. Поэтому тип склеивания этих агрегатов определяется как железисто-гуминовый. Макроагрегаты этих старопахотных почв также формируются под влиянием органоминеральных соединений, однако в значительной степени в склеивании водопрочных агрегатов принимают участие рыхлосвязанные гуминовые кислоты, которые образуются из свежепоступивших органических остатков. Поэтому любая система земледелия и севообороты должны обеспечивать постоянное пополнение запасов органических остатков в почве – источника подвижных форм гуминовых кислот, которые являются важным фактором создания водопрочных агрегатов: − правильный подбор, соотношение и чередование сельскохозяйственных культур; − система обработки почвы, направленная на улучшение ее структуры и строения; − внесение органических и минеральных удобрений, посевы сидеральных культур; − мероприятия по устранению щелочности и кислотности почв, осушению заболоченных земель и др. 182 Строение и сложение почвы. Почва состоит из частичек разного размера и промежутков между ними, называемых порами. Любой объем почвы можно разделить на две части: объем, занятый почвенными частицами (твердая фаза почвы), и общий объем пор. Последний, будучи выражен в процентах ко всему объему почвы, называют общей пористостью почвы. В зависимости от величины почвенных частиц и комков и их взаимного расположения поры имеют разные размеры и формы. С агрономической точки зрения важно соотношение пор двух условных групп: капиллярных, обладающих свойством удерживать воду менисковыми силами, и некапиллярных, где вода не удерживается (движется вниз под действием гравитации) и поры заполняются воздухом. Соотношение объемов, занимаемых твердой фазой почвы и различными видами пор, называется строением корнеобитаемого слоя. Оно определяется гранулометрическим составом почвы, ее агрегатностью и взаимным расположением почвенных частиц и комков, то есть сложением почвы. Различают рыхлое, плотное и очень плотное сложение. Его измеряют показателями плотности почвы. Плотностью (плотностью сложения) называется масса одного кубического сантиметра абсолютно сухой почвы в граммах при ее естественном строении. Рыхлое сложение соответствует плотности до 1,15, плотное – от 1,15 до 1,35, очень плотное – выше 1,35: Чтобы нагляднее представить сложение почвы, представим себе ее твердые частицы в виде шариков одинакового размера. Они могут располагаться двояко: кубически и гексагонально. При кубическом расположении объем пор составляет 47,64% общего объема системы, при гексагональном – только 25,95%. Сложение почвы служит важным показателем, характеризующим ее строение, водно-воздушные свойства и биологическую активность. Разные культурные растения предъявляют неодинаковые требования к плотности почвы. Если многолетние травы мирятся со значительной плотностью, то для картофеля и корнепло183 дов нужны сравнительно рыхлые почвы. Одна и та же культура в различные фазы развития предъявляет неодинаковые требования к плотности почвы. Например, для развития зерновых культур на дерново-подзолистых почвах наилучшие условия создаются при плотности посевного слоя почвы 1,05 г/см3, слоя ниже семян – 1,15-1,20, слоя глубже 12 см – 1,24 г/см3. Регулирование строения и сложения пахотного слоя почвы. Все приемы регулирования можно свести в три группы: первая – приемы, направленные на восстановление и улучшение структуры почвы (рассмотрены выше); вторая – все приемы обработки почвы; третья – использование естественных процессов. Наиболее быстрым и эффективным способом придания пахотному слою или части его оптимального сложения является обработка почвы. Все приемы рыхления увеличивают общую пористость, изменяя взаимное расположение комочков и частиц почвы. Особенно сильно возрастает при рыхлении объем крупных (некапиллярных) пор, что улучшает водно-воздушные свойства, усиливает микробиологическую активность. Однако чрезмерная рыхлость почвы приводит к большим потерям влаги в связи с усилением потерь воды через диффузию пара и в результате усиления газообмена. Рыхлые почвы подвержены эрозии, в них быстро разлагается органическое вещество и легко вымывается нисходящим током воды. В рыхлую почву трудно заделывать семена культур, требующих неглубокой заделки (просо, рапс, люцерна, сахарная свекла, овощные и др. культуры). Поэтому нередко возникает задача изменения сложения почвы в сторону уплотнения ее пахотного слоя. Для этого используют различные катки и другие приёмы. Для создания хорошей структуры, строения и сложения пахотного слоя применяют систему мероприятий, включающую правильные севообороты, разноглубинную обработку почвы, внесение органических и минеральных удобрений, химическую и гидротехническую мелиорации. В результате существенно повышаются плодородие почвы и урожаи сельскохозяйственных культур. 184 3.2.2. Водный режим почвы и его регулирование Земледельцы знакомы со способностью почвы удерживать определенное количество воды, пропускать ее через себя в нижележащие горизонты, поднимать вверх, испарять с поверхности и другими водными свойствами. Совокупность процессов поступления влаги в почву, ее передвижения, расхода из почвы и изменений физического состояния называется водным режимом. Значение воды в жизни растений и почвы. Вода является необходимым условием жизни растений. Она представляет один из элементов плодородия почвы. Потребность растений в воде проявляется с первых дней развития. Процесс набухания предопределяет возможность прорастания семян. Для прорастания семян разных растений требуется воды от 25 до 150% их веса. Из полевых культур больше воды для набухания расходуют семена бобовых растений, масличных культур, сахарной свеклы; наименьшее – семена проса и кукурузы. Хотя общий расход воды для набухания семян невелик, в этот период жизни растения предъявляют высокие требования к влажности почвы, к подвижности воды, так как они не образовали еще корней и впитывают влагу поверхностью семян. В последующие фазы роста расход влаги растениями увеличивается. Влага нужна растениям, прежде всего как источник химических элементов, входящих в состав синтезируемых органических веществ. Она служит средой, в которой растворены питательные вещества растений и происходит ряд биохимических процессов. Вода поддерживает тургор в клетках и растительных тканях. Фотосинтез в растениях идет только при тургорном состоянии клеток и тканей. С потерей воды в растительных тканях усиливается дыхание, что при одновременном ослаблении фотосинтеза приводит к уменьшению запасов углеводов и к гибели растений. Наибольшее количество (свыше 95%) воды расходуется на испарение ее листьями (транспирацию), имеющую важное физиологическое значение: вместе с водой в растении передвигаются питательные вещества, необходимые для синтеза, при испарении идет охлаждение растений. 185 Влажность почвы оказывает решающее влияние на некоторые фазы развития растений, например, на образование узла кущения и вторичных корней у злаков. При низкой влажности почвы в фазу кущения у яровой пшеницы и овса полностью прекращается рост вторичных корней. Кроме прямого влияния на растения вода в почве оказывает косвенное действие, изменяя различные свойства почвы, ее воздушный, тепловой и пищевой режимы. При колебании влажности почвы колеблется активность микроорганизмов и содержание доступных питательных веществ. Влажность почвы оказывает большое влияние на качество полевых работ и на величину тяговых усилий. Основные пути регулирования водного режима в земледелии Если потребность растений в воде обычно от посева до образования урожая возрастает, то запасы влаги в почве, особенно в районах недостаточного увлажнения, от весны к лету уменьшаются. Задача регулирования водного режима состоит в том, чтобы накопить и сохранить влагу в почве на этот период. Первый способ радикального регулирования водного режима в засушливых районах – искусственное орошение. При этом урожай зерновых культур возрастает в 2-3 раза и более, кормовых – в 4-6 раз. Второй способ – создание полезащитных, водоохранных и других лесных насаждений, искусственных водоемов, лиманов. Третий – применение агротехнических приемов, способствующих накоплению, сохранению и рациональному расходованию влаги. К ним относятся: обработка почвы, обеспечивающая улучшение ее водно-физических свойств; приемы мульчирования, снегозадержания всеми средствами; приемы регулирования снеготаяния и стока (агротехнические, мелиоративные); уничтожение сорняков; подбор культур, сортов, сроков и способов сева; сочетание культур в севообороте; внесение удобрений и обеспечение растений другими условиями жизни. 186 3.2.3. Воздушный режим почвы и биоземледелие Почвенный воздух является фактором жизни сельскохозяйственных растений. В нем содержатся главнейшие элементы питания растений и биологической деятельности почвы – кислород, углерод и азот. Следовательно, почвенный воздух является материальным источником питания растений. Он разделяет эту функцию с жидкой и твердой частями почвы. От состояния воздушного режима почвы зависят характер и степень развития ее плодородия, физико-химических и биологических процессов. О значении в жизни почв углерода, кислорода и азота Углекислота. Особенно большое значение в жизни почвы и растений имеют процессы миграции и превращений углекислоты, которыми определяются направление и характер развития почвы, ее окультуривание. Все формы углекислоты в почве (поглощенная, растворенная, углекислота бикарбонатов и карбонатов и углекислота, выделяемая растениями, микроорганизмами и другими существами) находятся в легко меняющейся, закономерно увязанной системе, на которую действуют и парциальное давление газов, и разные биологические агенты, и ход всех других процессов в почве. Почвенный воздух является главным источником углекислоты, необходимой растениям для синтеза органического вещества. По разным данным, от 38 до 90% потребленной растениями углекислоты приходится на долю почвенного воздуха. Кислород. Значение почвенного кислорода в жизни растений и почвы многосторонне. Он поглощается корнями растений при дыхании, используется микроорганизмами и активно участвует в химических реакциях окисления. В почву при газообмене кислород поступает с осадками, будучи растворенным в дождевой воде, путем диффузии из приземного слоя атмосферы, а также по воздухоносным тканям растений. Значительная часть кислорода в почве находится в поглощенном состоянии. Азот. В газообразной части почвы, кроме углекислоты и кислорода, содержатся азот и водяные пары, которые также непрерывно участвуют в круговороте веществ, мигрируя по всем трем фазам почвы. Газообразный азот воздуха в почве при уча187 стии почвенных и клубеньковых бактерий фиксируется в различные органические вещества, при минерализации которых образуются нитраты, нитриты и аммиак, а при денитрификации азот превращается в газообразную форму. Состав почвенного и атмосферного воздуха. Агротехническое значение газообмена. Почвенный и атмосферный воздух составляют равновесную динамическую систему, которая регулируется законами физики, химии и биологии, стремясь сохранять устойчивое равновесие. Однако почвенный воздух изменяет свой состав больше, чем атмосферный. Причины – жизнедеятельность растений и микроорганизмов. Известно, что корни растений выделяют углекислый газ в течение всей вегетации. При аэробном разложении отмерших корней, дернины, других растительных остатков, органических удобрений, гумуса и других органических веществ также выделяется углекислый газ. Одновременно с увеличением в почвенном воздухе углекислого газа идет непрерывное уменьшение количества кислорода, который потребляется корнями растений, аэробными микробами и другими живыми существами в почве. Содержание кислорода в разных типах почвы может снижаться до 2-3%, а количество углекислоты достигает 10% и более (особенно на торфяных почвах). Сухой атмосферный воздух содержит азота 78,23%, кислорода – 20,81, углекислого газа – 0,03, аргона – 0,90, остальных газов – водорода, гелия, хлора, метана и пр. – около 0,03%. Различия по составу атмосферного и почвенного воздуха служат показателем качества почвы и способов ее возделывания. Так, высокая концентрация углекислого газа в почве токсична для корней растений. При ней снижается жизнедеятельность большинства аэробных микроорганизмов. Лишь некоторые луговые травы мирятся с концентрацией углекислого газа выше 3-5%. Для большинства же культур такая концентрация токсична. Концентрация углекислоты в приземном воздухе около 1% наиболее благоприятна для многих культур, поэтому выделяющийся из почвы углекислый газ дважды играет полезную роль. Динамика его образования и выделения из почвы легко поддается управлению агротехническими средствами. Средняя по плодородию почва за один час выделяет около 4-6 кг углеки188 слого газа с 1 га, хорошо окультуренная – до 10 кг, а, например, 1 га овса за это же время потребляет 10-12 кг. При отсутствии газообмена концентрация углекислоты в почве удваивается через каждые 1,5 ч, а кислород полностью расходуется в течение двух суток. Факторы газообмена и динамика воздушного режима. Главными факторами газообмена в почве являются те природные силы и процессы, при которых почвенный воздух выделяется из почвы, а атмосферный входит в нее. К числу таких факторов относятся: 1) постоянно действующие – колебание температуры, изменение барометрического давления атмосферы и диффузия газов; 2) действующие с перерывами, спорадически – промывание почвы водой, поступающей при осадках и поливах, выдувание почвенного воздуха ветром и оседание почвы. Колебание температуры почвы. Днем при нагревании почвы нагревается и почвенный воздух, объем его увеличивается, поэтому часть его выходит из почвы наружу. Ночью же при отдаче почвой тепла почвенный воздух сжимается, вследствие чего освобождающиеся поры заполняются свежим атмосферным воздухом. Масштаб этого процесса, повторяющегося каждые сутки, определяется амплитудой колебания температуры и коэффициентом расширения газов. При средних колебаниях температуры в 10 градусов суточный газообмен составляет 12% объема, занятого почвенным воздухом, и, следовательно, за 8 дней происходит полный газообмен. Роль процесса диффузии газов в почве оценивается учеными по-разному. Одни ей придают первостепенное значение, другие считают, что диффузия имеет ничтожно малый объем. Изменения атмосферного давления – важный фактор газообмена. Из метеорологии известно, что атмосферное барометрическое давление в почве точно повторяет давление в воздухе. При уменьшении барометрического давления почвенный воздух выходит наружу, и, наоборот, когда давление повышается, он поступает в почву. Промывание почвы водой. При поступлении воды почвенный воздух вытесняется, затем по мере ее расхода пополняется за счет атмосферного. Кроме того, дождевая вода содержит больше кислорода и меньше углекислоты, чем почвенный рас189 твор. Однако в годовом балансе масштаб газообмена под влиянием осадков не имеет решающего значения. Ветер в газообмене играет еще меньшую роль, чем вода. Также слабо влияние на газообмен оседания почвы после ее обработки. При оседании почвы непрерывно уменьшается ее скважность, свободное пространство для размещения воздуха все время уменьшается, а если на поверхности образуется корка, то беспрепятственное движение воздуха будет нарушено. Важнейшая характеристика воздушного режима в почве – ее воздухоемкость, т.е. способность почвы удерживать в себе воздух. Зависит она от объема некапиллярных пор. В пахотных почвах этот объем колеблется от 8 до 36%, оптимум – 13-15%. Почвы с низкой воздухоемкостью и слабым газообменом нуждаются в особенно тщательных уходах. К таким почвам, в первую очередь, относятся бесструктурные тяжелые глинистые подзолы и солонцы. На структурных почвах при хорошем строении пахотного слоя обеспечивается достаточно быстрый газообмен. В уплотненных почвах с тонкими капиллярными промежутками воздух и вода являются антагонистами. Отрицательная роль антагонизма воздуха и воды устраняется только при создании благоприятного строения пахотного слоя. Все приемы регулирования водного режима одновременно служат поддержанию в почве оптимального воздушного режима. 3.2.4. Тепловые свойства и тепловой режим почвы Роль тепла в жизни растений и почв. Для роста и развития растений необходимы определенные тепловые условия. Интенсивность важнейших физиологических процессов – фотосинтеза, дыхания, транспирации – зависит от температуры растения и окружающего воздуха. Повышение температуры до определенной величины (оптимума) способствует активизации указанных процессов, при дальнейшем увеличении этого фактора нормальная жизнедеятельность растений нарушается: синтез ослабляется, дыхание усиливается, неустойчивые соединения распадаются, а если температура еще больше повышается, происходят необратимые нарушения обмена веществ, приводящие к гибели растения. 190 Для каждого вида растений необходимы свои оптимумы тепла, меняющиеся по фазам. Так, оптимальная температура для прорастания семян: рожь, пшеница, ячмень, овес, гречиха, рапс, вика, горох – 25-30; минимальная, соответственно, – 1-2; кукуруза, просо, могар, суданская трава, соя, подсолнечник – 31-45; минимальная, соответственно, – 8-10. Температура оказывает непосредственное влияние на формирование тех органов растений, ради которых они возделываются, например, клубней у картофеля, корней у корнеплодов, луковицы у лука. Знание отношения растений к теплу позволяет правильно районировать растениеводческие отрасли – лучше размещать сельскохозяйственные культуры по площади в хозяйстве, правильно устанавливать сроки их посева, своевременно принимать необходимые меры регулирования температуры почвы. Не меньшее значение имеют тепловые условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, с которыми связаны процессы образования доступных растениям форм питательных веществ, связывание атмосферного азота клубеньковыми и свободноживущими бактериями, а также жизнедеятельность бактерий и грибов, вызывающих болезни растений. Оптимальные температуры для микроорганизмов в основном совпадают с их значениями для культурных растений. Большая часть почвенных микроорганизмов развивается лучше при температурах от 10 до 40 градусов. Некоторые из них могут развиваться даже при нуле градусов. Верхний предел находится около 65-70 градусов Цельсия. В случаях различного отношения к теплу растений и почвенных микроорганизмов могут возникать нарушения в питании растений, как, например, азотное голодание озимых культур ранней весной вследствие слабой жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий. Кроме прямого действия на жизнедеятельность растений и микроорганизмов температурный режим почвы оказывает разнообразное влияние, воздействуя на водно-воздушный и пищевой режимы. 191 Влияние тепла на водно-воздушный и пищевой режимы почвы. Тепловой режим почвы взаимосвязан с водным, воздушным и пищевым режимами. Эти связи весьма многосторонни. Так, повышение температуры почвы изменяет вязкость и поверхностное натяжение, в результате чего увеличивается подвижность воды. При резком понижении температуры ночью происходит конденсация водяных паров. Колебания температуры оказывают существенное влияние на состав почвенного воздуха и газообмен. Резкая смена температуры значительно изменяет физико-химические свойства почвы. При пониженных температурах корни растения меньше усваивают азота, фосфора и калия. При промораживании почвы она становится менее связной, в ней повышается проницаемость для воды и воздуха. Повышение активности микроорганизмов в благоприятных тепловых условиях способствует ускоренному разложению органического вещества и образованию доступных для растений форм питательных веществ. Приемы регулирования теплового режима. В северных районах задача регулирования теплового режима почвы и приземного слоя воздуха сводится к увеличению притока тепла в почву и сохранению его в ней. Важной задачей почти во всех районах является предупреждение заморозков. В южных районах наряду с этими задачами нередко возникает необходимость ослабить вредное влияние перегрева почвы и растений, вызывающего бесполезный расход большого количества влаги. Приемы регулирования теплового режима можно условно разделить на три группы: 1) лучшее использование основных и дополнительных источников тепла; 2) сохранение и уменьшение расхода почвой тепла; 3) устранение перегрева почвы. Для более полного использования солнечной радиации в северных районах важное значение имеет правильное размещение возделываемых растений по элементам рельефа. Более теплолюбивые культуры следует располагать на плато и склонах южной экспозиции, а холодостойкие – в низинах и на северных склонах. С этой же целью применяют гребневые и грядовые способы возделывания сельскохозяйственных культур. Гребни и гряды лучше прогреваются, легче освобождаются от излишней воды. Разница в температуре почвы с гребнистой и ровной по192 верхностью достигает 5°С на глубине 5 см и 2,5°С на глубине 10 см. Хотя в ночное время гребни и гряды отдают тепла больше, чем ровная поверхность, все же тепловой баланс в сумме складывается положительный, более благоприятный за счет дневного лучшего прогрева. Поступление тепловой энергии солнца может быть увеличено обработкой почвы и регулированием водно-воздушного режима. Вспаханная почва аккумулирует больше тепла, чем необработанная. В овощеводстве, а также при выращивании ценных технических культур для увеличения прихода тепла в почву применяют мульчирование почвы темноцветной бумагой, перегноем, торфом и другими материалами. Эти средства обеспечивают в ясные дни повышение температуры почвы на глубине 5-10 см на 8-10°С и даже 12°С. В районах с коротким теплым периодом и недостатком солнечной радиации пользуются дополнительными средствами обогрева почвы. Таким средством может служить органическое удобрение. При полном разложении 1 т навоза освобождается до 3-4 млн калорий тепла. Закладка больших количеств навоза в парники и гряды – распространенное в овощеводстве средство обогрева почвы. В орошаемом земледелии в качестве дополнительного источника тепла используют поливную воду, имеющую более высокую температуру, чем почва. В хозяйствах, расположенных вблизи промышленных предприятий или около природных источников термальных вод, могут развиваться овощеводство, бахчеводство и производство плодово-ягодной продукции на подпочвенном обогреве этими водами. В защищенном грунте для обогрева могут применяться также электричество, пар и различные виды биотоплива. В открытом грунте для уменьшения расхода тепла из почвы проводят снегозадержание. Благодаря низкой теплопроводности снежный покров хорошо сохраняет в почве тепло и защищает ее от охлаждения. Температура почвы сильно зависит от толщины снежного покрова. Так, по наблюдениям в Омской области, температура на поверхности почвы под слоем снега в 60 см повысилась на 5°С по сравнению с почвой, находящейся 193 под слоем снега в 20 см. Температура поверхности почвы под снегом характеризуется минимальной амплитудой колебаний. Снежный покров имеет особенно важное значение для перезимовки озимых культур и многолетних трав, а также плодово-ягодных насаждений. Озимые культуры благополучно перезимовывают при неглубоком промерзании почвы и при температуре на ее поверхности не ниже минус 10°С и не выше минус 5°С. Такие условия создаются при высоте снежного покрова в европейской части России от 20 (на юге) до 70 (на севере), а в Сибири – от 40 до 100 см. В ночное время ранней весной, летом и осенью почва вследствие большой потери тепла переохлаждается, и всходы посевов могут пострадать. Для уменьшения потерь тепла в эти периоды применяют мульчирование почвы почвой. Специальными мерами по предотвращению вреда от заморозков являются дымовые завесы. Дым, водяные пары в приземном слое воздуха предохраняют почву от лучеиспускания и переохлаждения. Для предупреждения перегрева почвы применяют различные приемы затенения почвы и посевов, а также мульчирование белыми материалами, усиливающими отражение солнечной радиации. Поливы посевов, особенно дождевание, способствуют охлаждению почвы и увеличивают потери тепла на испарение. Важное комплексное влияние на тепловой режим оказывают полезащитные лесонасаждения. Положительное влияние на тепловой режим оказывают также мероприятия по улучшению физических свойств почвы. Структурные почвы хорошего строения обладают наиболее благоприятными тепловыми свойствами, сравнительно мало испаряют воды, хорошо прогреваются и сохраняют тепло в глубоких слоях. 3.2.5. Управление режимом освещенности растений Неисчерпаемость источника света – Солнца и неизмеримо большое количество световой энергии, посылаемой Солнцем на Землю, создают впечатление, что растения не испытывают недостатка в этом факторе. Однако это далеко не так. Знание основных закономерностей поступления тепла и света от Солнца 194 на Землю и основных особенностей отношения разных видов растений к свету позволяет определять и осуществлять многие меры по оптимизации режима освещенности растений. Отношение растений к свету. Научные исследования по фотосинтезу свидетельствуют о неодинаковой реакции растений на продолжительность освещения, состав и напряжение света. Установлены оптимум напряжения освещения в пределах 400010000 люксов (с отклонениями для различных растений) и вредоносность чересчур яркого освещения (при ярком солнечном дне напряжение достигает 60000 люксов). Новейшими исследованиями установлено, что наиболее благоприятный для многих растений режим освещения такой, при котором кроме смены дня и ночи (фотопериодизм), имеет место чередование более яркой освещенности с менее яркой. При этом средняя продолжительность каждой фазы для многих растений находится в пределах 25-50 мин. Кроме влияния состава, яркости и продолжительности света на фотосинтез, солнечный свет оказывает воздействие и на другие различные физиологические процессы растительного организма: прорастание семян, залегание узла кущения, характер кущения и т.д. Например, существенную роль свет играет при образовании узла кущения злаков. Прорастающее на некоторой глубине в почве семя злаков образует первичную корневую систему и первичный стебель, который направляется к поверхности почвы. На некотором расстоянии от семени на первичном стебельке закладывается узел кущения, из которого начинает развиваться вторичная корневая система при постепенном отмирании первичной системы. Глубина залегания узла кущения играет очень важную роль во всей последующей жизни растений. Задача агротехники заключается в том, чтобы содействовать закладке узла кущения на необходимой глубине. Глубиной заделки семян нельзя полностью регулировать глубину закладки узла кущения. При глубокой заделке семян удлиняется лишь первичный стебелек (между семенем и узлом кущения). Исследованиями доказано, что решающую роль в глубине закладки узла кущения играет свет. Рост первичного стебелька происходит лишь в темноте, на свету же узел кущения образуется сразу около самого семе195 ни. Первичный стебелек растет до тех пор, пока свет не проникнет к ростку, после чего сразу же закладывается узел кущения. Чтобы узел кущения образовался на сравнительно большой глубине, можно, например, семена посеять в открытую борозду любой глубины, слегка прикрыв их землей. После того, как семена прорастут и первичный стебелек после действия на него света заложит узел кущения, борозду можно закрыть, проведя боронование по всходам. Подобное же влияние свет оказывает на прорастание картофеля. При прорастании клубней в темноте получаются длинные ростки, затрудняющие использование такого посадочного материала. При прорастании на свету ростки получаются толстыми, короткими. Пророщенный на свету картофель быстрее развивается и созревает. Уходом за посадками картофеля до всходов и после них можно регулировать длину столонов, располагая их на нужной при данных условиях глубине. Не менее важную роль играет свет в процессе кущения, обусловливая длину междоузлий, особенно первых, от прочности которых зависит устойчивость посевов к полеганию. При хорошем освещении растений при кущении образуются короткие, прочные первые междоузлия, хорошо противостоящие внешним влияниям (ветру, дождю и пр.). Затенение всходов (например, при густом посеве) способствует разрастанию и удлинению первых междоузлии, которые слабо противостоят полеганию. Так, загущение посевов при хорошей обеспеченности растений земными факторами жизни из-за недоосвещенности кущения ведет к полеганию. В этом случае надо снижать норму высева. При возделывании льна на волокно, наоборот, требуются загущенный посев и пасмурная дождливая весна, чтобы стебель рос в длину. При возделывании же льна масличного требуются редкий посев и ясная погода, чтобы образовались короткостебельные и многокоробочные растения. Приведенных примеров достаточно для того, чтобы проиллюстрировать многообразную роль света в жизни растений и необходимость ее учета в агротехнике. Особенности солнечного освещения растений. Солнце – огромнейшее светило. Поперечник Солнца в 109 раз больше по196 перечника Земли (поперечник Земли немного больше 12 тыс. км, а Солнца – почти 1 млн 400 тыс. км). Если для изображения Земли взять горошину, то тогда Солнце на этом фоне будет выглядеть шаром с диаметром около одного метра. Если в центре этого шара – Солнца – разместить горошину – Землю, то орбита Луны окажется внутри этого шара примерно на половине радиуса Солнца. Расстояние от Солнца до Земли равно 107 диаметрам Солнца. По массе Солнце в 330 тыс. раз больше Земли, по плотности – в 4 раза меньше, а по объему – превышает Землю в 1 млн 300 тыс. раз. Долго наблюдая солнечные пятна, астрономы заметили, что количество их то увеличивается, то уменьшается. Причем, установлена периодичность в 11 лет. 11 лет – это время, в течение которого плоскости орбит Земли и Солнца повторяются. Кроме того, установлена 18-летняя периодичность солнечной активности. Изменения солнечной активности вызывают многие изменения в погоде и биологической жизни на Земле. Установлена связь магнитных бурь, северных сияний, частоты и силы больших гроз, чередования дождливых и засушливых лет, эпидемий и эпизоотий и других явлений с солнечной активностью. Кроме солнечной активности в космосе много и других сил, ритмически воздействующих на биологические процессы и погоду на Земле. Так, в солнечной системе необходимо назвать ритмы, влияющие на земные процессы, связанные с движением планет: 12-летняя и полная 60-летняя цикличность. Активное участие в формировании погоды на Земле принимает 28-дневная лунная цикличность. Много других ритмов в космосе, но названные наиболее активно участвуют в формировании магнитной активности на Земле, активности многих биологических процессов и погоды. Их знание и учет в работе позволяют повысить коэффициент использования ФАР, оптимизировать другие условия жизни растений. Так, знание названных закономерностей светового режима позволяет совершенствовать: − географическое распределение культур, возделывание их по времени года, в соответствии с оптимумом инсоляции по197 лей – подбор культур с наибольшим коэффициентом усвоения солнечной энергии; − весьма существенной мерой является применение смешанных, промежуточных, подсевных посевов для улавливания энергии, не используемой основной культурой; − сочетание культур в севообороте и его корректировку по годам периодов, изменение технологии обработки почвы, агротехники возделывания культур (выбор сроков сева, ширина междурядий, направление рядов и др.). 3.2.6. Агрохимические факторы плодородия почвы и приемы управления минеральным питанием растений К этой группе факторов относятся: поглотительная способность почвы, реакция почвенного раствора, наличие в почве питательных веществ. Детальное рассмотрение способов их регулирования входит в задачу агрохимии. Здесь же мы рассмотрим их связь с биологическими и агрофизическими показателями плодородия почвы, а также агротехнические приемы их регулирования, улучшения. Роль почвенного поглощающего комплекса. Д.Н. Прянишников под поглотительной способностью почвы понимал близкие по своей природе процессы: физического, физикохимического и химического поглощения. Физическое и физико-химическое поглощение определяется взаимодействием между твердой фазой почвы и веществами, находящимися в почвенном растворе, то есть молекулярной и обменной адсорбцией. Способность к такому взаимодействию ярко выражена у мелких почвенных частиц. Совокупность мелкодисперсных почвенных частиц (органических и минеральных), являющихся носителями обменной поглотительной способности, К.К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом. Величина и химический состав коллоидной части почвы определяют емкость поглощения, то есть общее количество поглощенных катионов, способных к обмену. Емкость поглощения является важной характеристикой почвы. Хорошо окультурен198 ные почвы имеют достаточно высокую емкость, выражаемую десятками миллиграмм-эквивалентов на 100 г почвы. У почв с малым содержанием мелкодисперсных частиц емкость поглощения обычно менее 10 миллиграмм-эквивалентов. Показатель емкости поглощения тесно связан с содержанием в почве органического вещества, с гранулометрическим и минералогическим составом почвы. Почвы с достаточной емкостью могут больше содержать в поглощенном состоянии нужных для растения питательных веществ, поступление которых в почвенный раствор можно регулировать, вызывая те или иные обменные реакции. О степени окультуренности почвы дает представление также состав поглощенных катионов. Хорошо окультуренные почвы больше содержат кальция и магния и меньше одновалентных катионов, а также водорода и алюминия. Если вся емкость поглощения заполнена кальцием и магнием, то почвенные коллоиды будут коагулированы, что приводит почву в микроагрегатное состояние. В то же время коагуляция способствует сохранению и накоплению коллоидов и увеличению емкости поглощения. Насыщение почвенного поглощающего комплекса одновалентными катионами, особенно натрием, вызывает диспергирование коллоидов, разрушение агрегатов, ухудшение строения пахотного слоя и других физических свойств почвы. Если в почвенном поглощающем комплексе много ионов водорода и алюминия, повышается кислотность почвы и постепенно разрушается минеральная часть комплекса. Замена поглощенного кальция водородом снижает емкость поглощения и ведет к разрушению структуры почвы. Реакция почвенного раствора является очень важным показателем плодородия и степени окультуренности почвы. Она определяется концентрацией находящихся в растворе ионов водорода и гидроксила. Большая часть культурных растений может произрастать лишь при реакции почвенного раствора, близкой к нейтральной. Значительное отклонение концентрации водородного иона в ту или другую сторону резко ухудшает условия жизни растений и почвенных организмов. Лишь некоторые растения (например, гречиха, люпин, картофель, рис, брюква) 199 мирятся с реакцией среды в почве ниже рН 5. Растения особенно чувствительны к кислой реакции в первый период после прорастания. Под влиянием сильнокислой реакции у люцерны и тимофеевки задерживается превращение моносахаридов в сахарозу, что тормозит процесс фотосинтеза и ослабляет синтез белковых веществ. Непосредственный вред кислой реакции на растения проявляется также в изменении реакции клеточного сока и торможении биохимических процессов. Кислая реакция препятствует развитию ряда полезных микроорганизмов, особенно аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий и азотобактера. В кислой реакции развивают деятельность преимущественно грибы и некоторые бактерии, выделяющие ядовитые для растений продукты жизнедеятельности. В связи с этим в кислых почвах резко ослабляется фиксация атмосферного азота, задерживается процесс нитрификации, образуются закисные соединения азота, подвижные формы алюминия и марганца и других элементов с токсическими свойствами. Не менее вредна для растений и щелочная реакция почвенного раствора, которая вызывается повышенным содержанием (концентрацией) гидроксильных ионов. Изменение реакции рН выше 8 вредно отражается на развитии большей части культурных растений, вызывая различные нарушения нормальной жизнедеятельности (задержка синтеза белка, роста корней и др.). В почве со щелочной реакцией появляются растворимые соединения алюминия, активно развиваются денитрифицирующие бактерии, актиномицеты, возбудители некоторых болезней (парша картофеля). Наличие в почве и доступность питательных веществ. Чтобы управлять пищевым режимом в почве, необходимо, прежде всего, иметь представление о содержании отдельных элементов в урожае. В растениях могут быть почти все химические элементы, которые встречаются в почве, но среди них семь элементов являются главными: углерод – 42,1%, кислород – 37,9, водород – 5,5, азот – 4,3, сера – 0,3, фосфор – 0,1, магний – 0,3%. Остальные элементы необходимы для нормального обмена веществ и составляют: калий – 5,5% массы растений, кальций – 0,6, железо – 0,03, марганец – 0,01, бор – 0,001, медь – 0,001, цинк – 0,002, молибден – 0,0002%. 200 При недостатке любого из этих элементов нарушается жизнь растения, снижается урожай или гибнут посевы. Вынос элементов пищи растениями зависит от культуры, сорта, величины урожая, уровня агротехники, от свойств почвы и других причин. Представление о выносе по культурам можно составить по следующим данным (кг на 1 т продукции): Азот Фосфор Калий пшеница яровая – зерно 48 13 18 горох – зерно 66 16 20 лен-долгунец – семена 106 53 93 конопля – волокно 200 62 100 сахарная свекла – корни 5,9 1,8 7,5 картофель – клубни 6,2 2,0 14,5 Потребность растений в элементах пищи изменяется в течение периода вегетации. Нарушение пищевого режима в разные фазы жизни растений сильно отражается на величине урожая и его качестве. Ежегодный вынос урожаями отдельных элементов пищи растений покрывается из почвенных запасов. Общие же запасы питательных веществ в почве значительно больше по сравнению с выносом их в одном урожае. Например, различные почвы содержат в пахотном слое следующее количество фосфора (кг на 1 га): бедные (фосфора менее 0,1%) – около 3000 кг, средние (фосфора от 0,1 до 0,15) – до 4500 кг, богатые (от 0,15 до 0,25) – до 7500 кг, очень богатые (больше 0,25%) – больше 7500 кг. Валовое содержание азота и калия значительно превышает приведенные цифры. Таким образом, даже в самой бедной почве содержится столько питательных веществ, что их вполне достаточно для получения нормальных урожаев весьма требовательных культур в течение 50-100 лет и более. Эти валовые запасы можно значительно увеличить, используя нижележащие слои почвы при их окультуривании. Однако при таких больших запасах питательных элементов растения нередко значительно увеличивают урожай, если в почву вносят 25-50 кг на 1 га удобрений. Объясняется это тем, что растения используют только легкоподвижные питательные 201 вещества, а в почвах преобладают малоподвижные, недоступные растениям формы. Создание условий, при которых возможен перевод питательных веществ почвы в усвояемое растениями состояние, составляет коренную задачу земледелия. Чтобы успешно решать эту задачу, надо хорошо знать круговорот питательных веществ. Круговорот веществ в земледелии не замкнут: некоторые элементы, освобождающиеся при разложении отмерших растительных остатков, выпадают из круговорота при передвижении их в недосягаемую для растений зону. Из хозяйственного круговорота исключается и та часть питательных элементов, которая содержится в урожае, вывозимом с поля. Эти "отчуждаемые" питательные вещества должны возмещаться из запасов почвы или из атмосферы (азот) или вноситься с удобрениями. Рассмотрим отдельные моменты круговорота питательных веществ на примере динамики азота. Д.Н. Прянишников, рекомендуя систему мероприятий для повышения урожаев, выдвигал на первое место значение азота в земледелии. Главный путь поступления азота из атмосферы в почву связан с биологической деятельностью микроорганизмов и растений. Частично азот поступает с осадками, которые содержат небольшое количество аммиака и окислов азота. Аммиак попадает в атмосферу с продуктами горения, окислы образуются при электроразрядах в высоких слоях атмосферы. Всего за год с осадками поступает в почву от 3 до 16 кг на 1 га азота. Большое значение в накоплении азота в почве имеет деятельность двух групп микроорганизмов: свободноживущих в почве и симбиотических, живущих, преимущественно, на корнях бобовых. Из группы свободноживущих наиболее изучен анаэроб Клостридиум пастерианум и аэроб Азотобактер. При благоприятных условиях азотобактер может полностью возместить вынос азота урожаями (50 кг/га). Такими условиями для него являются хорошо аэрированные с высоким содержанием фосфора и кальция почвы. Азотобактер требователен к теплу: границы – от 9 до 35°С, оптимум – 28°С. Молибден усиливает азотфиксацию азотобактером в 10-30 раз. Азотобактер активен на каштановых почвах, солонцах и орошаемых землях. Достаточно акти202 вен на черноземах, а на подзолистых почвах без известкования и внесения фосфорных удобрении, а также унавоживания развивается слабо. Особенно хорошо азотобактер развивается в ризосфере многих сельскохозяйственных культур, используя корневые выделения. Кроме азотобактера, в почвах имеются и другие свободноживущие аэробные фиксаторы азота, которые изучены существенно меньше. Наряду со свободноживущими фиксаторами азота большое значение для земледелия имеет деятельность симбиотических микроорганизмов, которые в ассоциации (сожительстве) клубеньковых бактерий и бобовых культур во много раз сильнее влияют на баланс азота. Количество азота, которое могут связать клубеньковые бактерии, зависит от вида бобового растения, его агротехники, особенностей почвы и ее окультуренности, погодных и других условий. Обычно оно превышает то количество азота, которое уносит один урожай зерновых хлебов, и может достигать 250-300 кг/га. Если для стимуляции деятельности азотобактера промышленность выпускает препарат «Азотобактерин», то для стимуляции клубеньковых бактерий в производстве используется нитрагин. Активность клубеньковых бактерий резко повышается на известкованных почвах, а также при внесении под бобовые культуры фосфорных и органических удобрений. Основным источником азота в почве является органическое вещество. Азот из него не может непосредственно усваиваться растениями и подвергается сложным биохимическим превращениям под воздействием различных групп микроорганизмов. В этом процессе можно выделить две фазы: аммонификацию и нитрификацию. Количественно эти процессы могут за год давать минерального азота на два-три хороших урожая. Аммонификация. Первым продуктом минерализации органического азота является аммиак. Процесс аммонификации протекает в очень больших интервалах температуры, кислотности, аэрации и т.д. Образующийся аммиак частично адсорбируется почвой и нейтрализует почвенные кислоты, часть его окисляется в нитраты и нитриты (нитрификация), часть снова используется микроорганизмами и растениями, обращаясь в белковую 203 плазму их тела, и, наконец, какая-то его часть при определенных условиях реакции среды остается свободной и выделяется в атмосферу. Количество образовавшегося аммиака зависит от соотношения углерода и азота в минерализующемся веществе. Чем ýже это отношение, тем выше эффективность процесса аммонификации. Аналогично влияние гумуса – чем окультуреннее почвы, тем меньше образование аммиака, но оно увеличивается при наступлении холодов и дождей. В почве аммиак в форме катиона аммония энергично поглощается отрицательно заряженными почвенными коллоидами, хотя в целом его доля среди поглощенных катионов незначительна – он вытесняется кальцием, магнием, водородом и натрием. Вступая в поглощающий комплекс, аммиак оказывает на него действие, аналогичное одновалентным катионам (натрий, водород, калий и др.). Он ухудшает физические свойства почвы, повышая ее дисперсность (распыление) и вымывание солей в глубокие горизонты. Вследствие диспергирующей способности аммиака в почве ухудшаются водные свойства (влагоемкость, водопроницаемость), а в связи с этим ухудшается и весь водный режим почвы. Однако при высокой кислотности почвы и недостатке в почвенном растворе кальция аммиак интенсивно поступает в корни растений. Аммиачное питание физиологически равнозначно нитратному, однако концентрация его в тканях растений может повышаться настолько, что вызывать нарушение правильного обмена веществ и приводить к так называемому аммиачному отравлению. Поэтому для правильного питания растений на кислых почвах необходимо применение аммиачных удобрений сочетать с известкованием, фосфоритованием и унавоживанием. Нитрификация – это процесс окисления аммиака. Он совершается в два этапа: 1) окисление аммиака в нитриты или азотистую кислоту нитрозными бактериями; 2) окисление нитритов в нитраты или азотную кислоту нитратными бактериями (нитробактер). Условия, от которых зависит уровень процесса нитрификации в почве следудующие. Первое – оптимальная температу204 ра. Энергично процесс идет при 30-35°С, возможен в диапазоне температур от 5 до 55°С. В течение лета температура постоянно меняется, а вместе с ней изменяется и количество нитратов в почве: при похолодании оно резко уменьшается, а в теплые периоды быстро нарастает. Второе условие – достаточное наличие кислорода в почвенном воздухе. Кислород необходим для окислительных реакций, т.е. процесс нитрификации в почве находится в полной зависимости от ее аэрации (нитрификаторы являются облигатными аэробами). На легких почвах величина нитрификации больше, чем на тяжелых. Чтобы усилить нитрификацию на тяжелых почвах или склонных к заплыванию бесструктурных, необходимо в пахотном слое поддерживать оптимальную рыхлость. В этом случае содержание нитратов может быть быстро увеличено в 10 раз и более. Третье условие успешного развития нитрификации – отсутствие в почве избыточной кислотности. Наиболее интенсивно нитрификация идет при нейтральной и слабощелочной реакции. Поэтому на солонцах и солончаках при хорошей их аэрации нитрификация протекает энергичнее, чем даже на черноземах. На кислых подзолистых почвах этот процесс идет вяло, но он усиливается довольно быстро после известкования. Четвертое условие нитрификации – оптимальная влажность почвы. Средние границы – 40-70% полной влагоемкости. При избыточном увлажнении почвы преобладают анаэробные процессы, в почве накапливается аммиак. На южных структурных почвах, где нет антагонизма между водой и воздухом, нитрификация возможна при более широких интервалах влажности. Динамика нитратов в почве. В производственных условиях нитраты являются основным источником (резервом) азотной пищи, растений. Как отмечалось выше, на первом этапе нитрификации – окисление аммиака – образуются нитриты. В больших количествах они отрицательно действуют на развитие растений. На рыхлых почвах вредных для растений количеств нитритов не бывает вследствие их дальнейшего окисления до азотной кислоты (нитратов). Образующаяся азотная кислота вызывает ряд изменений в почвенных процессах. С повышением количества NO3 в почве 205 увеличивается содержание водорастворимого кальция, одновременно азотная кислота может связываться в почве и с другими основаниями – магнием, калием, марганцем, она также разлагает и почвенные фосфаты, их мобильность повышается и увеличивается усвояемость растениями. При обильном увлажнении почвы нитраты перемещаются с водой в нижние горизонты. Вымыванию нитратов благоприятствует также крупный механический состав почвы. Как правило, нитраты в почве под растениями исчезают или содержатся в незначительных количествах. Большое влияние на превращение нитратов в почве оказывает потребление их микроорганизмами почвы. Биологическое поглощение наблюдается после запашки больших количеств зеленого удобрения, соломистого навоза, соломы. Чтобы сбалансировать почвенный раствор по азоту, вместе с соломой вносят 1-2% от ее массы азотных удобрений. Биологическое поглощение, вымывание и потребление нитратов растениями нельзя отождествлять с денитрификацией, при которой происходит восстановление нитратов микроорганизмами до свободного азота, теряемого почвой. Химическая сторона процесса денитрификации до конца еще не изучена. В производстве для денитрификации создается благоприятная обстановка при сочетании нейтральной реакции почвы с плохой ее аэрацией, это возможно при переизвестковании избыточно увлажненных торфяных или глубокодерновых луговых почв. Динамика фосфора в земледелии. Динамика фосфора значительно отличается от динамики азота. Валовые запасы фосфора только в пахотном слое колеблются от 3 до 7,5 т на 1 га. При этом в гумусовом горизонте фосфора содержится больше, чем в нижележащих слоях и материнской породе. Содержание фосфора сильно связано с окультуренностью почвы. Фосфаты находятся в почве в виде органических и неорганических соединений. Пополнение пахотного слоя идет за счет пополнения органических соединений и внесения удобрений. Органические соединения фосфора составляют от 10 до 50% от валового количества фосфатов и считаются почти недоступными для растений, но принимают участие в их питании после гидролиза. Минеральные фосфаты в почве состоят из многих солей разной доступности растениям. Большинство минеральных со206 единений фосфора, в отличие от минеральных солей азота, нерастворимы в воде. Они могут растворяться при наличии кислотности почвы, кислых выделений корневой системы или кислотообразующих микробиологических процессов, а в почвах с щелочной реакцией – расщепляться путем гидролиза. Азотобактер и нитробактер растворяют труднорастворимые минеральные формы фосфатов благодаря выделениям при разложении органических веществ различных органических и минеральных кислот. Для перевода труднорастворимых и недоступных растениям соединений фосфатов в легкоусвояемые применяют препарат «Фосфоробактерин». Возделываемые культуры являются основным фактором изменения фосфатного режима почвы, они характеризуются различной усвояющей способностью корней в отношении фосфатов. Такие растения, как люпин, горох, донник, клевер второго года жизни, гречиха, горчица в состоянии использовать труднорастворимые фосфаты почвы. Зерновые хлеба, картофель, лен, корнеплоды, хлопчатник используют только легкодоступные фосфаты. Вторые, в севооборотах с культурами первой группы, могут обходиться без фосфорных удобрений. В почве могут проходить и другие процессы – иммобилизация (связывание) легкорастворимой фосфорной кислоты микроорганизмами при усиленном их размножении и синтезе новых клеток. Свободной фосфорной кислоты в почве обычно нет вследствие высокой ее активности. При избыточном увлажнении водорастворимые фосфаты могут промываться за пределы корнеобитаемого слоя. Под влиянием высушивания почвы повышается растворимость фосфорной кислоты. Повышение температуры почвенного раствора действует так же как и высушивание. Приемы механической обработки почвы, особенно вспашка, глубокая культивация, окучивание и др., повышают аэрацию и газообмен почв, усиливают деятельность полезных микроорганизмов, способствуют развитию процессов нитрификации и тем самым оказывают разностороннее влияние на мобилизацию фосфорной кислоты. 207 Динамика других элементов пищевого режима. Значение катионов: калия, кальция, магния и натрия в жизни растений и почв известно. Здесь напомним, что в почвах катионы находятся в четырех основных депо: в составе минеральных веществ и органоминеральных комплексов твердой фазы почвы, в почвенном растворе, в почвенном поглощающем комплексе и в органическом веществе растительных остатков. В растворенном состоянии катионы легко могут быть вымыты из пахотного слоя. Все эти катионы имеют разное значение в минеральном питании растений, в агрономической практике. В агрономических кругах недооценка роли агротехнических приемов управления агрохимическими показателями плодородия почвы пока остается весьма распространенной, особенно это касается вопросов управления пищевым режимом в почве. А ведь удовлетворение потребностей растений в питательных веществах составляет одну из центральных задач земледелия. Все земледельческие приемы регулирования пищевого режима в почве можно разделить по выполняемым задачам на четыре группы: − пополнение почвы питательными веществами; − превращение элементов пищи из недоступной в усвояемую растениями форму; − создание условий для лучшего использования растениями питательных веществ; − борьба с потерями питательных веществ из почвы. Дадим краткую характеристику каждой группе земледельческих приемов. Первая группа – пополнение питательными веществами почвы действительно осуществляется в значительной мере внесением удобрений. Виды удобрений, сроки, способы внесения их под разные культуры на разных почвах изучаются агрохимией. Но такие источники, как фиксация азота атмосферы, изучают микробиология и земледелие. Азотобактер связывает до 50 кг на 1 га азота, клубеньковые бактерии – до 300 кг на 1 га. По другим питательным веществам земледельческие приемы не увеличи- 208 вают их общие запасы, но с помощью растений они перераспределяют их по разным ее слоям. Вторая группа приемов регулирования пищевого режима в почве – превращение недоступных питательных веществ в доступные (в том числе и поступающих с удобрениями), осуществляется приемами агротехники, направленными на регулирование процессов гумификации-минерализации. Органическое вещество в почве гумифицируется и минерализуется с помощью микроорганизмов двух групп: аэробных и анаэробных. Создание или улучшение условий их жизнедеятельности – забота агротехники (обработка почвы, севооборот). Замедление или ускорение процессов нитрификации (во избежание вымывания нитратов или азотного голодания растений) достигается уплотнением или рыхлением почвы. Связать свободные нитраты и аммиачный азот можно посевом промежуточных культур и их запашкой. К третьей группе мероприятий по регулированию пищевого режима в почве относятся приемы, создающие наилучшие условия для использования растениями элементов пищи. Важнейшее из этих условий – это оптимальное соотношение питательных веществ между собой и другими факторами жизни растений, т.е. соблюдение закона совокупного действия факторов жизни растений. Это означает, что, например, при недостатке влаги в почве приемы улучшения влагообеспеченности растений позволят лучше использовать питательные вещества. Здесь большое значение имеют: − приемы придания почве оптимальных физических свойств, благоприятной реакции почвенного раствора; − правильный подбор и сочетание культур и сортов; − выбор сроков, способов и качества сева; − разработка и реализация правильной системы мер по борьбе с сорняками, болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур и другие меры оптимизации условий продукционного процесса. Четвертая группа приемов, регулирования пищевого режима почв – борьба с потерями питательных веществ. Наиболее вредоносные каналы потерь: 1) сорняки, болезни, вредители; 2) 209 с поверхностным и нисходящим стоком в процессе эрозии при разрегулированном водном режиме; в процессе дефляции почв также имеют место потери как органического вещества, так и поглощенных катионов (в первую очередь выдувается мелкозем, а это основа почвенного поглощающего комплекса). Кроме того, азот теряется в результате денитрификации в газообразном состоянии. Таким образом, задачу борьбы с потерями питательных веществ из почвы решают все меры, направленные на регулирование водного режима в почве; борьбу с водной и ветровой эрозией, сорняками, болезнями, вредителями. 3.2.7. Управление биологическими факторами плодородия почвы Несмотря на разнообразие и множество факторов урожая, которые необходимо учитывать в работе по возделыванию сельскохозяйственных культур, большая их часть воздействует на растения через почву. Состояние почв, складывающиеся в почве пищевой, водный, воздушный, тепловой режимы в решающей мере определяют уровень природно-климатического потенциала урожая. Особое, комплексное влияние на плодородие почвы оказывают биологические факторы: состояние почвенной биоты, форма и содержание органического вещества, его минерализация и гумификация, фитосанитарное состояние, засоренность и др. Содержание и состав органического вещества почвы. Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их жизнедеятельности. Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит в биологически активных почвах к образованию сложного сочетания органических веществ, состоящего из малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой; промежуточных продуктов разложения органических и животных остатков (на210 пример, лигнина); собственно гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза, или остаточного происхождения; растворимых органических соединений, которые более или менее быстро минерализуются до простых минеральных соединений (Н2О, СО2 и др.), или участвуют в синтезе собственно гумусовых веществ. Взаимодействие такой сложной смеси органических веществ с минеральной частью почвы – существенная черта почвообразовательного процесса. Органическое вещество, консервирующее энергию солнца в химически связанной форме, – единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее плодородия. Основным источником первичного органического вещества, поступающего в почву под естественной растительностью, являются остатки растений. На пахотных почвах с отчуждением большей части урожаев полевых культур источником органического вещества служат надземные и корневые остатки растений, а также вносимые в почву сидераты, органические удобрения. Агрономическое значение растительных остатков в земледелии особенно велико. Во-первых, они удобряют почву ежегодно после уборки урожая, в то время как все остальные виды органических удобрений вносят в почву периодически. Во-вторых, не требуется дополнительных затрат на их внесение. В-третьих, растительные остатки распределяются в почве наиболее равномерно. В них содержатся все макро- и микроэлементы, необходимые растениям и животным. Полевые растения развивают различную корневую систему по массе, по глубине проникновения, а, следовательно, поразному влияют на плодородие почвы. По количеству органического вещества, оставляемого после уборки, основные полевые культуры можно разделить на три группы. Первую группу составляют многолетние бобовые и злаковые травы, оставляющие в почве наибольшее количество органического вещества. Более сильное действие бобовых многолетних трав на плодородие почвы и урожай последующих культур объясняется их способностью фиксировать атмосферный азот воздуха и накапливать большое количество корневых и пожнивных остатков. Степень положительного влияния многолет211 них трав обусловлена количеством накопленного ими в почве органического вещества и азота. Вторую группу составляют однолетние зерновые и зерновые бобовые культуры сплошного высева. Они оставляют в почве несколько меньше органического вещества, чем многолетние травы, а зерновые бобовые в меньшей степени фиксируют азот воздуха. Но из-за высокого удельного веса в структуре посевов и резкого сокращения отчуждаемой массы в современных технологиях, где солома идет на мульчирование полей, а минимализация обработки почвы способствует активизации процессов гумификации, их роль в балансе органического вещества в почве существенно возрастает. В третью группу следует отнести лен, некоторые пропашные культуры. Они оставляют в почве после уборки наименьшее количество органического вещества. В почве при выращивании растений происходят одновременно два противоположных процесса: синтез, накопление органического вещества, и его разрушение. Интенсивностью обоих процессов, их соотношением определяются конечные результаты, по которым оценивают влияние данной культуры на почву. Если конечный результат положительный, за культурой признаются свойства улучшать плодородие почвы, и наоборот. Между тем на процесс разрушения органического вещества влияют не столько сами культуры, сколько приемы их возделывания, чрезмерные механические обработки. Корни и стерневые остатки растений после отмирания разлагаются в результате деятельности микроорганизмов и фауны почвы. Микрофлора использует органический материал в качестве источника пищи и энергии. На ход и скорость разложения влияют, во-первых, внешние условия среды: влажность, температура, рН почвы, содержание в ней кислорода и питательных веществ и, во-вторых, химический состав растительных остатков. Исключительно важная роль органических веществ в формировании почвы в значительной степени основана на их способности взаимодействовать с минеральной частью почвы. Образующиеся при этом органоминеральные соединения – обязательный комплекс любой почвы. Как установлено модельны212 ми опытами, большое количество органических веществ (спирты, сахара, аминокислоты, протеины, энзимы, простейшие ароматические соединения) взаимодействуют с глинными минералами. Образованию органоминеральных соединений в почве способствует высокая биологическая активность, обеспечивающая поступление в систему реакционноспособных органических веществ. Внесение в почву биологически малодоступных органических веществ, например, торфа, не приводит к образованию органоминеральных соединений. Органоминеральные соединения повышают устойчивость связанного в них органического вещества к микробиологическому расщеплению и тем самым обеспечивают оптимальное состояние всех свойств почвы, находящихся в связи с органическим веществом. Высокая биологическая устойчивость органоминеральных соединений приводит к связыванию и инактивированию глинными минералами ферментов, выделяемых микроорганизмами для разложения органического вещества. Решающая роль гумусовых веществ и их органоминеральных производных в формировании профиля всех типов почв не подлежит сомнению. Особенности образования и режима гумусовых веществ определяют формирование гумусового профиля, характеризующегося высокой сорбционной емкостью. Органические кислоты гумуса способствуют переводу недоступных соединений в доступные. При разложении гумуса выделяются почти все питательные элементы. Помимо аккумуляции в гумусовом горизонте большого количества элементов питания растений, почва приобретает водопрочную структуру, оптимальную порозность, возрастает емкость почвенного поглощающего комплекса, насыщенность основаниями, увеличивается буферная способность почв, улучшаются влагоемкость, связность, структурность, теплоемкость, теплопроводность, аэрация и др. Наряду со специфическими гумусовыми веществами огромную роль в процессах почвообразования играют продукты распада первичного органического вещества. Важнейший фактор динамики органического вещества в пахотных почвах – полевые растения. Роль культурных растений в количественной динамике органического вещества почвы определяется биологическими особенностями полевых культур, 213 системой механической обработки почвы. Если под естественной многолетней растительностью, особенно без отчуждения растительной продукции, в процессе почвообразования в верхних горизонтах почвы аккумулируются углерод, азот и зольные элементы, то под искусственными фитоценозами, представленными, как правило, однолетними растениями, с отчуждением с поля растительной массы и без внесения удобрений баланс углерода, азота и зольных элементов в почве может быть дефицитным. Систематическое внесение органических и минеральных удобрений в севооборотах решающим образом влияет на количественные превращения органического вещества почвы. Однако роль органических и минеральных удобрений в гумусовом балансе, как показывают экспериментальные данные, принципиально различна. Органические удобрения могут как прямо влиять на баланс органического вещества почвы, переходя частично в форму гумусовых веществ почвы (гумификация углерода органических удобрений), так и косвенно. Минеральные удобрения влияют на гумусовый баланс лишь косвенно. С повышением урожая количество оставляемой в поле растительной массы увеличивается, значительная часть питательных веществ урожая возвращается в поле в виде органических остатков. Возможно также затормаживающее действие минеральных удобрений (за счет отрицательного действия на биологическую активность почвы) на процессы минерализации гумуса. Механическая обработка почвы – один из наиболее сильных факторов, обусловливающих отрицательный баланс органического вещества почвы. Разрыхление и свободный доступ кислорода к почвенным агрегатам и неагрегированным элементарным почвенным частицам и, как следствие, бурная микробиологическая деятельность способствуют разложению органического вещества в почве с последующим вымыванием образовавшегося минерального азота или восстановлением его до молекулярного азота. Минимализация обработок замедляет процессы минерализации органического вещества, сдерживает потери гумуса. 214 Почвенная биота. Живые организмы – обязательный компонент почвы. Количество их в хорошо окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 т почвы, а общая масса – до 10 т/га. Основная их часть – микроорганизмы. Доминирующее значение принадлежит растительным микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты). Животные организмы представлены простейшими (жгутиковые, корненожки, инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые). Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных, поступающих в почву. Одна часть органического вещества минерализуется полностью, а продукты минерализации усваиваются растениями, другая же переходит в форму гумусовых веществ и живых тел почвенных организмов. Некоторые микроорганизмы (клубеньковые и свободноживущие азотфиксирующие бактерии) усваивают азот атмосферы и обогащают им почву. Почвенные организмы (особенно фауна) способствуют перемещению веществ по профилю почвы, тщательному перемешиванию органической и минеральной части почвы. Важнейшая функция почвенных организмов – создание прочной комковатой структуры. Последнее в решающей степени определяет водно-воздушный режим почвы, создает условия высокого плодородия. Наконец, почвенные организмы выделяют в процессе жизнедеятельности различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступную для растений форму. В обрабатываемой почве функции почвенных организмов сводятся к поддержанию оптимального питательного режима (частичное закрепление минеральных удобрений с последующим освобождением по мере роста и развития растений), оструктуриванию почвы, устранению неблагоприятных экологических условий в почве. Экологические условия в значительной степени определяют эффективное плодородие почвы, так как в ней существуют тесные многообразные связи между всеми почвенными организмами. Причем вся эта система находится в состоянии непре215 рывно изменяющегося равновесия. Одни группы микроорганизмов предъявляют простые требования к пище, другие – сложные. Между одними группами существуют симбиотические (взаимно полезные) связи, между другими – антибиотические. Микроорганизмы в последнем случае выделяют в почву вещества, подавляющие развитие других микроорганизмов. Практическое значение имеет способность некоторых микроорганизмов оказывать губительное действие на представителей фитопатогенной микрофлоры. Усилить активность желательных микроорганизмов можно путем внесения в почву органического вещества. В этом случае отмечается вспышка в развитии почвенных сапрофитов, которые, в свою очередь, стимулируют развитие микроорганизмов, угнетающих фитопатогенные виды. Нельзя недооценивать роль микроорганизмов в обеспечении состава почвенного раствора, поступающего в растения и непосредственно участвующего в обменных реакциях продуцирования органического вещества в них. Быстро размножаясь и также быстро разлагаясь, микрофлора поставляет в почвенный раствор, а затем и в растения, необходимые элементы минерального питания. Для нормального функционирования почвенных организмов необходимы, прежде всего, энергия и питательные вещества. Для подавляющего большинства микроорганизмов такой источник энергии – органическое вещество почвы. Поэтому активность почвенной микрофлоры главным образом зависит от поступления или наличия в почве органического вещества. Наиболее универсальный показатель деятельности почвенных организмов – продуцирование ими углекислого газа. Поэтому учет объема выделяемого почвой углекислого газа – основной способ определения ее биологической активности. Фитосанитарное состояние почвы. Плодородие в значительной степени определяется фитосанитарным состоянием почвы, т.е. чистотой почвы от сорняков, вредителей, болезнетворных начал, а также токсических веществ, выделяемых растениями, ризосферной микрофлорой и продуктами разложения. Несмотря на то, что явление фитотоксичности было известно давно под названием "почвоутомление", "токсикоз поч216 вы" и другими, научное обоснование оно получило только в последние десятилетия. Фитотоксичность почвы обусловлена накоплением физиологически активных веществ, среди которых присутствуют фенольные соединения, органические кислоты, альдегиды, спирты и др. Совокупность этих веществ получила название колинов, состав и концентрация которых зависят от температуры и влажности почвы, от микроорганизмов и растений. Действие колинов определяется их качественным составом, концентрацией и проявляется на процессах деления, растяжения и дифференциации клеток, дыхании и фотосинтезе, поступлении воды и питательных веществ и других жизненно важных функциях растений. При низких концентрациях фитотоксических веществ в почве обнаруживается стимулирующий эффект, но при увеличении их содержания наступает сильное угнетение роста растений или прорастания семян. Так, в стационарных опытах ТСХА установлено, что водная вытяжка из почвы бессменных посевов озимой пшеницы и ячменя, взятая в начале весенней вегетации, снижала всхожесть семян этих культур более чем на 20% и угнетала рост корневой системы, явилась одной из причин изреженности бессменных посевов. Источник образования и поступления токсических веществ в почве – корневые выделения растений, послеуборочные растительные остатки и продукты метаболизма микроорганизмов. Наиболее интенсивно фитотоксические вещества накапливаются при возделывании на одном месте однородных или близких по биологии культур и при создании в почве анаэробных условий. Когда в структуре посевных площадей преобладают культуры со сходными биологическими особенностями, как, например, зерновые, в почву ежегодно поступает приблизительно одинаковая по количеству и качеству органическая масса в виде корневых выделений и растительных остатков. Это приводит к изменению соотношения основных группировок микробиоценоза, появлению фитотоксических форм, которые поставляют в почву вредные для культурных растений вещества. Так, при разложении растительных остатков зерновых культур в почве обнаружено повышенное содержание фенольных соединений, 217 которые, находясь в зоне семян растений, ингибируют их прорастание. Анаэробные условия способствуют образованию токсических веществ, так как при этом корневые выделения и промежуточные продукты минерализации гумуса превращаются в сильно восстановленные соединения, что обусловливает создание очагов токсичности в почве. Можно полагать также, что в зоне корня некоторых растений избирательно накапливаются некоторые группы микроорганизмов, неблагоприятно действующих на растения. Внесение минеральных и особенно органических удобрений приводит к уменьшению в почве численности фитотоксичных микроорганизмов. Но более сильное влияние на их содержание оказывает бессменное выращивание сельскохозяйственных растений – количество фитотоксичных форм микроорганизмов в почве значительно увеличивается, а при плодосмене резко уменьшается. Раздел 3.3. РАЗВИТИЕ ИДЕЙ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ 3.3.1. Земледелие без плуга (Гюнтер Кант, Германия) Современная интенсификация земледелия даже в развитых странах не выдерживает конкуренцию на фоне альтернативных технологий. Всё возрастающие затраты на техническое перевооружение, удобрения, средства химической защиты растений не окупаются прибавками урожаев, а экологические нагрузки становятся запредельными. В США, Англии, Германии и других развитых странах в последние годы активно ведется поиск новых гибких наукоемких, прорывных технологий. Предшествовала идеологии альтернативного, экологического земледелия и явилась её основой теория Гюнтера Канта о беспахотном земледелии. 218 На основании научных разработок и практического опыта профессор Штутгардского университета Гюнтер Кант обосновал необходимость беспахотного возделывания зерновых. Не имея возможности опубликовать его труды (книга «Земледелие без плуга»), приводим лишь некоторые выводы из его монографии. Профессор Кант считает, что каждую систему земледелия нужно оценивать по параметрам защиты окружающей среды. Ситуации, в которых, по Г. Канту, нужно отказаться от ежегодной вспашки: а) функции плуга не представляются необходимыми. В качестве доказательства этого положения могут служить поля из-под кукурузы на силос, убранные в сухую погоду. После уборки в почве остается значительное количество NPK, поля выровнены, осушены на большую глубину и взрыхлены кукурузой; б) функции плуга можно заменить другими мероприятиями, например: - выравнивание проводить орудиями поверхностной обработки с выравнивающими механизмами; - борьбу с сорняками – поверхностной и химической (при необходимости и целесообразности) обработками, чередованием культур; - разуплотнение – биологическим разрыхлением хороших предшественников, а также воздействием климатических условий (промерзанием почвы); - ослабление действия вредителей и болезней – применением эффективных севооборотов; - мобилизацию минеральных веществ – правильно выработанным севооборотом; - улучшение газообмена – мульчированием поверхностного слоя, сохранением каналов в более глубоких слоях за счет мелкой обработки; в) при эрозионных процессах, потере гумуса, необходимости восстановления почвы; г) при плотности почвы, соответствующей оптимальной для данной культуры; д) в условиях наличия камней в пахотном горизонте; 219 е) в условиях чрезмерно активной мобилизации азота. Количество азота, остающегося от предшественника для последующей культуры, определяется: - погодными условиями в период роста предшественника (вымывание – поглощение); - урожайностью предшественника (вынос) – возможным накоплением азота в результате разложения бобовых; - погодными условиями в период между уборкой предшественника и возделыванием последующей культуры; ж) по экологическим, техническим и экономическим причинам; з) при внесении малых доз минеральных удобрений. Проблема оптимизации питания, водно-воздушного и температурного режимов почвы. Кант считает, что из-за невозможности точного прогноза погодных условий нельзя дать рецепт обработки почвы с целью оптимизации обеспечения семян водой и воздухом для лучшего их прорастания. Во влажную весну для лучшего проникновения кислорода к прорастающим семенам благоприятнее более глубокая обработка почвы под посев, а в сухую весну для хорошего капиллярного подъема воды с целью обеспечения быстрого и равномерного прорастания, напротив, – более плотное ложе. В целом по проблеме оптимизации можно сказать следующее: а) все осадки должны просачиваться, а не стекать с поверхности почвы вследствие ее заплывания (после вспашки). Они не должны застаиваться над уплотненной зоной, созданной фрезой, плоскорезом или плугом на глубине 10 или 25 см в зоне наибольшей доступности для растений; б) газообмен между почвой и атмосферой не должен тормозиться в результате уплотнения поверхности почвы (заплывание). Углекислый газ, выделяющийся из органического удобрения, должен достигать поверхности почвы кратчайшим путем, а не из глубины 20-30 см, как при запашке соломы; в) в зависимости от типа и разновидности почвы, а также климатических условий местообитание может быть слишком холодным или жарким (и сухим). Прогревание холодной почвы можно ускорить ее интенсивным рыхлением весной или с по220 мощью темного мульчирующего покрытия, возникающего на поверхности почвы после прямого посева. Мульчирующее покрытие обладает при этом дополнительным водосохраняющим эффектом; г) вспашка плугом обладает двумя действиями: заделывающим и извлекающим. Известь из почвы может извлекаться при помощи корней растений. На заплывающей глине это имеет место не каждый год, т.к. в большинстве почв перемещение коллоидов происходит довольно медленно. Водорастворимые минеральные вещества не нужно заделывать в почву, а плохо растворимые в воде (Р2О5;) или сильно сорбирующие (К2О) не нужно запахивать ежегодно. Обогащение верхнего горизонта почвы фосфором и калием повышает, кроме того, потребление их всходами. Следовательно, по вышеназванным признакам необходимость ежегодной вспашки отпадает; д) действие обработки на уничтожение и подавление (ослабление) сорняков, поражение вредителей и болезней. Результаты опытов Канта с севооборотами, предшественниками и обработкой почвы на разных опытных станциях и бонитировка различных производственных полей, на которых одна и та же культура возделывалась после разных предшественников подтверждали, что севооборот в Центральной Европе может иметь для подавления сорняков, вредителей и болезней более важное значение, чем обработка почвы. Это относится, прежде всего, к болезням и вредителям. Однако, поскольку при чередовании яровых и озимых зерновых, рапса, кукурузы, корнеплодов или кормовых бобов меняются также срок и частота обработки, не нужно строго разграничивать действие обработки почвы и специфическое влияние культур на подавление сорняков. Тот факт, что в опыте по бессменному возделыванию пшеницы после вспашки и тщательной подготовки семенного ложа через 5 лет было почти в 2 раза больше плодоносящих побегов пырея, чем колосьев пшеницы, а на соседней делянке с чередованием ярового ячменя и пшеницы лишь около 10%, указывает на то, что чередование культур снижает засоренность на более длительное время, чем ежегодная классическая вспашка. 221 Кант считает, что положительному влиянию глубокой обработки почвы в данном местообитании нужно противопоставить, прежде всего, недостаток противоестественной отвальной обработки. При этом нужно различать временные и длительные изменения на обрабатываемой площади. При обработке залежи временно может наступить резкое увеличение продуктивности, а при длительной ее обработке, напротив, разрушение почвы изза разложения гумуса и эрозии. Этим обусловлена залежная система земледелия разных столетий, которая и сегодня распространена еще в некоторых развивающихся странах. Заплывание, эрозию почвы и сток воды можно предотвратить или уменьшить благодаря высокому содержанию гумуса в почве, мульчирующей обработке почвы, длительному сохранению растительного покрова и ускорить эти процессы отвальной обработкой почвы (плуг) и снижением содержания гумуса на плоскорезных фонах. Кант утверждает, что вспашка приводит к потере гумуса в почве. Чем интенсивнее обрабатывается почва, тем больше должно быть восполнение гумуса. Внесение навоза, возделывание многолетних клеверо- и люцерно-злаковых травосмесей с целью восстановления почвы столетиями являются мероприятиями по поддержанию содержания гумуса – важного фактора почвенного плодородия. Неизбежно снижает этот фактор плодородия вывозка или сжигание соломы. Беспахотное возделывание также способствует в зависимости от методов прямого посева более или менее хорошему восстановлению почвы. При беспахотном земледелии, когда выращиваемые зерновые культуры являются такими же злаками (их нужно заменить лишь подсевом клевера в качестве промежуточных культур, чтобы получить полный эффект «возделывания» клеверо-злаковых травосмесей), в почве с гумусом происходит то же самое, что и при возделывании трав в полевом севообороте: содержание углерода увеличивается даже без возделывания культур. В хозяйствах, не имеющих животных и не возделывающих травы в полевом севообороте, прямой посев мог бы заменить возделывание трав. В шестипольном обороте это выглядело бы тогда следующим образом: 3-4 года прямой посев и 2 года вспашка. При фрезерном посеве зерновых с одно222 временным мульчированием соломы или промежуточной культуры на удобрения поля не заплывают даже после многодневных дождей. Прямой посев представляет собой серьезную альтернативу такому негативному последствию вспашки, как образование плужной подошвы. Для прямого посева не характерна такая глубокая колея, как на вспаханной почве. Таким образом, если вспашку проводить не ежегодно, уплотнение почвы после нее снижается до минимума. В результате механическое рыхление подпочвы становится почти излишним. Уплотнений, возникающих весной при езде машин по влажной и особенно вспаханной почве, можно избегать. Биологическое рыхление почвы дождевыми червями при нулевой обработке значительно возрастает. Биологическая обработка почвы является предпосылкой прямого посева. Еще более значительное отрицательное влияние интенсивной глубокой обработки – слишком высокая мобилизация азота. Согласно результатам исследований при обработке почвы разрушается 1-3% гумуса (табл. 2). Интенсивное получение азота из почвы после вспашки в 70-е годы привело в южных районах ФРГ (в местообитаниях со средней урожайностью пшеницы 50 ц/га) к снижению урожайности до 20 ц/га. Таблица 2 Мобилизация азота в зависимости от его запасов в почве и глубины обработки Содержание азота в почве, % 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Глубина обработки, см 10 5 высвобождается азота в результате мобилизации 1-3% гумуса, кг/га 30-90 15-45 7,5-22,5 60-180 30-90 15-45 90-270 45-135 22,5-67,5 120-360 45-135 22,5-67,5 150-450 75-225 37,5-112,5 20 Результаты многолетних опытов подтверждают, что оптимальная глубина обработки почвы для получения максимальных 223 урожаев становится меньше. Даже если годы со значительным поступлением азота из почвы не являются правилом, все же для повышения гарантии высоких урожаев мобилизацию азота при возделывании зерновых нужно снизить до минимума. Избыточное поступление азота, высвобожденного из почвы при вспашке, особенно для зерновых, склонных к полеганию и поражению болезнями, причиняет большой вред. 3.3.2. Прямой посев и минимальная обработка почвы в Великобритании М.Ф. Пушкарев в своем предисловии к книге Х.П. Аллена отмечает, что интенсификация сельского хозяйства сопровождается значительным увеличением мощности и производительности почвообрабатывающих машин и орудий. Однако увеличение глубины обработки почвы, повышение интенсивности крошения пласта, увеличение числа операций в системе отвальной обработки почв усиливают такие отрицательные явления, как распыление почвенных агрегатов, повышение темпов минерализации органического вещества, чрезмерное разрыхление обрабатываемого слоя и уплотнение нижележащих слоев, потеря влаги, водная и ветровая эрозия. Рациональное использование почв заключается в выборе системы обработки, обеспечивающей условия для оптимального развития культур в сочетании с их подбором, наиболее соответствующим данному типу почвы. Система минимальной, или сокращенной, обработки предполагает использование любого метода обработки почвы и посева культур без применения отвального плуга при малом числе проходов и неглубоком рыхлении (с применением или без применения гербицидов для уничтожения сорняков или злакового травостоя). Прямой посев является разновидностью минимальной обработки и представляет собой посев культур по стерне или дернине, обычно с предварительной обработкой их гербицидами, без какой-либо механической обработки почвы, за исключением формирования мелких бороздок (щелей) для высева семян. 224 За последние 20 лет в области сельского хозяйства, пожалуй, не было ни одного вопроса, который бы вызвал столько дискуссий и по которому высказывалось бы такое число мнений, порой весьма противоречивых. Большие потенциальные возможности технологий прямого посева и минимальной обработки заключаются, во-первых, в экономии рабочей силы, оборудования и топлива; во-вторых, в обеспечении высокой оперативности полевых работ в условиях ограниченного времени и сжатых сроков; в-третьих, в улучшении почвенных условий и снижении риска развития водной и ветровой эрозии. При использовании указанных технологий необходимо учитывать возможные изменения характера дренируемости и плодородия почв, влияние этих технологий на развитие корневой системы, на эффективность борьбы с вредителями, болезнями и сорняками, а также на потребность создания сеялок для проведения посева по неразделанной поверхности почвы. Профессор Е.У. Рассел, рецензировавший книгу Х.П. Аллена, обосновывает предпосылки минимализации обработки почвы тем, что сельское хозяйство Великобритании вынуждено приспосабливаться к высокому уровню заработной платы, приводящему к уменьшению числа рабочих рук. В растениеводческих хозяйствах такая адаптация протекает очень быстро. В наибольшей степени эти изменения проявились при уборке зерновых, так как зерноуборочный комбайн полностью вытеснил жатку-сноповязалку, а также ручной труд при копнении. Но после уборки урожая все еще можно наблюдать обычную картину подготовки почвы под следующую культуру с использованием методов, которые, по существу, являются методами, практикуемыми в течение последних двух столетий и основанными на применении плугов, культиваторов, борон и катков, с той лишь разницей, что орудия конной тяги уступили место значительно более производительным орудиям машинной тяги. Традиционные методы обработки почвы требуют больших затрат энергии, а часто и времени, так как отдельные виды работ обычно проводятся с определенными интервалами; в то же время эти методы требуют больших затрат рабочей силы, а их применение в значительной мере зависит от погодных условий. 225 В течение многих лет фермеры, производители оборудования и исследователи пытались разработать методы, обеспечивающие выполнение всех этапов подготовки почвы к посеву по возможности вне зависимости от погодных условий; в связи с этим был проведен значительный объем исследований по разработке основных требований к семенному ложу. Опыты, проведенные на Ротамстедской опытной станции около 50 лет назад, показали, что наиболее существенным требованием, предъявляемым к любой системе подготовки почвы, является эффективная борьба с сорняками, и если почва практически свободна от сорняков, требования культур к качеству обработки не очень высокие. Таким образом, эта ранняя работа продемонстрировала значение методов подготовки почвы с точки зрения их эффективности в борьбе с сорняками на ранних стадиях развития культуры; однако эти исследования не получили дальнейшего развития в плане разработки минимальных требований, предъявляемых к семенному ложу, для обеспечения удовлетворительной густоты стояния. Внедрение гербицидов почти 40 лет назад явилось поворотным пунктом в растениеводстве. Вначале использовались гербициды избирательного действия, применявшиеся главным образом по вегетирующим зерновым для борьбы с широким спектром широколистных сорняков. Это значительно повышало чистоту полей, облегчало уборку и часто увеличивало урожай. Однако гербициды оказывали незначительное влияние на последовательность форм обработки почвы при подготовке семенного ложа. Появление гербицидов группы бипиридила, разработанных фирмой «Ай-СиАй» (параквата и диквата) открыло возможность коренного изменения технологии обработки почвы, так как при соблюдении соответствующих сроков обработки они поражали широкий спектр сорняков, обеспечивая временную чистоту полей. Затем отделом защиты растений фирмы «Ай-Си-Ай» была начата серия испытаний для определения возможностей исключения всех видов механической обработки и проведения прямого посева зерновых по стерне, свободной от сорняков. Результаты исследований показали, что при благоприятных условиях урожайность зерновых, и особенно озимых, при прямом посеве, по 226 крайней мере, равна урожайности при использовании обычной технологии возделывания. Новая технология была быстро взята на вооружение рядом фермеров, а также включена в программу исследований как сельскохозяйственных консультативных служб, так и опытных станций с целью определения условий, при которых новая технология может быть рекомендована фермерам. В книге Х.П. Алена приводятся результаты проведенных исследований в этой области. Книга дает детальное описание различных условий, при которых новая технология эффективна, а также характеристики различных лимитирующих факторов; кроме того, в книге приводятся результаты использования новой технологии на некоторых фермах. Автор также подчеркивает, что применение новой технологии не ограничивается только зерновыми культурами; эта технология может с успехом использоваться при возделывании кормовых культур, в особенности таких быстрорастущих представителей рода Brassica, как рапс и турнепс, а также при пересеве лугов. Х.П. Аллен также подчеркивает, что внедрение некоторых методов прямого посева и минимальной обработки может повлечь за собой некоторые существенные изменения в системе организации сельскохозяйственного производства. Использование этих методов потребует разработки сеялок, дающих возможность проводить посев по неразделанной поверхности почвы (при наличии прошлогодней стерни), а в некоторых случаях и с разделкой узкой полосы почвы для посева семян, а от фермера – высокого уровня организации производства, но в то же время может облегчить решение многих проблем. Почва при минимальной обработке остается более плотной, в большей степени противостоящей механическому воздействию (утаптыванию скотом и уплотнению сельскохозяйственными орудиями). Отрицательный эффект уплотнения до некоторой степени компенсируется сохранением непрерывности почвенных трещин и ходов корней от поверхности почвы до подпочвенных горизонтов, а также большей активностью дождевых червей, наблюдаемой при использовании метода прямого посева. Новая технология может также оказывать влияние на оптимальные дозы внесения удобрений (особенно азотных), появление вредителей (в 227 частности, слизней на семенном ложе), возникновение болезней растений, а также на сроки посева. При использовании новой технологии иногда возникает необходимость полного уничтожения стерни, так как во влажные годы частицы соломы, находящиеся на поверхности или в верхнем слое почвы, могут попадать в надрезы, сделанные сошниками сеялки, резко снижая всхожесть семян вследствие образования растительных токсинов. Х.П. Аллен формулирует цели, задачи и способы минимализации обработки почвы. Он подчеркивает, что «до недавнего времени, фактически до начала Второй мировой войны, необходимость вспашки и культивации почвы при подготовке ее к посеву культур не подвергалась сомнению. В самом деле, попытки творческого подхода со стороны ученых и фермеров к возделыванию культур без тщательной подготовки почвы часто кончались неудачей. Это еще более убеждало сторонников общепринятых методов обработки в том, что причиной всех неудач было именно отсутствие вспашки. В 1975 г. в докладе, представленном в Ридинге лордом Чарлзом Перейра, главным специалистом министерства сельского хозяйства, рыболовства и продовольствия, указывалось, что «наиболее логичный подход к обработке почвы должен исходить из того, что при отсутствии вмешательства человека наиболее значительная часть почв земного шара покрыта буйной растительностью, не требующей однородного семенного ложа». Он настаивал на «более тщательном изучении механизма взаимодействия почвы и растительного покрова, обеспечивающего условия прорастания семян и укоренение растений без каких-либо энергетических затрат». Еще в древности были созданы первые плуги, непрерывно совершенствовавшиеся на протяжении столетий. Поразительным является то, что, хотя искусство обработки почвы уходит своими корнями в глубину веков, до середины XVIII века плуг, предназначенный для работы с использованием упряжки из восьми волов, оставался единственным орудием, пригодным для разрыхления верхних 10 см почвы. Поэтому не удивительно, что необходимость вспашки как первой операции по обработке почвы никогда не подвергалась сомнению. 228 В XVIII веке Джетро Талл установил роль сорняков как конкурентов культурных растений. Его система широкорядного посева с использованием орудий на конной тяге для междурядных обработок впервые дала возможность эффективной борьбы с сорняками в вегетирующих культурах. Несмотря на это, никаких исследований по изучению основных форм обработки почвы не проводилось. Необходимость таких обработок воспринималась просто как нечто само собой разумеющееся, и в XIX веке в дополнение к отвальному плугу был разработан широкий ассортимент почвообрабатывающих орудий, которые постоянно совершенствовались. Даже с появлением более усовершенствованных плугов, культиваторов, дисковых и зубовых борон и при наличии избытка рабочей силы традиционные методы подготовки семенного ложа с использованием плуга и других почвообрабатывающих орудий продолжали оставаться вне всяких сомнении. Это происходило не потому, что у фермеров отсутствовала заинтересованность, а просто потому, что у них не было достаточных причин задавать себе подобного рода вопросы. Более того, обработка почвы рассматривалась (и теперь рассматривается) как искусство, и количественной стороне этого процесса уделялось очень мало внимания (или не уделялось совсем). Считалось само собой разумеющимся, что вспашка разрыхляет почву, способствует ее аэрации, улучшает дренированность, обеспечивает успешную борьбу с сорняками, т.е. вспашка считалась основной и необходимой формой обработки. В условиях севооборотного земледелия, являвшегося типичной чертой сельского хозяйства Великобритании вплоть до сравнительно недавнего времени, пагубные последствия вспашки, проводимой в неподходящих для этой операции условиях, а также чрезмерные культивации при нарушении соответствующих сроков обработки (ставшие столь очевидными с усилением интенсификации сельского хозяйства в 50-х и 60-х годах) в то время оставались завуалированными. Повторный анализ систем обработки почвы начал проводиться фермерами значительно позднее и явился скорее результатом сокращения числа рабочих рук (при постоянном повышении трудовых затрат), непрерывного увеличения затрат на машины и оборудование, а также появления 229 гербицидов сначала для борьбы с широколистными сорняками, а потом для уничтожения злаковых сорняков. В период между 1930 и 1939 гг. Расселом была проведена серия опытов на Ротамстедской (тяжелые почвы) и Уобернской (легкие песчаные почвы) опытных станциях. Эти опыты показали, что при отсутствии конкуренции со стороны сорняков урожайность пшеницы, ячменя и листовой свеклы на участках, где проводилась только культивация, и на участках, где проводились вспашка и культивация, была одинаковой. Однако, если в результате культивации (на участках без вспашки) семенное ложе оставалось засоренным, урожаи культур снижались. Другими словами, в проведенных опытах вспашка давала более высокие результаты только в тех случаях, когда она обеспечивала более эффективную борьбу с сорняками. Результаты этих опытов были доложены профессором Расселом в 1945 г. на совещании в Обществе британских инженеров сельскохозяйственного производства. Однако, несмотря на широкое внедрение гербицидов в 50-х годах, прогресс в разработке методов бесплужной обработки был незначительным. По-видимому, такое состояние можно объяснить двумя причинами: во-первых, новые гербициды сохраняли свое действие в почве в течение некоторого времени, представляя угрозу высеваемым семенам; во-вторых, в то время еще не существовало достаточных основании для разработки альтернативных методов. Обстоятельства менялись, но время «зернового бума» еще не пришло, и казалось, что традиционные методы обработки почвы все еще вполне устраивают фермеров. Событием, послужившим толчком к проведению широких исследований в области минимальной обработки с использованием химических средств, а также методов прямого посева, было открытие бипиридилов фирмой «Ай-Си-Ай» в конце 50-х годов. Но даже и тогда эта идея оставалась темой исследований, к которой относились с некоторым скептицизмом в научных и с немалой насмешкой в фермерских кругах, и только значительно позднее, в 60-х годах, экономические и агротехнические возможности новых технологий привели к широким изысканиям в этой области. 230 Исследованию новых, более совершенных систем обработки почвы, способствовал тот факт, что в 60-х и начале 70-х годов количество рабочих рук на фермах снизилось на 47%, минимальная заработная плата взрослого рабочего увеличилась на 38%, а затем, в период между 1975 и 1977 гг., стоимость использования трактора утроилась. Однако параллельно с развитием методов минимальной обработки с использованием химических средств существовала тенденция к применению мощных тракторов и тяжелого дорогостоящего почвообрабатывающего оборудования. Такой противоречивый подход явился результатом интенсификации возделывания зерновых, которые затем превратились в высокопродуктивную отрасль, требующую столь же высоких затрат и ставящую своей целью максимальное расширение площадей под зерновыми (особенно озимыми). Использование мощных почвообрабатывающих орудий и применение методов минимальной обработки ставили перед собой аналогичные цели – замену отвального плуга, но подход к решению этой проблемы был в корне различным. Целью минимальной обработки было сведение к минимуму частоты и глубины обработки и даже (при прямом посеве) устранение самой обработки. С другой стороны, подход с использованием мощной техники предполагал активную обработку почвы, и весьма прискорбным является тот факт, что даже в 60-х годах такой важный аспект сельскохозяйственного производства, как вопрос рационального использования почв, в лучшем случае воспринимался как нечто само собой разумеющееся, а в худшем – отношение было даже пренебрежительным. Слишком часто интенсификация растениеводческих хозяйств происходила за счет основного капитала фермера – почвы. Суть рационального использования почв может быть определена как способность выбора систем обработки почвы, обеспечивающих условия для оптимального развития растений в сочетании с подбором культур, наиболее пригодных для каждого типа почвы (при остальных необходимых затратах). Именно этот основной фактор лежит в основе идеи минимальной обработки. 231 Концепция метода минимальной обработки с использованием химических средств. Ниже даются определения терминов, используемых в книге Х.П. Аллена. С этими определениями можно не соглашаться, но, по крайней мере, читатель будет знать, что имел автор в виду. Бесплужная обработка (альтернативная обработка) – любой метод посева культур без использования отвального плуга (с применением или без применения гербицидов для уничтожения стерни, сорняков или злакового травостоя). Минимальная (сокращенная) обработка – то же, что и выше, но при малом количестве проходов и неглубоком рыхлении. Прямой посев – посев культур по стерне или в дернину обычно с предварительной обработкой участка гербицидами без какой-либо механической обработки почвы, за исключением формирования мелких бороздок (щелей) для высева семян. До появления параквата исследования по минимальной обработке с применением химических средств проводились в США, Новой Зеландии и Шотландии. Однако используемые гербициды (в основном далапон и амитрол) характеризовались медленным разложением в почве, что означало длительную отсрочку посева. Когда фирма «Ай-Си-Ай» впервые приступила к исследованию прямого посева с применением параквата в 1961 г., перед учеными возникли две основные проблемы. Во-первых, это была задача со многими неизвестными; во-вторых, мотивы использования новой технологии могли быть только предметом догадок. Идея была такова: «У нас есть гербицид, который уничтожит всю надземную массу, а затем очень быстро инактивируется при контакте с почвой. Можем мы использовать эти два свойства препарата для разработки технологии, предполагающей уничтожение растительности с последующим немедленным посевом культур при минимальном нарушении (или даже без всякого нарушения) поверхностного слоя почвы?» Во-первых, было сделано допущение, что прямой посев с использованием параквата является вполне реальным вариантом. Во-вторых, были учтены все возможные положительные стороны этой техно232 логии (или, по крайней мере, все реально ощутимые преимущества). В-третьих, была сделана попытка предвидеть по возможности те проблемы, которые придется решить перед тем, как метод прямого посева может быть рекомендован без ограничений. Ниже приводится формулировка авторского допущения, перечисляются возможные положительные стороны новой технологии, а также вопросы, которые могут возникнуть в процессе разработки. Содержание книги Х.П. Аллена представляет собой результаты проведенных и проводимых исследований, ставящих своей целью получение ответов на поставленные вопросы. Допущение. Было сделано допущение, что применение гербицида, быстро разлагающегося при контакте с почвой, дает возможность уничтожения сорняков, а также пастбищного травостоя с последующим непосредственным посевом культуры без механической обработки верхнего слоя почвы; при этом применяемая технология не оказывает отрицательного воздействия ни на развитие культуры, ни на ее урожайность. Возможные положительные стороны новой технологии. 1. Такая четко налаженная технология должна дать возможность: - экономии времени (это особенно важно при неустойчивой погоде в осенний период); - экономии рабочей силы; - экономии топлива; - засева оптимальных площадей под культуру в существующие сроки; - экономии денежных средств. 2. Сведение к минимуму потерь влаги в условиях, когда содержание ее в поверхностном слое почвы является критическим. 3. Сохранение органического вещества в верхнем 5сантиметровом слое почвы. 4. Уменьшение риска водной и ветровой эрозии. 5. Сохранение основных преимуществ ненарушенной структуры верхнего слоя почвы (хорошая проницаемость благодаря наличию трещин, ходов корней, а также ходов дождевых червей, что обеспечивает достаточную степень дренированности). 233 6. Сохранение уплотненной поверхности дает возможность: - раннего выпаса скота (на вновь засеянных пастбищах при слаборазвитой дернине); - при возделывании кормовых культур, например, кормовой капусты, – кормления скота непосредственно в поле (при этом снижается степень вытаптывания поля скотом). 7. Совершенствование технологии посева даст возможность получения двух урожаев в год или трех урожаев в два года в странах с благоприятными для этого климатическими условиями». 3.3.3. Альтернативное земледелие в США Ученые, фермеры Германии, Великобритании, США, заботящиеся об охране окружающей среды, меняют систему ведения сельского хозяйства. Столкнувшись с негативными последствиями применения технологий интенсивного сельскохозяйственного производства – высокими затратами, почвенной эрозией, загрязнением вод в широких масштабах, фермеры с 80-х годов ищут альтернативные пути земледелия, использования технологий, ведущих к улучшению экологического состояния окружающей среды и одновременному повышению получаемой прибыли. За последние годы технологии адаптивного земледелия активно применяются в Германии и США благодаря значительному повышению объемов финансирования этой области. Принимаются правительственные законы, запрещающие использование опасных пестицидов, выделяются специальные субсидии при освоении энергоресурсосберегающих технологий. Продукция, выращенная фермерами с использованием прогрессивных технологий, оплачивается дороже. Представляем читателю материалы по основным принципам адаптивного земледелия (в вопросах и ответах) (Хадсон В.Д., Хач Д. Основные принципы адаптивного земледелия / По заказу министерства сельского хозяйства США (Пер. Центра Гражданских Инициатив / Службы развития фермерства). Вопрос: Главные критерии для определения «адаптивного земледелия? По определению Конгресса адаптивным земледели234 ем является «интегрированная система технологий производства растительной и животноводческой продукции», обладающая специфическими особенностями, которая позволит в будущем: 1) удовлетворять потребность человечества в продуктах питания и продукции ткацко-прядильного производства; 2) поддерживать экологическое равновесие природы и восстановить природные ресурсы, от которых зависит экономика сельского хозяйства; 3) применять наиболее эффективные методы использования невосстановимых природных ресурсов, а также ресурсов, включенных в фермерскую систему, и включать, по возможности, в сельскохозяйственную практику естественные биологические циклы и биологические методы защиты; 4) поддерживать рентабельность фермерского хозяйства; 5) повысить уровень жизни фермеров и общества в целом. Вопрос: Что подразумевалось в законе от 1985 года под «альтернативным сельским хозяйством»? Закон от 1985 года предусматривал проведение исследовательских работ в области «альтернативного сельского хозяйства», которое характеризовалось снижением доверия к промышленным удобрениям и средствам защиты и стимулированием применения фермерами технологий, не ведущих к истощению почв, а восстанавливающих почвы, то есть к «самоподдерживающимся» или «адаптивным» методам ведения сельского хозяйства. Закон о производстве безопасных продуктов питания с научной стороны требует проведения исследований, чтобы: - повысить эффективность сельскохозяйственного производства; - поддерживать плодородие земель; - сократить почвенную эрозию, расход воды и вымывания питательных элементов; - содействовать сохранению энергии и природных ресурсов. В 1988 ходу потребность в стимулировании применения малозатратных, восстанавливающих технологий привела к принятию термина «ЛИЗА», который является аббревиатурой определения «малозатратное восстанавливающееся сельское хозяйство». По-английски «малозатратное восстанавливающееся 235 сельское хозяйство» звучит как «Low Inputs Sustainable Agriculture» – «LISA». Таблица 3 Различие между традиционным и альтернативным земледелием Элементы системы Традиционное земледелие Кукуруза – кукуруза – кукуруза или 1. Севооборот кукуруза – соя – кукуруза Минимальная 2. Способ вспашка, вспашка вспашки отвальным плугом Минеральные удобрения (NPK) 3. Внесение удобрений Постоянное внесение пестицидов Альтернативное земледелие Смешанные культуры, в основном бобовые и озимые сидеральные Боронование всегда, когда это возможно, нулевая вспашка Включение бобовых в севооборот, широкое применение органического азота, сокращение применения химических азота, фосфора и калия, регенерация структуры почвы, методы защиты растений Меньшее применение химических пестицидов, биологический контроль, культивация, севооборот, устойчивые к болезням сорта, наблюдение за вредителями и их естественными врагами, внесение пестицидов в качестве крайней меры Вопрос: Что показали исследования относительно зависимости между сокращением применения химических удобрений и пестицидов и повышением фермерских доходов? Вывод исследования, проведенного университетом штата Иллинойс, гласит, что «снижение применения минеральных удобрений и химикатов может значительно повысить доходы». Может ли отдельный фермер повысить свой доход, только лишь сократив количество используемых химических удобрений и пестицидов, – это сложный вопрос. Ответ на него зависит от того, какие культуры он выращивал на своей ферме, как и какие химикаты 236 он применял, от его личных способностей к ведению фермерского хозяйства, от того, есть ли другие факторы влияния и какие именно, т.е., например, популяция сорных и других растений на его участке. Вопрос: Как можно сравнить традиционное и альтернативное земледелие с точки зрения применения удобрения и программы защиты растений? Традиционное земледелие и в этом случае предполагает минимальную обработку или обработку отвальным плугом, в то время как в альтернативном земледелии уделяется особое внимание севообороту, механической культивации и инновационным методам, например, боронование. Анализ почвы на содержание азота, проводимый поздней осенью, перед внесением удобрения, теперь называется «традиционным». Программа альтернативных методов защиты растений построена на принципах меньших общих затрат, сохранения структуры почвы и на прерывании жизненного цикла вредителей и болезнетворных организмов. Вопрос: Какая из программ внесения азотного удобрения рекомендуется в альтернативном земледелии? Никаких полноценных рецептов конвертирования программ внесения удобрения в системе альтернативного земледелия не существует, но можно обсудить некоторые концепции и принципы, применимые во многих случаях. Итак, об азотных удобрениях. Навоз и сидераты – или «зеленый навоз» – постепенно заменяют химические азотные удобрения и имеют следующий эффект: - уменьшение денитрификации, вымывания, испарения; меньший расход азота сорняками, если программа применяется правильно (т.е. питательные элементы вносятся в правильное время, близкое ко времени максимального потребления растениями); - замедляется процесс минерализации и тем самым удовлетворяется потребность в долгосрочном употреблении питательных элементов растениями; - восстанавливаются органика почвы, ее структура, емкость поглощения и микробиологическая активность (т.е. «про237 цесс разложения» производной гумуса, или превращение старых растительных остатков в доступные для растений питательные элементы). Примечание. Программу внесения удобрения (или программу повышения плодородия) практически нельзя отделить от схемы севооборота. Севооборот необходим также и потому, что он позволяет определенным растениям "подбирать" почвенные питательные элементы, оставшиеся от старых растений, а, кроме того, покровные культуры могут связывать почвенный азот, что предотвращает его вымывание и позволяет азоту высвобождаться медленно (и позднее) в процессе разложения. Вопрос: Какая программа внесения калийных и фосфорных удобрений рекомендуется для альтернативного земледелия? Рекомендации по внесению фосфорных или калийных удобрений (или по повышению уровня содержания фосфора и калия в почве) основаны на специфических потребностях культур и балансе питательных элементов в почве. Принципы применения фосфорных и калийных удобрений в альтернативном земледелии: - в отличие от азота, который может быть вовлечен в систему «растение – почва» через симбиотическую фиксацию, валовые запасы фосфора и калия в почве весьма значительны, а также могут пополняться из посторонних источников; - последствием традиционного земледелия может явиться переизбыток доступного фосфора и калия и в течение нескольких лет может не возникать необходимости в добавлении этих элементов – особенно в том случае, если улучшенная структура почвы, содержание органики в ней и уровень рН способствуют переводу существующих запасов в формы, доступные для растений; - источником дополнительного фосфора, наиболее часто употребляемым альтернативными фермерами, является фосфоритная мука как заменитель суперфосфата (обработанного кислотой), особенно в схеме севооборота, в который входит зеленый навоз; фосфоритную муку вносят в компост; навоз является также хорошим источником фосфора; 238 - источником калия для альтернативных фермеров является каменная пыль; в переходный период может понадобиться более переработанный калий. Вопрос: Какие методы защиты растений рекомендуются в альтернативном земледелии? Методы защиты растений в альтернативном земледелии непосредственно связаны с системой севооборота, способом обработки земли и с динамикой развития популяций вредителей и их естественных врагов. Методы защиты растений в альтернативном земледелии: - прерывание жизненного цикла сорняков и вредителей – насекомых с помощью севооборотов; - боронование; - аллелопатия (растительные остатки выделяют естественные гербициды); - механическая культивация; - координирование объема и времени посадок, расстояний между грядками, растениями и разнообразия выбора сортов и культур; - комплексная защита растений, что включает в себя регулярное наблюдение и использование биологических методов защиты, то есть насекомых – естественных врагов вредителей и патогенов; - применение биологических пестицидов; - сосредоточение на экономических барьерах вредоносности для сорняков в противовес визуальным барьерам. Даже единовременная культивация, проведенная в целях борьбы с сорняками, обычно повышает урожаи кукурузы и сои в традиционном земледелии, даже если химические пестициды и достаточны для уничтожения сорняков. Вопрос: Как можно суммировать различия между традиционным и альтернативным земледелием и что является главной заботой фермеров, собирающихся перейти на альтернативный способ ведения хозяйства? Адаптивное земледелие отличается от традиционного по всем четырем элементам сельскохозяйственного производства. Другими словами, переход на адаптивное земледелие означает полное изменение фермерской системы. Основные вопросы, ко239 торые возникают у фермеров при переходе на адаптивное земледелие, следующие: - Как повлияет на урожай сокращение минеральных удобрений и пестицидов? - Потребуется ли вкладывать больше труда в непосредственную работу на ферме и в административную работу? - Что случится с доходами – и как скоро? Вопрос: Существует ли простая и хорошая инструкция по переходу на адаптивное земледелие? Нет. Альтернативное (адаптивное) земледелие зависит от слишком большого количества разнообразных факторов, чтобы все это можно было свести в простую и понятную таблицу, подходящую для территории всей страны. По крайней мере, на стадии формирования, которая сейчас и наблюдается, методы альтернативного земледелия часто должны быть определены спецификой данной местности (для большинства культур и географических местоположений). Почему не существует простой формулировки адаптивного земледелия: - принципы агрономии невозможно отделить от экономических принципов и философских целей отдельного фермера и отдельной фермы; - наилучшие результаты всегда получаются при адаптировании технологий к одной ферме (в смысле почвы, климата, трудозатрат, машинного парка, оборудования, потребностей скота, рынка и опыта и знаний фермера); - переход на адаптивное земледелие может заключаться в долгосрочном проекте. Речь идет о нескольких годах, а не о нескольких месяцах, и не существует еще ни одного законченного перехода или переходного периода, длящегося достаточно долго, чтобы дать ответы на каждую и все новые проблемы, встающие перед всеми, кто только начинает переход. Вопрос: Может ли быть взято какое-либо положение системы адаптивного земледелия как стартовый этап для серьезной работы по переходу с традиционного земледелия? Севооборот определенно является центральным элементом в любой системе адаптивного земледелия. Краеугольный камень успешного переходного периода. 240 Разработка типа севооборота, который не только облагородит почву и предотвратит распространение болезней и вредителей, а также будет соответствовать следующим потребностям отдельной фермы: - выращивание культур, подходящих к почвенноклиматическим условиям и имеющимся ресурсам; - наличие рынка сбыта для культур, участвующих в севообороте; - выбор культур, с которыми можно работать с помощью имеющегося оборудования, трудовой силы, возможностей переработки и хранения; - обеспечение необходимой заботы выращиваемым культурам; - соответствие культур потребностям в кормах; - определение воздействия нового набора культур на сезонный бюджет фермы; - определение, как новый набор культур повлияет на дотации министерства сельского хозяйства США. Вопрос: Каким образом осуществляется перевод фермерского хозяйства на адаптивную систему земледелия? Постепенный отход от применения потенциально вредных химических препаратов и разработка новой стратегии на период времени в несколько лет. Перевод на новую систему по одному участку хозяйства в определенный период времени, чтобы было время приобрести знания и опыт ведения адаптивного земледелия. (Некоторые ученые рекомендуют переводить не больше 10% угодий в год.) Завершая обзор теории и практики нетрадиционного земледелия на Западе, следует указать на неадаптируемость отдельных решений к Сибирским условиям. Так, реализация технологии прямого посева на гербицидной основе (No till) в Сибири из-за короткого вегетационного периода увеличивает некоторые риски, например, получение морозобойного зерна. Узкая зерновая специализация также не окупаема в условиях ограниченности природных ресурсов и исторически сложившихся предпосылок к многоукладности и многоотраслевости сельхозпредприятий. 241 Тем не менее взаимодействие и взаимосвязи совокупности реально участвующих местных и привносимых факторов обеспечивают более эффективное ведение хозяйства. Творческое применение зарубежного опыта в сочетании с местными условиями дает высокоэффективные решения. 3.3.4. Натуральное земледелие в Японии Известный японский ученый Масанобу Фукуока предлагает модель натурального земледелия: без обработки почвы, без химзащиты растений, без удобрений, а вместо посева – разбрасывание семян риса по поверхности мульчированного соломой поля, на котором возделывается клевер красный второго года жизни. Разбросной посев производится после первого укоса клевера под покров его вегетирующих остатков. Новое отрастание клевера происходит вслед за всходами и началом роста риса, обеспечивая оптимальный симбиоз этих двух культур. В основе его столь экстравагантных подходов лежит закон природы о трофических цепях, единстве и взаимозависимости всего многообразия живого, согласно которому природа регулирует взаимоотношения видов, их численность и продуктивность. Механизмом регулирования выступают природные ресурсы. Фукуока считает, что земледелие надо вести в согласии с природой. Кстати, такую же позицию отстаивал и Терентий Семенович Мальцев, а несколько ранее советская агробиологическая наука настойчиво пропагандировала альтернативный постулат, приписываемый Ивану Владимировичу Мичурину: “Мы не можем ждать милостей от природы. Взять их у нее – наша задача”. Как оказалось на практике, каждая из этих крайностей в определенных условиях имеет право на жизнь. За пределами целесообразной меры – становится контрпродуктивной. Есть у господина Фукуока успешные варианты и с другими предшественниками. Противопоставив дорогостоящим приемам механического и химического воздействия на почву: систематическое мульчирование полей растительными остатками и симбиоз в биоценозе риса, клевера, всей почвенной биоты, других биологически активных факторов, ученый обеспечил акти242 визацию микробиологических процессов, оптимизацию водного, воздушного, теплового и пищевого режимов в почве. В итоге получил существенный рост урожаев и снижение производственно-технологических затрат в 2-3 раза. Особенно существенно то, что урожай риса он получает без искусственного затопления чеков, только за счет увлажнения посевов от естественных осадков, и этот урожай в среднем за год составляет 58 ц/га вот уже более сорока лет. Прямой посев, инициатором которого в новейшей истории агрономии стал независимый фермер, оригинальный ученый, философ Масаноба Фукуока, завоевывает всё новые и новые территории, страны, развиваясь и совершенствуясь применительно к местным условиям. Успех этого метода полеводства гарантирован всюду: где обеспечивается подлинное взаимодействие и сотрудничество природы и человека; где умеют формировать глубоко обоснованные биотехнологические комплексы; где не противопоставляют интересы среды, растения и человека, а обеспечивают их согласие; где “всё имеет голос: и червь земной, и колос”. 3.3.5. Развитие идей альтернативного земледелия в России Многовековой опыт мирового земледелия убедительно доказывает необходимость дифференцирования обработки почвы в различных почвенно-климатических условиях с учетом биологических особенностей культурных растений, их места в севообороте, степени и видового состава засоренности посевов и почвы, многих других факторов. В практической деятельности руководителями и специалистами часто пренебрегаются эти особенности, и дискуссия по обработке почвы сводится к упрощенному понятию: «Пахать или не пахать?» (Сдобников С.С., 1994). Бурное развитие пахотного земледелия началось с изобретения плуга с предплужником в 1863 г. немецким крестьяниномкузнецом Р. Саксом, что впоследствии позволило при замене конной тяги на тракторную перейти на глубокую вспашку. Стремление к увеличению глубины обработки почвы объяснялось необходимостью создания мощного пахотного слоя, 243 способного хорошо усваивать выпадающие осадки и бережно расходовать их. Теоретическую основу отвальной обработке почвы дало утверждение В.Р. Вильямса (1939) о ее необходимости для улучшения структуры почвы, согласно которого верхний обесструктуренный слой почвы помещался на дно борозды, а наверх выносился более оструктуренный слой. Позднее стало ясно, что односторонний подход к оценке структуры почвы как главенствующего элемента ее плодородия оказался недостаточно обоснованным. Целесообразность вспашки подвергалась сомнению еще в конце XIX – начале XX вв. В это время была широко известна так называемая теория И.Е. Овсинского, применявшего безотвальную поверхностную обработку на глубину 5-7 см. Необходимость такой обработки автор объяснял тем, что после разделки стерни и других свежих органических остатков на поверхности получается как бы органический слой, хорошо сохраняющий влагу и гарантирующий доступ воздуха в почву по ходам, образованным дождевыми червями и корневой системой отмерших растений. Такая обработка обеспечивает уменьшение затрат труда, рост урожая. Фактически, на опытных полях Полтавы урожайность зерновых по отвальной глубокой и мелкой бесплужной обработке была почти одинаковой, а в отдельных случаях последний вариант уступал по урожайности озимой ржи на 10%. Вместе с тем опыты, проведенные на Полтавской опытной станции, были выполнены с грубыми нарушениями: рекомендованные Овсинским ранние обработки почвы после уборки хлебов осуществлялись в поздние сроки или только в следующем году. В результате сорняки успевали обсемениться, а многолетники укоренялись, что приводило к снижению урожаев (Федоров В.М., 1990). Аналогичные результаты часто получают и в настоящее время экспериментаторы и практики при сравнении разных приемов основной обработки почвы без учета сроков их выполнения, биологических особенностей культур и их места в севообороте, часто подменяя систему обработки на отдельный прием. Теория И.Е. Овсинского (1899) получила дальнейшее развитие в работах американского фермера Э. Фолкнера в 1943 г. 244 Он также предлагал проводить безотвальную обработку почвы на глубину 7,5 см дисковым лущильником, который измельчал и перемешивал с почвой зеленую массу овса и озимой ржи, листья и отмершие стебли овощных культур. В сочетании с мульчированием это способствует улучшению условий питания растений, предотвращает эрозию, повышает поглощение влаги и уменьшает потери ее из почвы. Крупной вехой в развитии идей минимализации обработки почвы в тридцатые-сороковые годы прошлого столетия явились работы института юго-востока во главе с академиком Н.М. Туйлаковым. Однако разработанные учеными рекомендации в производственных условиях строго не соблюдались, а нарастающее засорение полей власть предержащие отнесли на счет науки. Директор института пострадал в репрессиях, а хорошая идея осталась не реализованной. В истории развития научного земледелия следует отметить важность работ Н.М. Тулайкова (1875-1938) по сухому земледелию (в засушливых районах страны). С именем Н.М. Тулайкова связывают разработку теории мелкой обработки почвы, способствующей лучшему накоплению и сохранению влаги. Он первым заговорил о применении в засушливых районах севооборотов с короткой ротацией, заложил основы почвозащитного земледелия. Идеи и направления большинства последователей Н.М. Тулайкова, например, француза Жана, американца Фолкнера, немца Краузе и других, не были внедрены в производство, так как неглубокие обработки неизбежно приводили к нарастанию засоренности полей. На относительно чистых от сорных растений полях мелкие поверхностные обработки способствуют возникновению лучших условий для роста культурных растений. Однако через несколько лет засоренность поля возрастает, и земледелец вынужден возвращаться к глубокой плужной вспашке. Мы вскрыли причины этого явления и далее в настоящей книге предлагаем эффективные решения. Мощным импульсом для дальнейшего развития теории и практики почвозащитного земледелия послужили разработки Т.С. Мальцева, А.И. Бараева и других современных ученыхаграрников. 245 Т.С. Мальцев (1895-1994) выдвинул идею о замене вспашки безотвальной обработкой почвы в районах Зауралья и Западной Сибири. Сущность принципиально новой системы обработки почвы заключается в чередовании по годам и полям глубокой безотвальной пахоты (25-27 см) с поверхностными обработками (10-12 см) в зернопаровых и зернопаропропашных севооборотах. Глубокую безотвальную вспашку проводят один раз в 3-5 лет. А.И. Бараев (1908-1985) в начале 60-х годов сформулировал концепцию новой почвозащитной системы земледелия для зон ветровой эрозии почв и применил ее на практике. Суть ее заключалась в замене вспашки плоскорезной обработкой с сохранением на поверхности почвы стерни и освоении зернопаровых севооборотов с короткой (3-5 лет) ротацией вместо зернотравянопропашных с длинной ротацией (8-10 лет). Для этих целей были разработаны специальный комплекс противоэрозионной техники и новая технология возделывания сельскохозяйственных культур. В 70-80-е годы были выработаны стратегические и практические основы интенсификации земледелия. В этот период был взят курс на интенсификацию земледелия на основе химизации, мелиорации, комплексной механизации, освоение методов программирования урожаев, внедрение интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Почвозащитная система находит свое практическое выражение в зональных системах земледелия и в ландшафтноэкологическом земледелии. Последнее служило альтернативой техногенному земледелию, где особое внимание обращали на технологию, технику и химию при минимальном учете природных факторов. Ландшафтно-экологическое земледелие предполагает биологизацию всех процессов, что фактически означает коренное изменение современного земледелия. Анализ тенденций в развитии теории обработки почвы и обобщение современного практического опыта позволяют сделать следующие выводы: Первое. Господствующая в 18-19 веках в Европе и России классическая трехполка (пар – озимь – ярь) несла в себе умеренное засорение полей несмотря на сошную (от 8 до 12 см) обра246 ботку почвы. Однако 2 урожая в три года и дополнительные затраты на парование каждого третьего поля делали экономику зернового хозяйства напряженной. Появление мощной техники вывело теорию обработки почвы на ложный путь. Второе. Ошибка Н.М. Тулайкова, И.Е. Овсинского и других исследователей в том, что зернопаровые севообороты в районах возделывания яровых хлебов при мелкой глубине обработки не обеспечивают подавление сорняков. Глубокие Мальцевские, плужные и плоскорезные обработки в этих севооборотах несколько снижают уровень засоренности посевов, но также не обеспечивают их полную чистоту в третьем и четвертом полях севооборота. Третье. Результаты исследований, выполненные в последние десятилетия межведомственной творческой группой, возглавляемой профессором Н.В. Яшутиным, говорят о возможности освоения в Сибири технологий минимализации обработки почвы и, даже, прямого посева без применения гербицидов. Их основные составляющие: - двухпольные зернокормовые и зернокрупяные звенья многопольных плодосменных севооборотов, в которых яровая пшеница занимает не более 50% площади. Посевы пшеницы по пшенице недопустимы; - вся солома с полей яровой пшеницы расходуется только на мульчирование полей; - зяблевая обработка на глубину от 6 до 12 см проводится сразу же вслед за уборкой каждой культуры севооборота; - предпосевная обработка почвы на глубину заделки семян совмещается с посевом и выполняется агрегатом ЭРА-П (энергоресурсосберегающий почвообрабатывающий посевной агрегат) или при его отсутствии можно сагрегатировать культиваторы типа “Смарагт” с сеялками СЗП-3,6 (подробнее см. далее по тексту). Наблюдения и выводы творческой группы профессора в последние годы получают подтверждение не только в базовых хозяйствах университета, но и в других регионах России. Вместе с тем делаются попытки адаптации и западных вариантов к российским условиям. 247 Например, заслуживают внимания разработанные на Западе в последние годы технологии возделывания культур с использованием системы No till, предусматривающей постепенный переход на почвозащитное малозатратное, энергоресурсосберегающее земледелие по нулевой технологии обработки почвы с основами биологического земледелия. При системе No till исключается механическое действие на почву. Прямой посев проводится по пожнивным остаткам с минимальным нарушением структуры почвы. В этой системе особое внимание уделяется севооборотам с набором культур, различающихся по своим биологическим особенностям: отношению к влаге, устойчивости к вредным организмам, срокам посева и уборки, количеству оставляемых органических остатков и соотношению в них углерода и азота, трудоемкости возделывания, удаленности полей, экономической эффективности и т.д. При этом учитывается чередование культур со стержневой и мочковатой корневой системой, соблюдается основной принцип влияния предшественника на культуру – аллелопатия и синергизм. Пример успешного применения этой технологии в России – модельное хозяйство корпорации “Агросоюз” (Раменское, Москва). В 1997 году специалисты модельного хозяйства начали поэтапный переход от традиционной технологии обработки почвы через минимальную к ресурсосберегающему земледелию на основе системы No till. За 8 лет системной работы в этом направлении были получены следующие результаты: - снижение производственных затрат в среднем в 5 раз; - на 90% сокращен парк сельхозтехники (9426 га обрабатывает один трактор, один посевной комплекс, один опрыскиватель и четыре комбайна); - на 70% сокращен расход ГСМ (с 93 л/га в 1997 году до 26 л/га в 2004 году – без кормовой базы); - на 80% сокращено время обработки посевной площади (с 3,87 м-ч/га до 0,6 м-ч/га – без кормовой базы); - на 30% сокращен расход удобрений; - сокращены трудозатраты – на 9426 га работают 8 механизаторов; 248 - повышение урожайности более чем в 2 раза – с 21 до 50 ц/га; - улучшение качества зерна; - повышено на 10% содержание белка в зерне; - уменьшена сорная примесь в зерне; - за счет уменьшения химического воздействия на культуру получен экологически чистый продукт; - сохраняется плодородие почв. Удалось не только приостановить деградацию плодородного слоя почвы, но и восстановить содержание гумуса (в 1987 году его содержание в почве составляло 4,5%, за 10 лет интенсивного землепользования этот показатель снизился до 4,3%. За последние 5 лет (1999-2004) содержание гумуса повысилось до 4,4%. Предлагаем более подробно ознакомиться с ресурсосберегающими технологиями земледелия, которые применяются в этом модельном хозяйстве, а также на трети всех земель, возделываемых в мире. Это около 100 млн га посевных площадей в Северной и Южной Америке, Австралии, Африке, Европе и Азии. Сейчас эту технологию активно осваивают в Украине, России и Казахстане. Технология ресурсосберегающего земледелия в хозяйстве Изучение ресурсосберегающих технологий возделывания земли специалисты Корпорации «Агро-Союз» начали в 1997 году, когда приступили к реформированию КСП «Дружба» (Украина, Днепропетровская область, Синельниковский район). Тогда им пришлось столкнуться со всеми проблемами, существующими в сельском хозяйстве. Традиционная обработка почвы, которая применялась длительное время на полях КСП, привела к усилению водной и ветровой эрозии, уменьшению содержания органических веществ в почве и, в целом, к ухудшению экологического состояния. Для сохранения почв от деградации и получения в дальнейшем экологически чистой продукции (при условии высокой урожайности и высокого качества продукции) специалисты начали изучение мирового опыта решения проблем. 249 Правление корпорации «Агро-Союз» определило основным направлением деятельности модельного хозяйства – внедрение почвозащитной системы земледелия с расширенным воспроизводством плодородия почвы и постепенным переходом на почвозащитное, малозатратное, энергоресурсосберегающее земледелие по нулевой технологии обработки почвы с основами биологического земледелия – No till. С 1997 по 2001 гг., в переходной период, применялась минимальная обработка почвы, с 2002 г. перешли собственно к No till. Система No till – экономическая модель растениеводства. При ее создании специалисты взяли за основу технологию нулевой обработки почвы, уделили больше внимания оптимизации производственных процессов и, в итоге, сделали растениеводство управляемым, прогнозируемым и экономически эффективным. При нынешней организации сельского хозяйства урожай на 80% зависит от природы. При системе No till влияние погоды и климата на эффективность растениеводства сведено до 20%. Остальные 80% приходятся на технологии и управление в сельском хозяйстве, объединенные в одну систему. Система No till – наиболее разумный подход к растениеводству, взвешенный с точки зрения экологии и экономики. No till – He пахать! Ежегодная глубокая плужная обработка почвы – ресурсоемкий процесс, который наносит непоправимый вред почвенной микрофлоре, усиливая эрозионные процессы и деградацию плодородного слоя. В природе существует естественный плуг, за который платить не надо. Непаханое поле пронизано на 1-3 метра вглубь миллиардами капилляров, оставшихся после корней растений или образовавшихся в результате жизнедеятельности дождевых червей и других организмов. Вот по этим тонким, но глубоким ходам землю насыщает влага, зимой она замерзает и разрывает каналы. Так происходит природное рыхление. Пожнивные остатки. Переход на технологию минимальной, а затем и нулевой обработки почвы начинается с уборочной кампании, в ходе которой измельченные пожнивные остатки равномерно распределяются по полю. В результате формируется почвозащитное покрытие, которое противостоит ветровой и 250 водной эрозии, обеспечивает сохранение влаги, препятствует произрастанию сорной растительности, способствует активизации почвенной микрофлоры, является базисом для возобновления плодородного слоя и повышения урожайности культур. Функции. Пожнивные остатки и мульча являются универсальными средствами для сохранения влаги на протяжении всего вегетационного периода. Эта система действенна в любом климатическом поясе, несмотря на то, что испарение увеличивается с севера на юг. Слой из пожнивных остатков эффективен как для влаго- и снегозадержания, так и для последующей защиты от испарения. Кроме того, укутывая почву покрывалом пожнивных остатков, мульча создает разность температур – воздуха и верхнего слоя почвы, что провоцирует появление конденсата, который в виде росы выпадает на поверхности земли. Пожнивные остатки защищают почву от перегрева в период засухи. До посева и после сбора культур слой из пожнивных остатков защищает посевные площади от произрастания сорняков. Наиболее дешевым и наиболее эффективным средством борьбы с эрозией и обогащения почвы органическими веществами является процесс управления растительными остатками. Многие ученые утверждают, что именно пожнивные остатки способствуют сокращению эрозии почв. Когда на поле остается 100% пожнивных остатков, это сводит эрозию почв до 0%, при 50% сокращение эрозии составляет 83%, когда же на поле остается всего 10% пожнивных остатков, сокращение эрозии составляет 30%. Растительные остатки – основа для восстановления плодородного слоя. С пожнивными остатками в почву возвращаются все использованные минералы плюс новая органическая масса. Органика нарастает за счет оставленных на поверхности почвы пожнивных остатков, которые в процессе переработки микроорганизмами и бактериями в дальнейшем способствуют увеличению плодородного слоя. Поскольку нет необходимости в дополнительных способах восстановления плодородия, управление пожнивными остатками позволяет отказаться от паров, малоэффективных и экономически невыгодных. 251 Севооборот. В системе No till особое внимание уделяется севооборотам. Чередование культур – это только часть севооборота. На подбор культур для севооборота влияет много факторов. Например, в модельном хозяйстве Корпорации «АгроСоюз» при подборе севооборота учитывают более 40 факторов, которые можно разбить на несколько групп: экономика, защита растений, климат, разнообразие культур, количество пожнивных остатков, нагрузка на технику, удаленность полей, и т.д. Каждый должен выбирать севооборот под свое хозяйство. Но есть ряд принципов, которые неукоснительно работают при любых условиях: принцип ежегодного чередования культур злаковых и широколистных, а также смена культур теплого и холодного периода. Принцип влияния предшественника на культуру – аллелопатия. Функции. Правильный севооборот снижает рост сорняков, уменьшает заболеваемость сельхозкультур, оптимизирует использование питательных веществ и влаги, распределяет нагрузку на технику, увеличивает потенциальную рентабельность хозяйства. Сидераты и солома на мульчу. Для увеличения органического вещества в почве, стимулирования микробиологической активности и выработки почвенного азота, подавления роста сорняков, улучшения структуры почвы, снижения выщелачивания питательных веществ и эрозии, для снего- и водозадержания высевают сидеральные культуры. Различают озимые покровные культуры, зеленые удобрения летнего периода, подсевные и фуражные культуры. К сидератам относятся технические культуры, зерновые или их смеси. В качестве сидератов можно применять различные виды растений, которые не должны конкурировать с сельхозкультурами по стоимости, затратам труда и времени. Сидераты – эффективный инструмент влияния в ресурсосберегающем земледелии при условии правильной интеграции в севооборот. Функции. Сидерат увеличивает содержание органических веществ в почве, уменьшает затраты на удобрения, накапливает азот. В дальнейшем экономия расхода азотного удобрения компенсирует затраты на сидеральные культуры. Это легко проверить, если сравнить стоимость азотного удобрения со стоимо252 стью семян сидератов и затратами на их посев и заделку. Однако этот расчет не учитывает дополнительных преимуществ использования покровных культур: увеличение инфильтрации воды. Не менее значимым преимуществом включения в севооборот сидератов является сокращение использования гербицидов. В случае с аллелопатической покровной культурой ржи – снижаются затраты на борьбу с насекомыми-вредителями, нематодами. Сидераты – это еще и поддержание необходимого уровня органических веществ в почве, что обеспечивает здоровое состояние пахотного слоя. Циркуляция органических веществ и водопоглощение в здоровых почвах значительно лучше, что повышает жизнестойкость сельскохозяйственных культур, а значит и урожайность. Мульчирование почвы за счет покровных культур – уменьшает эрозионные процессы и сохраняет влагу в почве. Технологические операции в системе No till Уборка. Переход на сберегающее, почвозащитное земледелие начинается с уборочной кампании. Именно в этот период формируется основа нулевой технологии обработки почвы – слой из пожнивных остатков. Три критерия успеха: высота среза на уровне 20 см, оптимальная величина измельчения нетоварной доли урожая – менее 5 см и равномерное распределение их по полю. Культивация (только в переходный период от традиционного земледелия к No till). Специалисты советуют применять поэтапный переход к нулевой технологии через минимальную обработку почвы, которая исключает отвальную вспашку, но еще использует культивацию. Последняя необходима для выравнивания поверхности посевной площади при сохранении естественной структуры почвы и механической борьбы с сорняками на период формирования слоя из пожнивных остатков. Посев. Прямой посев по пожнивным остаткам, который практически не нарушает структуру почвы, предотвращает эрозию, снижает потерю влаги. 253 Защита. При обработке сельскохозяйственных культур от болезней, вредителей и сорняков необходимо максимально покрывать рабочим раствором листовую поверхность растений и равномерно распределять пестициды. Для реализации данной технологии и оптимизации производственных процессов растениеводства в модельном хозяйстве Корпорации «Агро-Союз» используют следующий набор техники. Техника для ресурсосберегающей технологии Система оптимизации расходов в No till основывается на использовании современной ресурсосберегающей техники. Корпорация «Агро-Союз» по лицензии немецкой компании HORSCH производит широкозахватную ресурсосберегающую технику HORSCH – АГРО-СОЮЗ: 18-метровые культиваторы (на переходный период – минимальная обработка почвы, выравнивание поверхности) и посевные комплексы. Используя 9-метровую жатку Honey Bee и бункер накопитель, который способен производить выгрузку на ходу, специалисты «Агро-Союза» смогли сократить время простоя комбайна, количество обслуживающего автотранспорта и увеличить полевой коэффициент производительности техники с 0,65 до 0,95. Технологию No-Тill применяют и на Северном Кавказе, в частности КСП «Предгорье Кавказа» Северского района Краснодарского края. Хозяйство на площади 5,6 тыс. га в течение 8 лет применяло минимальную обработку, а в последние два года переходит на нулевую технологию. Почвы в хозяйстве тяжелые, заплывающие, расположенные на склонах крутизной до 10о. Осадков выпадает от 250 до 850 мм. В 1996 году, например, была засуха, в 1997 году – непрерывные дожди с мая по ноябрь (850 м осадков). И тем не менее хозяйство получило самый высокий в районе урожай (при нулевой технологии обработки почвы) – 39,4 ц/га в 1996 году (19,2 га по району). Высокая урожайность получена не только за счет нулевой технологии. Минимализация позволила качественно выполнять сократившееся количество агротехнических операций, проводить их в оптимальные сроки. Хозяйство получает ежегодные прибыли. Специалисты доказали, что никакой обработки почвы не нужно при посеве подсолнечника, кукурузы, всех злаков, ози254 мых и яровых, сои и ряда других культур. В хозяйстве четко придерживаются позиции – не рыхлить землю. Даже весеннее закрытие влаги (поверхностное рыхление) не проводится. Считают, что нарушение капилляров действительно сокращает испарение влаги, но оно одновременно не позволяет охлаждаться почве, что создает дискомфортные условия для растений, а также не способствует поглощению почвой влаги из воздуха в ночное время. Только в случае образования мощной поверхностной корки признается целесообразность рыхления. Наиболее масштабным, значительным направлением развития альтернативных подходов к земледелию, бесспорно, является опыт разработки и освоения почвоводоохранной системы в районах проявления засух, ветровой и водной эрозии почв. Почвоводоохранные комплексы, разработанные в Алтайском крае, с участием авторов, в шестидесятые-семидесятые годы прошлого столетия и реализованные в разных зонах края, надежно защищают почву и обеспечивают устойчивые урожаи и поныне. В качестве модели почвоводоохранной ландшафтноконтурной системы земледелия для районов с водной эрозией почв Алтайским НИИ земледелия и селекции совместно с сельскохозяйственными органами была отработана система земледелия колхоза «Красное знамя» Первомайского района, расположенного на территории сильно расчлененной ОбьЧумышской равнины. Колхоз имел 21,2 тыс. га земли, в том числе 10,6 тыс. га пашни. Из них 3918 га расположено на склонах от 1 до 3°, 2200 га – от 3 до 5° и 2500 га – на склонах с уклонами более 5°. Здесь много логов и оврагов. До освоения целинных и залежных земель рост оврагов был незначительным. После распашки устойчивость открытой поверхности к смыву и размыву по сравнению с целинной дерниной резко упала, объемы и интенсивность стока возросли. Водной эрозии подверглось 5181 га пашни. Скорость роста оврагов возросла до 50-70 и даже 100 пог. м в год. Поэтому в середине шестидесятых годов был разработан проект почвозащитного комплекса колхоза. В соответствии с этим проектом все овражно-балочные системы были обвалованы (построено 46 систем), часть оврагов сположена, все водотоки залужены, более мощные облесены. С учетом конфи255 гурации пахотных массивов, направления и крутизны склонов нарезано 260 рабочих участков-контуров. На них введено 12 почвозащитных севооборотов с короткой ротацией, полосным размещением культур, залужением сильноэродирующих контуров. В севооборотах введено контурное и контурнополосное размещение зерновых, пропашных и других культур, а также чистых паров. Освоены почвозащитные технологии обработки почвы и возделывания культур: безотвальная обработка поперек склонов, посев зернопрессовыми сеялками, мульчирование почв соломой, щелевание и другие. Введение этих мер позволило полностью приостановить рост оврагов и уменьшить поверхностный сток и смыв более чем в три раза, а также ввести в действие такие факторы интенсивного влагонакопления, как стерня, кулисы и полезащитные лесополосы. В колхозе за 1970-1972 гг. было посажено 179,6 га приовражных, прибалочных, водорегулирующих и снегозащитных (вдоль дорог) лесонасаждений и 116 га полезащитных лесных полос (в основном по границам полей-контуров). Все затраты на введение и освоение организационнохозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических мероприятий составили 360 тыс. руб. Они окупились прибавками урожаев полностью к 1977 г. Средний урожай зерновых культур после освоения комплекса возрос до 14-15 ц/га. В предшествующие годы он не превышал 7,6 ц/га. Модельной системой для районов, где имеет место совместное проявление водной и ветровой эрозии почв, является почвозащитная контурно-ландшафтная система земледелия опытного хозяйства им. В.В. Докучаева. За этим хозяйством закреплено 13 тыс. га сельскохозяйственных угодий, в том числе пашни 7908 га. Все пахотные земли прилегают к левому берегу реки Оби. Рельеф местности – всхолмленная равнина с густой сетью оврагов и балок. Колебания отметок достигают 30 м, 70% пашни расположено на склонах крутизной от 1 до 5°. Даже в зимнее время на обработанных отвальными орудиями полях могут возникать пыльные бури. В хозяйстве все земли в зависимости от степени подверженности эрозии и крутизны склонов разбиты по категориям, выделены рабочие участки-контуры, определено их использова256 ние. На пахотных землях введены почвозащитные севообороты с полосным размещением многолетних трав, однолетних культур и пара, залужены буферные полосы и водотоки многолетними травами, освоены глубокая поздняя обработка почвы (для лучшей аккумуляции талых вод), щелевание зяби и многолетних трав, обработка почвы поперек склонов и по горизонталям, проведено сполаживание оврагов, устроены бетонные быстротоки, построено 18 прудов, освоено 130 га орошаемых участков, посажено около 200 га полезащитных лесонасаждений, обвалованы все овраги и колки. Основу агротехнических противоэрозионных мероприятий в хозяйстве составляет плоскорезная обработка почвы. Применение плоскорежущих орудий позволяет успешно решать вопросы борьбы как с ветровой, так и с водной эрозией почв. Освоение почвоводоохранного комплекса позволило предотвратить потери плодородного слоя почвы от водной и ветровой эрозии, повысить коэффициент использования осадков. Если до освоения комплекса производство зерна на 1 т осадков составляло по хозяйству 0,34 кг, то после освоения – 0,50 кг. Средняя урожайность зерновых после освоения комплекса (1971-1982 гг.) в хозяйстве составила 19,6 ц/га и увеличилась на 7,9 ц/га, а валовой сбор зерна возрос на 38%. Моделью ландшафтной контурно-мелиоративной системы для острозасушливых равнинных открытых степных районов является совхоз «Кулундинский». Это хозяйство расположено на юго-западе Кулундинской степи. Климат здесь отличается частыми засухами, сильными ветрами. По ветроустойчивости земельная площадь совхоза на 96,9% представлена сильно- и среднеподатливыми к эрозии почвами. Распаханность территории 78,5%. До 1965 г. в совхозе применялась только отвальная обработка почвы, которая способствовала ее распылению. Это привело к проявлению на больших площадях ветровой эрозии. Уклоны местности в хозяйстве не превышают 1-2°, однако сток талых и ливневых вод наблюдается. Как и в других зонах, он может, наряду с дефляцией, причинять при высокой распаханности и отвальных обработках почвы значительный ущерб. В хозяйстве был разработан и внедрен в производство комплекс организационно-хозяйственных, агротехнических и 257 лесомелиоративных мероприятий. В основу его были положены противоэрозионная прямоугольно-контурная организация территории, почвозащитные севообороты с полосным размещением культур, залужением и облесением сильноэродирующих участков-контуров, плоскорезная обработка почвы, посев противоэрозионными стерневыми сеялками, оазисное орошение и полезащитное лесоразведение. В отличие от других хозяйств, здесь не ограничились залужением эродирующих земель и закладкой буферных полос из многолетних трав, а провели работы по посадке полезащитных, противоэрозионных, придорожных лесополос, зеленых зон вокруг населенных пунктов, прудов, водоемов, ферм. Всего за 1965-1970 гг. здесь было посажено 2,1 тыс. га защитных лесополос (4,8% к площади пашни). По мере их роста буферные полосы из многолетних трав распахивались, освобождающиеся участки (контуры) использовались для возделывания более продуктивных и ценных культур таких, как яровая пшеница и кукуруза. Для определения эффективности почвозащитных контурно-мелиоративных комплексов с применением защитных лесонасаждений и без них сравним показатели хозяйственной деятельности совхоза «Кулундинский» и прилегающего к нему колхоза им. Шевченко Павлодарской области Казахстана. Этот колхоз имеет лесонасаждений. Несмотря на то, что пахотные земли колхоза несколько лучше, чем в совхозе (в колхозе преобладают темно-каштановые, а в совхозе – каштановые почвы), здесь залужено 49% площади сельхозугодий, а в совхозе – только 18%. Из каждых 100 га сельхозугодий в совхозе под зерновыми, кормовыми и другими интенсивными полевыми культурами используются 78 га, а в колхозе – только 51 га. Хотя в совхозе зерновые возделываются практически на всех землях, включая и эродирующие малоплодородные участки, средняя многолетняя урожайность их превышает урожайность в колхозе и других прилегающих хозяйствах на 1-2 ц/га, а выход валовой продукции земледелия в перерасчете на 100 га сельхозугодий в совхозе выше на 30-50%. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации издало в 2001 году практическое руководство “Ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных куль258 тур”, подготовленное сотрудниками Самарского научноисследовательского института сельского хозяйства им. Н.М. Тулайкова под руководством доктора сельскохозяйственных наук В.А. Корчагина. В нем говорится, что в новых экономических условиях ресурсосбережение выступает в качестве одного из важнейших направлений в структурной перестройке методов ведения сельскохозяйственного производства. Ограниченность невосполнимых энергетических затрат, возрастание их доли в структуре себестоимости продукции диктуют необходимость перехода на менее трудоемкие ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур. На основе многолетних исследований в научных учреждениях, накопленного производственного опыта, последних достижений в сельскохозяйственном машиностроении и разработке средств защиты растений сложились объективные условия для массового перехода на новые технологии, основанные на принципах ресурсосбережения. Главными предпосылками освоения таких технологий являются: − новые подходы к формированию основных элементов систем земледелия, основанных на принципах природоохранного землепользования, ресурсосбережения и экологической безопасности; − потребности рынка – обеспечение максимальной окупаемости вкладываемых в производство средств интенсификации; − успехи в разработке и освоении новых машин, орудий и комбинированных агрегатов, способных обеспечить в массовом порядке переход на ресурсосберегающие способы обработки почвы, посева и ухода за посевами. Кроме того, в большинстве хозяйств техника пришла почти полностью в негодность – она устарела не только физически, но и морально. Поэтому возникла необходимость быстрого обновления парка сельскохозяйственных машин. 259 Ресурсосбережение отвечает также требованиям природоохранного земледелия. Переход на ресурсосберегающие технологии позволит избежать ухудшения физических свойств пахотных земель, деградации почвы, вызванной многократными проходами по полям тяжелых тракторов и сельскохозяйственных машин. По обобщенным данным научных учреждений Самарской области, уплотнение почвы в связи с использованием тяжелой техники и интенсивными обработками приводит к снижению урожайности на 12-30%, ухудшению агрофизических свойств почвы, усилению процессов эрозии. По данным Самарской ГСХА (Казаков Г.И.), объемная масса почвы после двух проходов трактора ДТ-75 увеличивается весной в пахотном слое на 3%, трактора К-700 – на 6%, а после четырех проходов – соответственно, на 9 и 18%. В научных учреждениях Поволжья накоплен большой экспериментальный материал по разработке ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. В последние годы проводятся широкие производственные испытания и освоение новых технологий возделывания зерновых культур, пропашных, картофеля и кормовых трав с использованием отечественных и зарубежных комплексов в хозяйствах Самарской области. Освоение ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур на площади не менее 1,5-1,7 млн га позволит сэкономить в условиях области только на обработке почвы не менее 25-30 тыс. т дизельного топлива, обеспечить более экономное использование удобрений и средств защиты растений. В заключение настоящего аналитического обзора развития теории и практики альтернативного земледелия в конце двадцатого – начале двадцать первого столетия можно констатировать, что: а) многообразие природно-климатических и социальноэкономических условий в мире предопределило многообразие и специфичность как организационно-хозяйственных, так и агроэкономических решений, обеспечивающих экономико-экологическую эффективность хозяйствования применительно к местным условиям; 260 б) все решения представляют тот или иной интерес применительно к условиям юга Сибири и могут быть использованы как в практической работе, так и в теоретических обоснованиях местных моделей хозяйствования. Раздел 3.4. БИОТЕХНОЛОГИИ – ОСНОВА ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ИННОВАЦИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ 3.4.1. Анализ причин низкой конкурентоспособности земледелия на юге Сибири Мы проанализировали более чем полувековой опыт целинного земледелия и пришли к выводу, что имеющиеся в регионе ресурсы используются не в полной мере. Мобилизация научно-технического, организационного, природно-климатического потенциала позволяет хозяйствовать более успешно. В районах Северного Кавказа, Поволжья, Южного Урала, Сибири, Северного Казахстана и других аридных и субаридных территорий бывшего СССР распашка целинных земель в середине прошлого столетия привела, наряду с определенным ростом производства продукции сельского хозяйства, к резкому нарастанию процессов ветровой и водной эрозии, усилению проявлений засухи. Для успешного ведения земледелия в этих условиях требовалась разработка специфических технологий. За прошедшие десятилетия после освоения целины такие технологии были наработаны. В их основе: почвозащитная организация территории, четырехпольные зернопаровые севообороты и обработка почвы с сохранением стерни. Однако освоение почвоводоохранных мер в реальной практике не всегда строго обеспечивалось и ожидаемых результатов не давало: в хозяйствах высокой культуры земледелия собирали до 1,5-2,0 т/га зерна, в большинстве же предприятий урожаи зерна не превышали 1,0-1,5 т/га. Расходы не покрывались выручкой от реализации. Долги государству катастрофически нарастали. Продукционный потенциал территорий при освоении почвоводоохранных мероприятий ис261 пользовался и используется не в полной мере. Как правило, не окупались затраты на орошение и удобрение. Имевшие место повторные и даже бессменные посевы яровой пшеницы способствовали засорению полей. Директивность агротехники сдерживала творческий поиск, вела к формализму и шаблону в агрономии. Были и другие причины, негативно воздействующие на результаты хозяйственной деятельности этих территорий. В целом, низкий уровень рентабельности зернового хозяйства способствовал, особенно в годы перестройки, массовому банкротству сельскохозяйственных предприятий и продолжает сдерживать формирование современных адаптированных к рынку новых сельхозтоваропроизводителей. Для того, чтобы правильно определиться с мерами, обеспечивающими повышение конкурентоспособности сельскохозяйственного производства в районах периодически повторяющихся засух, ветровой и водной эрозии почв, необходимо дать агроэкономическую оценку природным ресурсам, организации, технике и технологии полеводства советского периода, вскрыть причины высокой затратности и низкой продуктивности целинного земледелия. Как показывают многочисленные исследования, природно-климатический потенциал региона позволяет собирать до четырех-пяти тонн зерна с гектара. Однако реализация его сдерживается, на наш взгляд, прежде всего организационными причинами. Проанализируем основные из них. Первое. Хроническая необеспеченность яровой пшеницы достойными предшественниками и её преодоление. Наиболее характерными недостатками в почвоводоохранных технологиях были систематические требования центра (в связи с почти ежегодным выпадением озимых в европейской части) корректировать структуру посевных площадей на целине в сторону увеличения посевов яровой пшеницы. Это можно было делать только за счет сокращения клина кормовых культур в пашне и снижения удельного веса чистых паров. Тем и предопределялась неизбежность нарушения севооборотов. От научно обоснованных схем чередования культур сельхозпредприятия вынуждены были отказываться и размещать посевы наиболее ценных культур по слабым предшественникам. Так, яровая 262 пшеница по пшенице возделывалась до пяти-семи лет. При этом нарастало истощение почвы, требовались дополнительные затраты на борьбу с сорняками, а урожаи неотвратимо снижались. Причем все апробируемые в регионе схемы севооборотов не обеспечивались как организационно, так и технологически. Так, травопольные севообороты в сороковых-пятидесятых годах не соблюдались из-за трудностей получения полноценных травостоев. Подпокровный посев и систематические засухи сводили к минимуму площади под многолетними травами, а там, где травы выживали, продуктивность их была низкая. Несмотря на это, крестьяне стремились сохранить хотя бы такие угодья (для выпаса телят, весенних подкормок молочного стада). Поскольку научно обоснованная ротация в этих севооборотах не обеспечивалась – пшеница по пшенице возделывалась также до 5-7. Заявляемые в последующем в рекомендациях науки зернопропашные и зернопаровые севообороты не соблюдались, потому что кукурузу стремились размещать на постоянных прифермских участках, а пары, как уже отмечалось, уходили под дополнительные посевы яровой пшеницы. Попытки вводить озимую рожь также были тщетны – она, как правило, вымерзала из-за суровости климата и некоторых упрощений технологии возделывания и замещалась опять же яровой пшеницей. Попытки расширить клин под посевами гороха в целях обеспечения пшеницы хорошим предшественником успеха не имели, потому что страна требовала зерно сильных пшениц и принимала горох по неоправданно низким ценам. В итоге на целине преобладала и, в значительной мере, преобладает сейчас монокультура пшеницы. Это главный бич, главный потребитель неокупаемых затрат целинного земледелия. Однако положение не безнадёжно. Как показывают передовой опыт и расчеты, сокращение клина яровой пшеницы до 50% и, соответствующее расширение под фуражными, кормовыми на сенаж, техническими, пропашными и некоторыми другими культурами позволит поднять урожаи яровой пшеницы за счет размещения по лучшим предшественникам в 1,5-2 раза, существенно увеличить сборы полнорационных кормов, крупя263 ных, масличных и других технических культур, снизить совокупные технологические затраты. Данные учетов урожаев яровой пшеницы по разным предшественникам в базовых хозяйствах и опытных учреждениях региона подтверждают следующие тенденции: если пшеница по чистому пару дает от 1,0 т/га в сухих степях до 1,5-2,0 т/га – в лесостепных районах, то пшеница по пшенице второй-третьей культурой – соответственно, от 0,3-0,5 т/га в сухих степях до 0,8-1,0 т/га в лесостепи. По гороху, зерносмесям, кормосмесям, крупяным, пропашным, техническим культурам первая пшеница приближается к уровню урожаев по пару, а последующие повторные посевы её также снижают урожаи в 1,5-3,0 раза. Второе. Неоправданно затратная и неэффективная технология парования. Известно, что наиболее затратное звено почвозащитного земледелия – чистый пар. Рекомендуемая зональными НИИ технология парования (две глубоких и 3-5 мелких обработок) способствовала распылению поверхностного слоя почвы и резкому ослаблению противоэрозионной устойчивости земли, активизации ветровой эрозии почв, а также чрезмерной минерализации органического вещества. Известно также, что избыточная минерализация способствует вымыванию доступных питательных веществ, переводу их в связанные недоступные для растений формы. Так, в чистых парах за сезон за счет чрезмерной минерализации накапливается до 350-500 кг/га минерального азота, а на формирование одного урожая зерна в 1,5-2,0 т/га расходуется до 60-80 кг/га в год. То есть, как минимум, 300 кг/га избыточно накопленного минерального азота (эквивалентного 700-800 кг азотных туков) теряется безвозвратно. Эффективность чистых паров в борьбе с корнеотпрысковыми сорняками также сомнительна. Многократные обработки не уничтожают корневые отпрыски, а размножают их за счет деления на отрезки. Ослабленные отрезки под первой пшеницей после пара частично приживаются, под второй – набирают вегетативную массу и под третьей культурой (как правило – под овсом) формируют генеративные побеги, выходят в верхний ярус и буйно цветут. Во время уборки зерновых с помощью летучек 264 семена сорняков рассеваются на соседние поля и другие прилегающие территории. Осоты любят рыхлую, такую как в чистых парах, почву. Минимализация обработок способствует активному угнетению корнеотпрысковых. Это и дешевле, и эффективнее, чем парование обработками. То есть нужна, как минимум, другая технология парования. Прибавки урожаев по чистым парам в среднем по региону, как показали обследования и обоснование нормативов, не превышали 2,8-3,4 ц/га по первой пшенице и 1,2-1,4 ц/га – по второй. Суммарная прибавка – 4,0-4,8 ц/га, а недобор урожая за год парования составляет 8,0-10,0 ц/га. Затраты на парование эквивалентны стоимости одного урожая. Плюс цена недобора (8,010,0 ц/га). Разумеется, при таких раскладах затраты не окупаются урожаями, убыточность зернового хозяйства предопределена порочной технологией. Нужны инновационные технологии, и мы их предлагаем (см. далее). Третье. Существенные удары по экономике зернового хозяйства наносила и наносит ограниченность набора культур. Незначительный удельный вес в структуре посева крупяных, технических, кормовых культур и их высокоурожайных смесей на зерно, на сенаж и зерносенаж, с одной стороны, резко ограничивает возможности размещать яровую пшеницу по хорошим предшественникам и, с другой, ведет к недобору урожая этих ценных культур. Известно, что биопотенциал культур, цена урожая и требования к технологиям существенно разнятся. Вот какие результаты мы получили, анализируя выборки урожаев по культурам в умеренно увлажненных районах при возделывании их по зональным технологиям. Удельный вес яровой пшеницы составляет при этом 65-70%. Простое увеличение площадей возделывания таких высокорентабельных культур, как: горох, овес, гречиха, подсолнечник, зерносмеси и кормосмеси на сенаж, позволяет существенно поправить экономику. А возделывание их с применением гибких энергоресурсосберегающих технологий, разработанных в последние годы нашим творческим коллективом, позволяет удвоить урожаи и 265 Культура Урожайность, т/га Цена 1 т урожая, тыс. руб. Затраты на возделывание, тыс. руб/га Стоимость продукции с 1 га, тыс. руб. Условный чистый доход с 1 га, тыс. руб. Окупаемость затрат, % выход продукции как этих культур, так и их смесей, а урожай яровой пшеницы поднять до 2,0-2,5 т/га, снизив ее посевы в структуре до 45-50%, сохранить объемы производства. Таблица 4 Среднемноголетние статистические показатели эффективности возделывания культур (1954-2006 гг.) Расчеты выполнены в сопоставимых ценах Яровая пшеница Озимая рожь Горох Овес Гречиха Подсолнечник Зерносмеси Зерносенаж Кукуруза на силос 1,2 1,2 1,2 1,8 0,8 0,8 3,0 4,5 т к.е. 3 т к.е. 3,0 2,0 5,0 2,0 5,0 6,0 3,0 3,0 2,0 3,2 2,2 3,0 2,2 2,2 2,2 2,2 2,5 3,0 3,6 2,4 6,0 3,6 4,0 4,8 9,0 13,5 6,0 0,4 0,2 3,0 1,4 1,8 2,6 6,8 11,0 3,0 113 109 200 163 182 218 407 540 200 Четвертое. Почвозащитные технологии предполагают значительный удельный вес высокозатратных глубоких обработок почвы. Как показали наблюдения ученых развитого зернового пояса, столь глубокие и частые обработки почвы излишни: затраты ресурсов на себя берут значительные, а достоверных прибавок урожая не дают. Роль чередования стержнекорневых и мочковатокорневых культур в формировании оптимального сложения корнеобитаемого слоя долгие годы недооценивалась. За последние десятилетия представления о технологиях возделывания зерновых и других культур в странах Западной 266 Европы и США претерпели существенные изменения. В начале и в первой половине XX века шел процесс интенсификации технологий путем углубления обработки почвы, внесения высоких доз органических и, особенно минеральных удобрений, широкого использования химических средств защиты растений. По мере развития и совершенствования средств химзащиты растений ученые и производственники все больше приходили к выводу о нецелесообразности ежегодных глубоких отвальных обработок почвы, о возможности уменьшения глубины и сокращения их числа за счет применения более совершенных гербицидов. Однако одновременно нарастало химическое загрязнение почв и продуктов сельского хозяйства. В этих условиях в земледелии развитых стран обозначились новые тенденции – тенденции экологизации производства продуктов питания, которые востребовали освоение альтернативных биологических и адаптивных систем земледелия, как правило, исключающих применение гербицидов. Биологический блок новых, ныне осваиваемых в развитых странах технологий включает: - использование свойств растений разных биологических групп воздействовать угнетающе или стимулирующе друг на друга (примеры: горохоовсяная смесь дает более высокий урожай, чем посевы этих культур в чистом виде; озимая рожь хорошо подавляет сорняки, распространенные в посевах яровых зерновых); - использование свойств растений формировать более или менее благоприятные почвенные условия для последующих культур (правильный подбор предшественников, освоение плодосменных севооборотов); - мульчирование почвы соломой, сидератами, другими растительными остатками в целях создания органической подушки на поверхности поля. На основе использования этих свойств растений формируются приемы сокращения числа обработок почвы, совмещения технологических операций, уменьшения глубины обработок, прямого посева и другие. В климатических и хозяйственно-экономических условиях Сибири переход на биологическое (консервирующее) земледе267 лие весьма актуален, причем, в гораздо большей степени, чем в большинстве других земледельческих районов России. За рубежом и в передовых хозяйствах России и Алтайского края сейчас применяются биологическая, консервирующая, экологическая и другие альтернативные системы земледелия. Неотъемлемой частью этих систем является минимализация обработки почвы, включающая ежегодное мульчирование полей, выходящих из-под яровой пшеницы, соломой; раннюю мелкую зяблевую обработку всех агрофонов; освоение двухпольных звеньев многопольных плодосменных севооборотов и предпосевную обработку почвы с посевом агрегатами ЭРА-П (энергоресурсосберегающие почвообрабатывающие посевные машины). Глобальное значение технология минимальной обработки приобрела благодаря ее экологическим и экономическим преимуществам, которые заключаются в ограничении ветровой и водной эрозии почвы, повышении ее плодородия, а также в значительном снижении производственных затрат. Стремление к снижению затрат в земледелии подняло интерес к прямому посеву, то есть к полному отказу от предварительной обработки почвы, однако увлекаться технологиями No till в Сибири рискованно из-за короткого безморозного периода. Здесь нужны свои сибирские подходы и решения. Но и недопустимо, имеющее пока место, отставание в их освоении. Раскачка и медлительность в этом деле расточительны. Пятое. Материально-техническое обеспечение АПК. Осуществляемая в России с начала 90-х годов прошлого века экономическая реформа внесла существенные коррективы в работу АПК. В ходе ее реализации бывшие колхозники и рабочие совхозов стали акционерами, получили земельные наделы и имущественные паи. Одновременно с этим были разрушены хозяйственные механизмы управления отраслью, ее материальнотехнического обеспечения и стимулирования. Под предлогом саморегулирующей роли рынка ошибочно ликвидированы жизненно важные институты государственной поддержки села, государственного регулирования и контроля. В этих условиях произошел существенный спад сельскохозяйственного производства, резко сократились посевные площади, поголовье скота и птицы, снизились урожайность 268 сельскохозяйственных культур и продуктивность животных. Большинство предприятий стали убыточными. Активизировались процессы банкротства. Материально-техническая база села в целом по стране как морально, так и физически устарела. Моральное старение связано с косностью директивной агрономии и планового сельхозмашиностроения. Время потребовало принципиально новых агротехнологий, новых машин современных конструкций, однако страна (и крестьяне, и машиностроители, и наука) оказалась не готова к скоростному решению таких задач. В целом посевные комплексы из семейства противоэрозионных машин по данным ежегодной госприемки посевов обеспечивают полевую всхожесть семян не более 70-80%, т.е. недобор урожая закладывается уже при посеве в размере 20-30%. Западная техника более совершенна, более производительна, допускает меньше потерь, но дорогая и не всегда адаптируемая к Сибирским условиям. Нужны отечественные машины нового поколения. Сегодня в условиях дефицита финансовых средств, почти полной изношенности техники, едва ли сельхозтоваропроизводитель найдет другой путь, кроме освоения энергоресурсосберегающих технологий. Простой расчет подтверждает: если остановить «безумие пахаря» (Э. Фолкнер), то имеющегося количества тракторов с учетом использования новых прицепных машин вполне достаточно для осуществления техникотехнологического прорыва в растениеводстве. Однако для осуществления технического перевооружения села нужны ресурсы, нужен механизм кредитования сельхозмашиностроителей, изготавливающих новую технику для гибких наукоемких энергоресурсобсерегающих технологий. Как один из реальных вариантов решения этой проблемы может быть краевой фонд технического перевооружения со схемой кольцевого натурально-финансового кредита, который бы кредитовал инновационные программы на изготовление перспективных машин. Новые машины по договорам фонда с заводом и сельхозпредприятием должны поступать на поля и оплачиваться по договорным нормам зерном и другой продукцией в интересах дальнейшего развития и реализации инновационных программ. 269 Шестое. Как показывает анализ, рост производства продукции сельского хозяйства сегодня сдерживается не только природно-климатическими и социально-экономическими причинами. Одна из основных причин низкой эффективности и устойчивости земледелия – отсутствие достаточно глубоких методологических и методических обоснований приемов и принципов его интенсификации. Пока научное обеспечение совокупности мер по повышению эффективности и устойчивости земледелия недостаточно полное, а главное, недостаточно системное. Имеющиеся разработки не всегда учитывают всю совокупность факторов и условий земледелия в их диалектической взаимосвязи, при внедрении очень часто ожидаемого эффекта не дают. Знание теоретических основ земледелия, его объективных законов в условиях рыночной экономики приобретает особую актуальность, так как помогает сельским товаропроизводителям в выборе наиболее целесообразных, наиболее эффективных решений. Нужна новая гибкая, продуманная система подготовки и переподготовки кадров руководителей и специалистов. Институт повышения квалификации должен радикально перестроить свою работу. В нем необходимо организовать сеть школ передового опыта (инкубаторов), для работы в которых нужно привлечь лучшие научно-педагогические кадры, использовать базу лучших хозяйств, применяющих современные инновационные технологии. 3.4.2. Приемы и принципы минимализации затрат на почвоводоохранные мероприятия при возделывании полевых культур в районах проявления засухи и эрозии почв Среди агрономических мероприятий по обеспечению экономичного ведения земледелия наряду с решением задач оптимизации условий продукционного процесса в растениях технологическими средствами важное (особое в стратегическом плане) место занимают меры по рациональной, научно обоснованной организации территории землепользования. Устойчивые агроландшафты обеспечивают возможность получения устойчи270 вых урожаев при минимальных технологических затратах и экологическую безопасность производства. Опыт западных стран по минимализации обработки почвы и биологизации земледелия применим в Сибири только с коррекцией на местные условия. Дело в том, что зерновое хозяйство на юге Сибири, как и в США, Канаде, приходится вести в условиях частого проявления засух, водной и ветровой эрозии почв. Однако в отличие от США и Канады в Сибири жесткий континентальный климат с более суровыми зимами, глубоким промерзанием почвы, острыми июньскими засухами. В Сибири, ее земледельческих районах, более высокая распаханность территории, население рассредоточено в сельских поселениях. В условиях бездорожья оно вынуждено заниматься животноводством и хлебопашеством одновременно и делать это по месту жительства. В отличие от североамериканских прерий, степи юга Сибири после пыльных бурь и засух середины шестидесятых годов двадцатого столетия менее обустроены, экологически неблагополучны. Процессы дефляции, смыва и размыва почв в регионе продолжаются. Поэтому на первое место здесь выходят проблемы борьбы с засухой и эрозией почв. Тем не менее накопленный в середине 60-70-х годов собственный опыт почвоводоохранного земледелия, в сочетании с западным, позволяет сформулировать основные принципы его ведения применительно к местным условиям при минимальных затратах материально-технических ресурсов и максимальном включении в этот процесс биопотенциала растений. Какие приоритеты необходимо соблюдать в почвоводоохранном земледелии на юге Сибири, чтобы обеспечить максимальный урожай, сохранность почв и минимальные технологические затраты? Попытаемся обосновать. Первое. Как показал алтайский опыт, одним из узловых звеньев зональных почвоводоохранных систем земледелия является противоэрозионная организация территории, оптимальное размещение культур и введение высокоэффективных севооборотов. Порядок формирования элементов землепользования при этом определяется с учетом противоэрозионной устойчивости земельных угодий, почвозащитных возможностей растительного покрова и специальных гидротехнических сооружений. 271 Исследованиями установлено, что наибольшей почвозащитной способностью обладают естественные травостои, сеяные многолетние травы и их смеси. Хуже защищают почву однолетние культуры сплошного сева, возделываемые на зерно и корма. Еще слабее противостоят эрозии пропашные культуры. Особенно опасны в этом отношении чистые пары. Для районов Сибири по совокупности хозяйственно ценных показателей наиболее рационален следующий порядок формирования элементов землепользования на пахотных землях. Все сильноэродирующие ветроударные пески, крутые склоны (с уклоном более 7-9°), водотоки и водоводы (с глубиной промоин 15-30 см), солонцовые пятна необходимо контурно засевать многолетними травосмесями с использованием урожая на кормовые или семенные цели. На крутых склонах севообороты вводить по схеме: 4-5 лет – многолетние травы, один год – однолетние с подсевом многолетних. Овраги, балки и сложные склоны необходимо обваловывать, сполаживать, проводить лесонасаждения. Можно сооружать также пруды, водоемы, террасы. Подвижные пески закреплять шелюгованием (шелюга – ива красная) и облесением. На землях, подверженных водной, ветровой или совместной эрозии в средней степени, целесообразно вводить полосное размещение культур. Полосы пара шириной 50-100 м чередуют с такими же полосами культур сплошного сева (зерновые, однолетние травы). Если этого недостаточно, то контурно создаются буферные полосы из многолетних травосмесей с пересевом через 4-5 лет пользования. На земельных участках, устойчивых к водной и ветровой эрозии или защищенных от нее мелиоративными средствами, вводятся специализированные севообороты для возделывания сахарной свеклы, картофеля, овощей и других пропашных культур. На землях вблизи ферм в кормовых плодосменных севооборотах можно возделывать кукурузу на силос и однолетние травы на сенаж, используя уплотненные, смешанные и поукосные посевы, позволяющие за два года собрать три урожая. В разных зонах в смесях можно использовать вико- и горохоовес, кукурузу с подсолнечником и другие культуры. Для уплотнения 272 можно сеять донник, просо кормовое, рапс, овес. Лучшие поукосные культуры (после распашки раноубираемых многолетних трав, донника, озимых и однолетних трав на витаминную травяную муку, сенаж и зеленый корм) – рапс, овес и подсолнечник. Наиболее высокий выход продукции дают кормовые севообороты типа: вико- и горохоовсяные смеси на сенаж – озимые на зеленый корм, сенаж плюс поукосно рапс; однолетние травы с подсевом донника – донник (два укоса) или после первого укоса посев рапса; 3-4 года кукуруза по кукурузе на интенсивных фонах, затем 1 год зерновые культуры или однолетние травы. Первые два типа севооборотов обеспечивают удовлетворительную защиту почв от эрозии, третий очень слабо противостоит смыву, размыву и дефляции, поэтому земельные участки подбираются с учетом почвозащитной способности культур. На всех основных пахотопригодных землях в разных зонах целесообразно вводить плодосменные с двухпольными звеньями и зернопаровые севообороты с короткой ротацией типа: чистый пар – озимая рожь на зерно – 1-2 года яровая пшеница – горох – яровая пшеница или чистый пар – 2-3 года яровые зерновые культуры. В борьбе с сорняками особенно эффективны севообороты первого типа. В них, кроме чистого пара, идет активное истребление сорняков в полях, занятых озимой рожью и горохом. Эти два зерновых поля по существу полупаровые. Основную часть многолетних злаково-бобовых травосмесей лучше размещать в зернопаровых севооборотах в качестве выводного поля 4-5 лет пользования. В степных районах на третий год в них целесообразно высевать донник. По травам следует размещать посевы твердой пшеницы и продовольственного проса. На склонах неодинаковой экспозиции и крутизны разница в увлажнении, освещении, а, следовательно, сроках созревания и качестве урожая существенна, поэтому необходимо подходить дифференцированно (по контурам) не только к размещению культур при посеве, но и к организации ухода за посевами и уборки урожая. Так, подготовку рабочих загонов, косовицу и обмолот, формирование равнокачественных партий урожая и другие работы необходимо вести выборочно, с учетом срока 273 созревания и степени засоренности участков (контуров), а не на всем поле сразу. Принципы формирования структуры посевных площадей. Принцип первый. Принципиально важное значение в обеспечении эффективного и устойчивого земледелия играет конъюнктура рынка. Если зональный потенциал культуры, сорта по урожаям уступает мировым уровням, а производственные затраты на единицу продукции превышают среднемировые оптовые цены или в розничной цене составляют более 30-40%, то расширение площадей под этими культурами, сортами бесперспективно. Принцип второй. В то же время потребности внутреннего потребительского рынка должны закрываться продуктами местного производства как из соображений адаптированности населения к ним, так и дифференциации агротехники к рельефу и другим местным условиям. Местные бюджеты в целях обеспечения продовольственной безопасности региона должны датировать производство таких продуктов, как молоко, мясо, зерно продовольственное, овощи, плодовоягодную продукцию. Принцип третий. В рамках земельного участка хозяйства необходимо обеспечивать оптимальное соотношение культур, позволяющее размещать их по лучшим предшественникам и возделывать по наиболее экономичным технологиям в гибких наукоемких плодосменных севооборотах и ценозах. Второе. Как показывают многочисленные экспериментальные и производственные данные, успешное развитие специализированного зернового хозяйства в районах неустойчивого увлажнения невозможно без введения зернопаровых севооборотов. Чистый пар играет роль ремонтного поля, необходимого для внесения органических удобрений. В нем происходят дополнительное влагонакопление и минерализация органической части, обеспечиваются необходимые условия для борьбы с корневищными, корнеотпрысковыми и другими сорняками в почвозащитной системе земледелия. Наибольший выход зерна на гектар пашни дают четырехи пятипольные зернопаровые севообороты с удельным весом паров 20-25%, а кормов – пропашные и другие интенсивные плодосменные кормовые севообороты. 274 Анализ соотношения отраслей в сельхозпредприятиях по зонам, обобщение опыта передовых хозяйств и экспериментальных данных по разным схемам севооборотов позволили рассчитать хозяйственно целесообразные размеры паровых площадей. Установлено, например, что в зависимости от особенностей влагообеспеченности зон, производственной направленности хозяйств, концентрации скота, удельного веса естественных кормовых угодий в Алтайском крае нужно иметь под чистыми, сидеральными и занятыми парами от 5 до 18% площади пашни, в том числе по Западно-Кулундинской зоне в среднем до 15-18%, Восточно-Кулундинской, Приалейской и Приобской – 13-16, Бийско-Чумышской и Присалаирской – 10-13, Приалтайской – 9-12, Алтайской зоне – 5-8%. Однако чистые пары менее устойчивы к водной и ветровой эрозии, чем другие поля севооборота, поэтому с учетом зональных условий необходимо осуществлять разработку технологии парования, обеспечивающую высокую противоэрозионную устойчивость, более благоприятный водно-пищевой режим для последующих культур. По обобщенным данным, в сухостепных районах наиболее перспективны гербицидно-стерневые пары, в более увлажненных на склоновых землях – сидеральностерневые и занятые. Лучшие сидераты и парозанимающие культуры – донник, рапс, горох, просо, викоовес, озимая рожь и некоторые другие. Сидераты необходимо измельчать и разбрасывать на мульчу, а не запахивать. Среди приемов экологизации и энергоресурсосбережения центральное место наряду с зернопаровыми должны занять севообороты с участием эспарцета, люцерны, донника, гороха, озимой ржи. Эти культуры, чередуясь с яровой пшеницей, крупяными и техническими культурами, без дополнительных затрат обеспечивают положительный баланс органического вещества в почве, существенное снижение засоренности полей, улучшение водного и пищевого режима. В условиях дефицита энергоресурсов следует расширять клин под такими культурами, как просо, гречиха, подсолнечник, кукуруза на зерно. Эти культуры высеваются относительно невысокими нормами, достаточно засухоустойчивы и имеют ценные товарные свойства. 275 Третье. В почвоводоохранном земледелии важная роль принадлежит противоэрозионным гидротехническим и мелиоративным сооружениям и мероприятиям. Обычно водозадерживающие валы располагают на склонах у вершин оврагов. Практика показала, что одиночные водозадерживающие и водорегулирующие валы недостаточно эффективны и могут разрушаться талыми водами. Поэтому лучше создавать систему водонаправляющих валов, охватывающих водосбор в целом. Такие сооружения размещают на склонах, где агротехнические меры не обеспечивают полного поглощения талой и ливневой воды. Они служат для транспортировки ее в склоновые водоемы и прерывают поверхностный сток на верхних элементах водосбора. Например, в 1967-1968 гг. в ОПХ им. В.В. Докучаева на экспериментальном водосборе построили вал длиной 4,5 км и склоновый водоем. При этом было лишено питания более десяти оврагов, прекратился их рост. При засыпке и выполаживании лишенных питания оврагов сельскому хозяйству возвращаются земли оврагов, а также межовражные бросовые участки, которые нередко составляют значительную часть овражно-балочных систем. При этом расширяются возможности механизации, повышается безопасность проведения всех сельскохозяйственных работ. Наблюдения показывают, что эродировать могут не только крутые, но и пологие, длинные и даже короткие склоны в случае интенсивного стока, проходящего через них. Поэтому при решении вопросов о залужении или строительстве водоотводящих, водосборных и водосбросных сооружений необходимо учитывать все эти факторы и конкретные местные условия. Принципы контурно-дифференцированного подхода к отводу земельных участков под оазисное орошение, гипсование солонцов, известкование кислых почв, осушение переувлажненных контуров, размещение полезащитных лесонасаждений, внесение удобрений, применение других видов мелиорации обеспечивают наиболее рациональное, оптимизированное использование мелиорантов и других средств повышения бонитета почв, самую высокую окупаемость затрат на мелиорацию, а также исключают применение мелиоративных средств на участках, где 276 они недостаточно эффективны, наиболее капитало- и энергоемки и менее окупаемы. Четвертое. Основой почвоводоохранной системы для многих зон является обработка почвы с сохранением стерни на поверхности поля, применение почвозащитных технологий возделывания полевых культур и ухода за парами. Многочисленные экспериментальные и производственные данные свидетельствуют о высокой эффективности периодической (1-2 раза в ротацию) обработки почвы плоскорежущими орудиями: на легких и средних почвах в степных районах – культиваторами-плоскорезами типа КПШ-5, КПШ-9 на глубину 12-14 см, на более тяжелых почвах на склонах предпочтительнее более глубокая – плоскорезами-глубокорыхлителями типа КПГ250, ГУН-4. На засоренных почвах и склоновых эродирующих участках целесообразна двойная обработка – после уборки урожая боронами БИГ-3 или при их недостатке лущильниками ЛДГ-10, а затем плоскорезами-глубокорыхлителями. Это обеспечивает прибавку урожая зерна по сравнению с плужной не менее 2-4 ц/га. Смыв почвы при этом не превышает 1,5-2 т/га, тогда как при плужных обработках бывает до 30-35 т/га. Плужные обработки на эродируемых землях недопустимы. Пятое. Чтобы накопить сохранить и рационально расходовать влагу в зональных почвоводоохранных системах наряду с организацией территории и введением плоскорезных обработок необходимо: - провести накопление осенне-зимних осадков на склонах, где приостановлен сток, с помощью стерни, кулис, полезащитных лесных полос и механическими средствами снегозадержания; - обеспечить сохранение влаги, уменьшение испарения мульчирующими средствами: разбрасывание соломы, сохранение стерни на поверхности поля, мульчирующие поверхностные обработки почвы, создание необходимой густоты посевов и плотности почвы; - стоковые воды, которые не удается задержать на поле агротехническими средствами, собрать водосборными валами в склоновые водоемы и пруды, а затем использовать для лиманно277 го и регулярного орошения прилегающих к водоисточнику земельных участков; - по фактическим запасам влаги в почве весной накануне сева по каждому полю уточнить набор культур, нормы высева, глубину заделки семян, дозы и способы внесения удобрений и другие элементы технологии; - при разработке почвоводоохранных систем и комплексов в районах неустойчивого увлажнения учитывать оптимальное сочетание культур и сортов, использующих осенне-зимние и летние осадки. На значительной территории Сибири наиболее критический период в жизни растений – засушливый июнь-первая половина июля, поэтому целесообразно расширение посевных площадей под культурами, формирующими урожай за счет осеннезимних осадков: озимая рожь, донник, горох, люцерна, эспарцет, кострец безостый, их смеси и другие многолетние, озимые и ранние яровые. Кроме того, выгодно увеличивать площади посева и под культурами, использующими июльские и августовские дожди: рапс, подсолнечник, кормовое просо, кукуруза и др. Шестое. В условиях применения системы мер по накоплению, сохранению, регулированию и рациональному расходованию влаги возрастает эффективность внесения удобрений. При этом, как показывают исследования и передовой опыт, необходимо особенно тщательно соблюдать такие принципы: применять удобрения только на фоне высокой агротехники; правильно сочетать органические и минеральные удобрения; выбирать оптимальные дозы, сроки и способы внесения удобрений с учетом типа севооборота, ценности культуры, фактических запасов влаги в почве. Седьмое. На высоких агрофонах (влага + удобрения) усиливается развитие сорной растительности. Борьба с сорняками приобретает особое значение. Главные меры при этом агротехнические, химические и биологические. В борьбе с корнеотпрысковыми сорняками эффективнее других действуют чистые пары и гербициды. Основное средство борьбы с заовсюженностью полей – посев культур и сортов позднего срока высева. Мелкосемянные однолетники (щетинники, щирица и др.) хорошо подавляются культурами сплошного сева при ранних сроках высе278 ва, а также озимыми, многолетними травами. Маневрирование средствами в зависимости от типа засоренности поля позволяет свести к минимуму вредоносность сорных растений. Восьмое. При дальнейшем углублении дифференциации земледелия, повышении интенсивности использования земли возрастает роль своевременного и качественного проведения всех работ технологического цикла. Например, отклонение от оптимальных сроков сева на 3-5 дней дает снижение урожайности зерновых культур до 3-5 ц/га; отступление от оптимальной зональной нормы высева на 30% в сторону завышения или занижения приводит к недобору урожая в среднем на такую же величину; косовица и подбор валков вдоль обработки и посева ведут к потере 0,5-1 ц/га зерна. Система обеспечения качества должна быть достаточно полной, включать меры морального и материального стимулирования, организацию безнарядных звеньев, соревнование за высокую культуру земледелия, комплексные способы контроля за правильностью агрегатирования и регулировки сельхозмашин, своевременностью проведения и качеством всех полевых работ, в том числе ежедневную, ежесменную их приемку. 3.4.3. Предпосылки и приемы минимализации обработки почвы в биоземледелии Основная доля энергозатрат в земледелии приходится на механическую обработку почвы. Можно ли их как-то сократить? Можно, если четко представлять себе задачи обработки и владеть всем арсеналом средств их решения. Главными задачами любой обработки почвы являются: - формирование посевного слоя; - формирование оптимальной для возделываемых культур плотности почвы; - обеспечение растений влагой; - уничтожение сорной растительности. 1. Посевное ложе должно быть плотным и влажным. На пахотных почвах Сибири, как правило, наиболее оптимальные условия для прорастания семян формируются на необработанных или обработанных на глубину посева семян участках, то 279 есть объективно нет необходимости в глубоких предпосевных рыхлениях. Уничтожение сорняков перед посевом возможно поверхностными механическими или гербицидными обработками. 2. Равновесная плотность большинства почв в регионе близка к оптимальной для зерновых, технических и других культур, а также многолетних трав, поэтому дополнительные рыхления практически не решают проблем оптимизации сложения и строения пахотного слоя. 3. Многими исследованиями СибНИИСХоза, Кулундинской СХОС, Новосибирского госагроуниверситета и других НИУ установлено, что в естественном сложении почвы меньше теряют влаги на испарение, чем после рыхления, а если на поверхности поля сформирован мульчирующий слой из смеси растительных остатков и почвенных частиц, то потери снижаются до минимума. На глубоко обработанных с осени полях сток несколько меньше, чем на поверхностно обработанных, однако испарение интенсивнее, и ко времени весеннего сева суммарные запасы влаги в почве на мульчированных с осени соломой с мелкими рыхлениями полях оказываются значительно выше, чем на глубоко обработанных. 4. Главная причина обработки почвы – борьба с сорняками – при правильном системном подходе к севооборотам, химическим обработкам посевов также может быть в значительной мере устранена. Число и глубина механических обработок могут быть существенно сокращены. Приемы, обеспечивающие сокращение затрат на обработку почвы, включают также: - залужение низкопродуктивных эродирующих участков пашни; - введение агрономического перелога на землях, которые по экономическим возможностям не могут быть обработаны и засеяны однолетними полевыми культурами; - замену части механических обработок почвы гербицидными; - формирование органической подушки за счет мульчирования почвы соломой, сидератами; 280 - повышение конкурентоспособности полевых культур в борьбе с сорняками за счет их правильного сочетания в севооборотах; - систему механической обработки почвы в севооборотах, органично дополняющую комплекс агротехнических и организационно-хозяйственных мер оптимизации условий продуцирования культурных растений. 3.4.3.1. Залужение низкопродуктивных эродирующих участков пашни Во время освоения целинных и залежных земель в регионе были распаханы участки, расположенные на крутых склонах, засоленные территории, приборовые пески. Значительная часть их была залужена в шестидесятые годы, однако много таких земель обрабатывается и до настоящего времени. Так, только в Алтайском крае находится в обработке и сейчас 192 тыс. га земель, расположенных на склонах более 5°. В степных районах обрабатывается 83 тыс. га засоленных и в лесостепных – 48,4 тыс. га заболоченных земель. Ведение зернового хозяйства на этих землях требует дополнительных затрат и не всегда окупается урожаями. Залужение таких земель дает значительную экономию средств по сравнению с возделыванием зерновых культур, а выход кормов в пересчете на кормовые единицы, как правило, существенно превышает выход зерновой продукции. 3.4.3.2. Агрономический перелог В условиях, когда нет необходимых ресурсов для возделывания полевых культур и хозяйства вынуждены оставлять часть пашни не засеянной, недопустимо ее забурьянивание. Бурьянистый перелог по составу травостоя не пригоден для выпаса скота и сенокошения. Земельные ресурсы как самые ценные экономически невыгодно не использовать. Поэтому более рационально засеять оставленные участки злаково-бобовыми травосмесями под покров проса, овса и других культур. Норма высева покровной культуры может быть существенно снижена. Уборка покровной культуры на зеленый корм, сенаж обеспечивает условия для хорошего развития многолетних трав. В после281 дующие годы травы нужно убирать поочередно на корм и на семена. В ходе уборки на семена обязательны их подкормка минеральными удобрениями и послеуборочная обработка боронами БИГ-3, БМШ-15 или лущильниками с малым углом атаки. При такой технологии травостой не снижает продуктивность до 5-6 лет и более. В районах сухой степи, где не удаются подпокровные посевы многолетних трав, нами разработаны приемы создания высокопродуктивных травостоев при беспокровных их посевах по чистому пару. В этих районах климат имеет важную для земледелия и пока слабо используемую на практике особенность: сухую первую половину лета и достаточно дождливую вторую. В восьми из десяти лет вторая половина июля – август, дождливые. Однако эти дожди приходятся на период, когда озимые хлеба и травы уже вызрели, а яровые культуры в основном сформировали урожай или успели погибнуть от засухи первой половины лета. Особенность озимых хлебов и многолетних трав заключается в том, что урожай они формируют на осеннезимних осадках. Поэтому, например, Угловский район и отдает предпочтение озимым хлебам. Не преувеличивая, можно сказать, что хлеборобы района совершили агрономический подвиг, освоив технологию и организацию возделывания озимых хлебов в столь экстремальных условиях. Они совершили и второй подвиг: научились возделывать многолетние травы. Дело в том, что многолетние травы в условиях Западной Кулунды при подпокровном посеве не всходят, а взошедшие засыхают в первый год жизни. Выжившие до уборки покровной культуры уходят в зиму ослабленными и вымерзают. Поэтому сложилось устойчивое порочное представление, что в зоне, кроме житняка, никакие травы не растут. Это оказалось не так. Совместно с руководителями и специалистами совхозов «Куйбышевский» и «Южный» нам удалось убедительно опровергнуть это заблуждение: при смене технологии посева в зоне прекрасно растут, перезимовывают и дают высокие урожаи такие ценные кормовые травы, как эспарцет, люцерна, костер безостый, а при правильной технологии уборки и уходов сохраняют высокую продуктивность до 4-5 лет. При этом затраты на их возделывание в 5-10 раз ниже, чем на возделывание однолетних 282 культур, а выход кормопротеиновых единиц с гектара посева не ниже, чем с гектара посева зернофуражных, силосных культур, однолетних трав. Главная особенность технологии заключается в том, что многолетние травы нельзя сеять подпокровно. Их нужно высевать летом в канун сезона дождей по парующимся участкам. Календарно это 15-18 июля. Летние сроки сева и биологические особенности многолетних трав позволяют значительно упростить технологию подготовки почвы. Достаточно накануне сева дать поверхностную обработку парующегося и не обрабатываемого с весны поля, но обеспечивающую полное уничтожение сорняков и произвести посев зерновыми сеялками, а все остальное сделают дожди. Они и уплотнят, и дополнительно выровняют почву, напитают ее влагой. Большая часть видов сорняков не способна давать всходы во второй половине лета, а те, что взойдут после посева многолетних трав, существенной угрозы для всходов трав не представляют. Продуктивную жизнеспособность многолетних трав без проблем можно поддерживать, чередуя их уборку на корм и на семена. При уборке на семена участок дополнительно обсеменяется за счет неизбежных потерь. После уборки на семена необходима поверхностная обработка поля игольчатыми боронами при пассивном положении игольчатых рабочих органов или дисковым лущильником с малым углом атаки. Опыт совхоза «Южный» показал, что при такой технологии эспарцет не снижает продуктивности до 4-5 и даже 6 лет. Злаково-бобовые смеси в совхозе «Куйбышевский» (люцерна + эспарцет + костер) при уборке урожая второго года пользования на семена сохраняли продуктивность и соотношение злаковых и бобовых компонентов на третий и четвертый годы пользования. Полагаем, что если бы в четвертый год пользования они были убраны на семена, а не на сено, их продуктивность сохранилась бы еще на 2-3 года (2 года эспарцет, 3 года люцерна), т.е. всего 6-7 лет пользования. А это уже настоящий агрономический перелог. О летних посевах однолетних трав. Суть идеи: высевая однолетние травы (такие, как суданская трава; гороховикоовсяная смесь; тройная смесь – горох + овес + подсолнечник; в отдельные годы – рапс; может быть, еще какие-то культуры) так же, как многолетние – под июльские дожди по полупару, беспо283 кровно, ко второй половине октября мы можем получить высокие урожаи зеленой массы, которая при наступлении устойчивых минусовых температур (конец октября – начало ноября) скашивается в валки зерновыми жатками. Валки не согреваются, не гниют в эту пору. По ним легко выпасать скот. То есть в течение октября – ноября – декабря можно обеспечить все стадо, способное к частичной тебеневке, сочными кормами при минимальных технологических затратах на заготовку кормов и их скармливание. И в связи с этим несколько слов о стаде. Разводимые ранее в степных районах породы животных требовали концентратносилосного кормления. Этот тип кормления дорогой, трудоемкий и энергоемкий. При расширении клина под многолетними травами летнего посева и однолетними, выращиваемыми и скармливаемыми по предложенной технологической схеме, потребуется менее прихотливый скот. По мере наращивания площадей под многолетними и однолетними травами летнего высева хозяйства должны наращивать и численность такого скота. Богатейший дореволюционный опыт содержания подобных пород на юге Сибири и севере Казахстана надо приспособить к новым условиям и, главное, не ждать, когда бурьянистый перелог на заброшенных пашнях зашумит ковылями и типчаками. Это в естественных условиях произойдет только через 15-25 лет. Агрономический перелог даст в 5-10 раз более продуктивный травостой и на второй-третий год после посева, а не через два десятилетия. Здесь необходимо напомнить, что на незасеваемых полях долгие годы растут сорняки, непригодные на корм скоту. Но возвратимся к однолетним травам летних посевов. Горох и рапс при весенних посевах на зерно и семена не выдерживают кулундинских засух, а при летних – на зеленый корм могут прижиться в зоне, как и рожь. Их семеноводство можно организовать на орошаемых участках или покупать семена в других зонах. Расход семян гороха (пелюшка) на гектар смешанных посевов не превышает 50-60 кг, рапса в чистом виде надо не более 10 кг. Кукуруза и просо при летних посевах большой зеленой массы не дадут. Надо пробовать сеять суданскую траву и сорго. Технология летних посевов однолетних трав в условиях Угловского района апробирована. Нужна широкая производст284 венная проверка этой идеи, и мы просим агрономов хозяйств всей зоны активно включиться в ее отработку. Но предложения наши базируются не только на агрономическом моделировании. Производственную проверку этот метод выдержал в Хакасии (регион сходен по природным условиям с Западно-Кулундинской зоной). Там широко его применяют. Кроме того, летние посевы рапса, проса, кукурузы, овса, горчицы, подсолнечника испытывались в ОПХ им. В.В. Докучаева в Приобье, в Горном Алтае и других зонах края. Результаты были положительными. 3.4.3.3. Управление сорной растительностью при переходе к биоземледелию За последнее десятилетие в Западной Сибири на фоне снижения культуры земледелия резко возросла засоренность полей. Значительные площади не засеваются культурными растениями и превращаются в рассадники сорняков. Несвоевременное и некачественное выполнение технологических операций по возделыванию культурных растений и посевы превращает в бурьянистые ценозы. Сорняки, как более приспособленные к условиям среды обитания, при нарушениях агротехники подавляют посевы культурных растений, затеняя их, перехватывая влагу и питательные вещества. Являясь рассадниками болезней и вредителей, они способствуют поражению культур корневыми гнилями, ржавчиной, септориозом и другими болезнями. На засоренных посевах резко возрастает поражение культур пьявицей, нематодами, саранчовыми, луговым мотыльком, гусеницами капустницы и другими вредителями. В результате производственные показатели резко ухудшаются. Урожай и его качество снижаются, затраты растут, цены и стоимость полученной продукции падают и не окупают затраты. О конкурентоспособности и рентабельности такого производства не может быть и речи. Низкую культуру земледелия нельзя окупить никакими дотациями государства и битвами за паритет цен. Сорняки превращают землю и крестьянина из кормильцев народа в иждивенцев. Конечно, борьба с сорняками сложна и проблематична по многим причинам. Ведь на каждом поле одновременно произрастают сорняки с разными биологическими свойствами. Для борьбы с ними требуются специальные, зачастую, взаимо285 исключающие приемы агротехники. Особенно сложно вести борьбу с сорной растительностью в условиях высокой распаханности, нарушения севооборотов, бессменного возделывания некоторых культур. Ограничивает возможности борьбы с сорняками необходимость сочетания ее с мерами по защите почв от ветровой и водной эрозии и от засухи. В Сибири, в отличие, например, от Кубани, природа практически не оставляет времени для борьбы с сорняками весной и осенью: продолжительность вегетации большинства возделываемых в регионе культур равна безморозному периоду. При бессистемном ведении земледелия появляется неразрешимое противоречие: чем больше земледельцы проявляют заботы по обеспечению возделываемых культур влагой и питательными веществами, тем лучше себя чувствуют сорняки. Нельзя решать проблемы водообеспечения и минерального питания культур без упреждающих и параллельных мер по борьбе с сорняками. Не способствуют снижению уровня засоренности посевов и попытки одноразовых мер уничтожения сорняков. Например, при соблюдении технологии парования уровень засоренности поля снижается, но уже на третий-четвертый год численность и видовой состав сорняков восстанавливаются полностью, а при отступлениях от технологии парования засоренность поля после пара снижается незначительно или даже возрастает. Характерным заблуждением является и вера в магическую силу гербицидов. В паровом поле одна гербицидная обработка заменяет по эффективности одну-две механических и проводится там, где есть опасность эрозии почв. В посевах зерновых гербицидная обработка возможна и эффективна только наземными средствами в безветренную погоду при умеренной температуре и достаточно высокой влажности воздуха. Причем почти все многолетние сорняки такая обработка не уничтожает, а только подавляет. На следующий год их численность и мощность полностью восстанавливаются. Достаточно эффективно применение гербицидов в сочетании с агротехническими мерами при возделывании сахарной свеклы, подсолнечника и некоторых других культур. 286 Несмотря на сложности, например, в Алтайском крае накоплен богатый опыт борьбы с сорняками. Традиционно высокой чистотой отличаются посевы в таких хозяйствах, как им. И.Я. Шумакова Змеиногорского района, «Заря Алтая» Завьяловского, ОПХ «Целинное» Ключевского, ОПХ «Комсомольское» Павловского района. Урожаи в этих хозяйствах, как правило, в 1,5-2 раза выше среднерайонных. Секрет успеха прост: в этих хозяйствах строго соблюдаются научно обоснованные севообороты, технологии возделывания культур и другие элементы и звенья системного земледелия; все полевые работы проводятся своевременно и качественно. Здесь комплекс организационнохозяйственных, агротехнических и специальных мер предупреждения распространения и истребления сорняков обеспечивает устойчивое и эффективное ведение всех растениеводческих отраслей. Конечно, чтобы правильно вести полевое хозяйство, надо иметь глубокие знания биологии и агротехники возделывания сельскохозяйственных культур, а также видового состава сорняков, их биологических особенностей, приспособительных механизмов выживания и распространения, владеть приемами механического, химического, биологического уничтожения сорняков, уметь обеспечивать интегрированную защиту культурных растений в севооборотах. Способы обработки почвы и засоренность посевов. Исследования, проведенные нами в СПК «колхоз «Прогресс» Петропавловского района Алтайского края, показали, что на поверхностно обработанных дисковыми орудиями полях после уборки гороха отмечается наименьшее количество яровых сорняков (в первую очередь овсюга). Его зерновки, попав на поверхность почвы при уборке и не заделанные в глубокие слои, могут быть достаточно эффективно спровоцированы и уничтожены в системе предпосевной обработки почвы. На вспаханных участках плугом без предплужников (обычное явление) они равномерно размещаются в пахотном слое и обеспечивают высокую засоренность при растянутых сроках прорастания весной. Зерновки овсюга могут прорастать с глубины до 22 см при сумме эффективных температур 140-170°С и достаточном запасе влаги в почве. Осторожность с овсюгом необходима и при ран287 них посевах зерновых культур по чистым парам. Весной по непаровым предшественникам в условиях Приобья и сухих степей Алтайского края накапливается в отдельные годы недостаточное количество влаги, и зерновки овсюга переходят в состояние вторичного покоя. Это может продолжаться в течение нескольких лет. При значительных запасах влаги в почве, особенно после чистого пара, могут отмечаться вспышки засоренности этим сорняком. Таблица 5 Влияние различных технологий зяблевой обработки почвы на засоренность посевов яровой пшеницы Вариант 1. Ранняя вспашка (контроль) 2. Поздняя вспашка с предварительным лущением 3. Лущение без глубокой обработки Количество сорняков на 1 м2 в т.ч. всего многолетних Масса сорняков, г/м2 % засоренности 127 0,0 144 12,4 154 4,3 164 13,6 76 1,2 121 8,9 При поздней зяблевой отвальной обработке почвы, даже с предварительным лущением стерни в конце августа-начале сентября, не удается уничтожить и корнеотпрысковые сорные растения. Разрезанные на отрезки корни с отпрысками равномерно распределяются плугом по всему пахотному слою и перемещаются на другие участки поля. Накопившиеся питательные вещества в корневой системе и повышенная влажность почвы обеспечивают хорошую приживаемость отрезков и их перезимовку. Как показали наблюдения, в Омской области при поверхностных плоскорезных осенних обработках почвы снижалось образование горизонтальных корней (отпрысков) у бодяка полевого. За счет почек возобновления развитие его не прекращается, хотя засоренность и снижается. У осота полевого отпрыски формируются только в верхнем, обрабатываемом слое почвы. Большое количество почек возобновления на отпрысках опреде288 ляет значительную засоренность посевов на нулевых фонах, т.е. без обработки осенью. Поиск наиболее оптимальных путей борьбы с вьюнком полевым (начиная с 50-х годов прошлого столетия учеными США и Канады, последующими экспериментальными работами во ВНИИЗХ, с 1964 г.) только механическими обработками в паровом поле не увенчался успехом, а подбор почвенных гербицидов для паров оказался весьма затруднительным. В Америке ученые рекомендуют при мульчирующей осенней обработке полей плоскорезами применять гербициды после засушливых лет, когда по пару мало стерни, и возникает угроза ветровой эрозии, а также в годы с обильными осадками, когда борьба с сорняками с помощью почвообрабатывающих орудий затруднительна из-за высокой влажности почвы. При этом отмечены отрицательные последствия применения гербицидов на урожайности культурных растений. Аналогичные результаты приводятся и в работах отечественных ученых, которые отмечают, что эффективность почвенных гербицидов оказалась недостаточной. Они полностью не убивали корневую систему вьюнка и других многолетников, а только угнетали. Отрицательное же последствие на урожайность пшеницы оказалось настолько серьезным, что применять гербициды в зоне сухих степей не имело смысла. Дальнейшие разработки мер борьбы с осотами и вьюнком полевым позволили найти более оптимальный вариант обработки парового поля, включающий трехкратную плоскорезную обработку и использование Реглона во второй половине лета, уничтожение вьюнка происходило лишь при дополнительной обработке пара бутиловым эфиром. В посевах первой культуры, по очищенному от сорняков пару, в начале вегетации корнеотпрысковых сорняков не было. Однако после летних дождей стали появляться всходы вьюнка, в основном семенного происхождения. Трудность искоренения вьюнка в парах, как отмечают американские ученые, объясняется тем, что численность его проростков возрастает пропорционально количеству механических обработок. Полностью очистить поле от этого сорняка удалось только после 5 лет непрерывного парования. Установлено, что при сухом хранении даже спустя 50 лет жизнеспособность 289 семян вьюнка полевого составила 62%. Полная потеря всхожести отмечена только через 72 года. Наблюдения за численностью вьюнка по срокам зяблевой обработки почвы в севооборотах, проведенных в учхозе «Пригородное» Алтайского ГАУ, хозяйствах Петропавловского и Чарышского районов, показали на возможность резкого снижения засоренности посевов этим сорняком при ранних сроках основной обработки почвы после уборки раноубираемых культур. В это время влажность почвы и запасы питательных веществ в корневой системе вьюнка минимальные. Часто садоводы-любители в весенний период используют фрезерную обработку почвы мотоблоками. При наличии даже небольшого количества растений вьюнка на участке они достигают ошеломляющих «успехов» в его размножении за счет отрезков корней с корневыми отпрысками и их высокой приживаемости во влажной почве. Наряду с яровыми и корнеотпрысковыми сорняками, большую проблему создает пырей ползучий. Обработка увлажненной почвы, особенно отвальная, способствует дополнительному распространению пырея по территории, хорошей его приживаемости. Имеется ряд методов, способных значительно снизить вредоносность пырея, в том числе метод удушения, однако в Сибири их эффективность невелика. Заслуживает внимание возможность иссушения корневищ сорняка. Ограниченность этого метода объясняется устаревшими стереотипами по отношению к дефициту влаги как фактору, ограничивающему урожай. При переходе к почвозащитному земледелию и энергоресурсо-сберегающим технологиям этот метод имеет свои особенности. Иссушение корневищ можно добиться только при наличии в севооборотах раноубираемых культур (многокомпонентные бобово-злаковые смеси на зеленый корм, сенаж, озимые и зернобобовые). После уборки этих культур, в засушливый период июля-августа влажность почвы редко превышает величину устойчивого завядания. В это время необходима неглубокая обработка почвы на 12-14 см широкозахватными тяжелыми культиваторами (КПШ, КТС и др.). Расположенные корневища пырея ползучего в верхнем 12-сантиметровом слое пересыхают, 290 засоренность резко снижается. Дополнительное вычесывание или культивации повышают эффективность метода. В целом ранние послеуборочные обработки почвы обеспечивают уничтожение всех вегетирующих сорняков, уменьшение испарения влаги из нижележащих горизонтов, исключают ее потери на транспирацию сорными растениями, обеспечивают рациональное расходование в посевах следующих культур. Таким образом, при освоении энергоресурсосберегающих технологий в земледелии выбор системы основной обработки почвы определяется снижением затрат и эффективностью борьбы с сорняками. Замена глубокой осенней обработки почвы на раннюю поверхностную зябь значительно уменьшает засоренность посевов следующей культуры овсюгом и другими однолетниками, а также многолетними корнеотпрысковыми, корневищными сорняками, которые после уничтожения надземной массы, приближаясь к фазе биологического покоя, рано прекращают вегетацию, при этом приостанавливается подача в корни столь необходимых для перезимовки пластических веществ и начинается их дополнительный расход. Такие растения весной задерживают отрастание и новую вегетацию начинают ослабленными, как правило, генеративных побегов дают ограниченное количество, легче подавляются посевами культурных растений. 3.4.3.4. Мульчирование полей соломой и сидератами Опыты с мульчированием почвы соломой были проведены еще в 30-е годы в некоторых почвенно-климатических зонах страны; Западной Сибири, Майкопе, Таганроге и Краснодаре, Горьковской области. И во всех экспериментах оно способствовало увеличению урожая на 10-40%. Объяснить это можно тем, что соломенное «одеяло» сохраняет тепло и усиливает этим деятельность в почве свободноживущих азотофиксаторов, другой полезной микрофлоры. И хотя на рост и развитие яровой пшеницы в первые фазы вегетации растений мульчирование не оказывает существенного влияния, зато в фазу выхода растений в трубку – начала колошения и к концу вегетации пшеница развивается лучше. 291 В опытах, проведенных в 1980-1985 гг. В.Я. Малашенко в Приобской зоне, мульчирование соломой благоприятно влияло на водный и пищевой режимы почвы. Причем урожай яровой пшеницы находился в прямой зависимости от доз внесения соломы. С внедрением в степных районах почвозащитной системы земледелия, которая предусматривает плоскорезную обработку почвы, эффективность мульчирования возрастает. На поверхности почвы мульча сохраняется длительное время, защищая ее от ветровой и водной эрозии. Внесенная солома увеличивает к тому же водопроницаемость почвы и уменьшает сток. Наибольшее влияние на урожайность этот прием оказывает на смытых почвах. Проведенными опытами выявлено, что внесение соломы существенно улучшает водно-физические свойства пахотного слоя. Содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 см в слое 0-20 см после трех-четырехлетнего внесения соломы повышалось на 10-11%. Наблюдения за изменением влажности несмытой почвы показали, что если количество соломы ежегодно увеличивать, то запасы влаги в метровом слое существенно повышаются. Так, при внесении на 1 га 4 т соломы перед посевом пшеницы в первые два года запасы влаги в метровом слое увеличиваются на 17 мм, в последующие два – на 47. Если же вносить 6 т, то запасы, соответственно, растут на 24 и 59 мм. Отмечено, что и на среднесмытых почвах влажность возрастала на третий и четвертый годы внесения соломы. Положительное влияние оказывает солома и на фитосанитарное состояние поля. Так, за период всходы – кущение выпад растений с типичным поражением корневой гнилью на контрольных вариантах опыта составлял 6-10 растений на квадратном метре. Две тонны запаханной соломы понижали выпад до 59; четыре – до 3,5-4,5. В фазу кущение-выход в трубку внесение соломы также снижало заболевание растений корневой гнилью. Анализ урожайных данных выявил вполне четкие закономерности. При внесении соломы в течение четырех лет в первые два года достоверных прибавок урожая не получено. В последующие два года как на несмытой, так и на среднесмытой почве благодаря мульче урожайность пшеницы повышается на 3,5292 4,7 ц/га, причем с возрастанием количества соломы прибавки увеличиваются. Внесение азота, как правило, усиливало влияние соломы. Технология мульчирования хорошо отработана в ОПХ имени В.В. Докучаева, где все растительные остатки оставляют в поле. При уборке урожая на комбайны вместо копнителей навешиваются приспособления для измельчения и разбрасывания соломы – ПУН-5. Если приспособлений нет, днище копнителя убирается, а остающийся после обмолота валок соломы измельчается такими измельчителями кормов, как КИР-1,5 и др. Чтобы повысить противоэрозионную устойчивость и продуктивность чистых паров в степных районах, можно выращивать на мульчу донник, рапс и просо кормовое. Результаты испытания обнадеживающие – смыв и дефляция почвы на таких парах уменьшаются в 10-15 раз. Урожай первой культуры по пару не снижается, объем органического вещества в почве на гектаре возрастает на две-три тонны. 3.4.3.5. Паровое поле и его перспектива при переходе к биоземледелию «Пар – это поле, свободное от возделываемых сельхозкультур в течение определенного периода (как правило, одного года), поддерживаемое в чистом от сорняков состоянии, обрабатываемое и удобряемое». Такое определение господствовало в агрономической литературе до последнего времени. Однако современные рыночные условия требуют переосмысления понятия «пар», потому что в основу определения положены характеристики состояния пара, удобные для административного контроля «сверху». В условиях рынка важны сущностные характеристики, отражающие цели и задачи парования почвы. Для районов проявления засухи, дефляции и водной эрозии почв, какими являются территории юга Западной Сибири, важнейшими задачами парования должны быть: - снижение уровня засоренности и пораженности почвы сорной растительностью, болезнями и вредителями, а также снижение уровня потенциального поражения посевов этими вредоносными началами; 293 - сохранение и накопление почвенной влаги для последующих посевов; - улучшение баланса органического вещества в почве, улучшение условий минерального питания растений в последующие за парованием годы. Эти задачи существенно отличаются от традиционных своей энергоресурсосберегающей направленностью и согласуются с динамическими процессами преобразований водного и пищевого режимов почвы. С позиций необходимости повышения водных запасов мы уже установили, что каждое новое рыхление, улучшая фильтрационную способность почвы, одновременно усиливает ее испаряющие свойства. В итоге баланс влаги в необрабатываемой почве часто более положительный, чем в обрабатываемой. Существенно снижается испаряющая способность почв с мульчированной растительными остатками поверхностью и разрыхленным 2-3-сантиметровым поверхностным слоем. Улучшение баланса органического вещества в почве и улучшение условий минерального питания растений, возделываемых по пару, можно также обеспечить за счет сокращения числа механических обработок почвы. Известно, что на легких почвах юга Западной Сибири при обработках резко ускоряются процессы минерализации органического вещества и замедляются процессы гумификации растительных остатков. Минеральные формы питательных веществ весьма подвижны, и еще в год парования значительная их часть теряется, вымываясь, переходя в химически связанные состояния и др. Минимализация обработки почвы сдвигает эти процессы в сторону, более благоприятную для решения задач питания растений: гумификация – усиливается, минерализация – замедляется, баланс органического вещества подвигается в положительную сторону. Задачи снижения уровня засоренности и пораженности почвы болезнями, вредителями при применении гербицидов также могут удовлетворительно решаться без увеличения числа и глубины механических обработок. Традиционная технология парования (как классическая, так и почвозащитная) основывается на методах удушения и истощения корневищных и корнеотпрысковых сорняков, а также 294 провокации семян однолетних сорняков к прорастанию с последующим уничтожением их всходов механическими обработками. Как правило, при такой технологии необходимы 2 глубокие и 5-7 поверхностных и мелких обработок за год парования. Знание биологических особенностей групп сорняков и характера воздействия на них механических обработок и гербицидов позволяет смоделировать новую энергоресурсосберегающую технологию парования, в которой часть механических обработок необходимо заменить химическими, а часть не проводить из-за их бессмысленности, нарастающую же зеленую массу использовать на мульчирование поверхности поля. Так, однадве гербицидные обработки препаратами системного действия позволяют подавить корнеотпрысковые сорняки, а осенняя поверхностная механическая заделка семян однолетних сорняков боронами БИГ-3, БМШ-15, лущильниками и последующая – летняя следующего года (по срокам обязательно до начала созревания семян сорняков) лущильниками, боронами БДТ-7, фрезами на глубину до 8-10 см – очистить поля от семян овсюга, просовидных, маревых, амарантовых и других малолетних сорняков. В условиях сухих степей юга Сибири паровые поля при их многократной обработке механическими орудиями подвержены водной и ветровой эрозии. Минимализация механических обработок, замена их гербицидными, мульчирование полей соломой и сидератами успешно решают и этот вопрос. В более увлажненных районах занятые пары также дают высокий агрономический и экономический эффект. Технология парования определяется последующей культурой: - пар под яровую пшеницу должен решать задачи уничтожения овсюга, осота, однолетников, накопление влаги и подвижных фосфатов в почве. Для этого достаточно 2 мелких механических и 2 химических обработки; - пар под озимые, которым нужны влага на всходы, удобрения, выравненность, снегозащита, как правило, должен быть кулисным. С тем чтобы почва достаточно осела, последняя обработка заканчивается не менее, чем за 30 дней до посева ози295 мых. Предпосевная обработка выполняется культиваторами, лущильниками на глубину заделки семян; - в парах под сахарную свеклу требуются: уплотнение почвы, выравнивание, истребление однолетних сорняков, заблаговременное внесение и глубокая заделка при первой основной отвальной обработке почвы органических удобрений; повторная глубокая обработка пара во избежание выноса семян поздних яровых сорняков на поверхность возможна только плоскорежущими орудиями. Поверхностные обработки должны выполняться на глубину 3-4 см. В этом случае создаются наиболее благоприятные условия для прорастания просовидных, маревых и амарантовых сорняков, их последующего уничтожения. Очень важно в энергоресурсосберегающих технологиях размещение по пару озимой ржи (возможно, озимой пшеницы). При размещении озимых оставшаяся после пара сорная растительность хорошо подавляется под ними на следующий год после парования, а ранняя их уборка позволяет продолжить уничтожение оставшихся в стерне просянок и других сорняков поверхностной или гербицидной обработкой. В Западной, Восточной Европе и России в VIII-XIX вв. в зерновом хозяйстве преобладала знаменитая трехполка: пар – озимь – ярь. Сочетание озимых, яровых зерновых и пара при мелких обработках почвы конными плугами, буккерами и лемешными лущильниками, без гербицидов обеспечивало довольно высокие урожаи, минимальные затраты на их получение, воспроизводство плодородия почв и умеренную засоренность посевов. Обработка занятых и сидеральных паров связана с возделыванием парозанимающих культур. Если в качестве парозанимающих используются донник на сидерат, сено, зеленый корм или озимые на зерно, зеленый корм, а также горох, то после их уборки проводится поверхностная обработка почвы боронами БИГ-3, БМШ-15 или лущильниками в один-два следа и после отрастания корнеотпрысковых сорняков поле обрабатывается гербицидами сплошного действия или дается повторная поверхностная механическая обработка. В глубоких обработках 296 необходимости нет, потому что после донника, гороха и озимых остается достаточно мощная корневая система, после отмирания которой в почве формируется хорошая капиллярная сеть. 3.4.3.6. Предпосевная обработка почвы под яровые зерновые культуры в зернопаровом и плодосменном севооборотах В энергоресурсосберегающем земледелии важен правильный выбор сроков посева и способов предпосевной обработки почвы. Они определяются предшественниками, типом и степенью засоренности поля, а также складывающимися погодными условиями. Должны соблюдаться следующие основные правила: - заовсюженные поля засеваются в последний срок после массовых всходов овсюга; - паровые участки засеваются в начале оптимальных для зоны сроков; - поля, засоренные поздними яровыми сорняками, лучше засевать в более ранние сроки культурами сплошного сева такими, как горохоовсяная смесь на зеленый корм, сенаж; - предпосевная обработка почвы должна проводиться культиваторами или лущильниками, из новых машин – компакторами на глубину заделки семян. Необходимое требование к качеству предпосевной обработки – полное подрезание сорняков. В сухие вёсны нельзя пересушивать почву излишними рыхлениями, поэтому на относительно чистых от сорняков полях возможен посев без предпосевной обработки сеялками прямого сева. Из отечественных машин эту задачу хорошо решают сеялки типа СЗС-2,1, «Кузбасс», из зарубежных – Квернелэнд, Тор-Маистер, Конкорд и др. - на засоренных поздними яровыми сорняками полях желательно боронование посевов до и после всходов. Для этого необходимо проведение послепосевного прикатывания. Однако надо помнить, что на прикатанных посевах после осадков прорастание и всходы сорняков будут более дружны. Последующее боронование не всегда обеспечивает их уничтожение, особенно если осадки затяжные (более 2-3 дней) и просовидные сорняки 297 успевают укорениться и плохо поддаются уничтожению бороной. При прямом посеве формируется комковатая поверхность почвы. Комки быстро проветриваются, просыхают, и общий фон засорения поздними яровыми значительно ниже, чем на прикатанных участках; - стерневые фоны должны засеваться в конце оптимальных для зоны сроков сева на слабо засоренных участках сеялками типа СЗС-2,1, «Кузбасс», на средне- и сильнозасоренных – сеялками типа СС-6, «Берегиня», Semeato TDNG-420, либо СЗП3,6 с предпосевной обработкой почвы дисковыми орудиями (дискатор, лущильник в 1-2 следа), или вторым следом можно запускать культиватор с ограничителями глубины хода (КПЭ3,8, КТС-10 и др.); - на полях, засоренных корнеотпрысковыми сорняками, целесообразнее ранние сроки сева с обязательной последующей химической обработкой всходов. На таких участках нежелательно размещение пропашных культур. 3.4.3.7. Послеуборочная обработка почвы в биоземледелии После уборки зерновых культур, измельчения и разбрасывания соломы проводится поверхностная обработка почвы боронами БИГ-3, БМШ-15, лущильниками ЛДГ-15 с углом атаки 20-25о и другими орудиями, обеспечивающими уничтожение вегетирующих в стерне ранних и поздних яровых сорняков (таких как овсюг, гречиха татарская, щетинники сизый и зеленый, просо куриное, щирица, марь белая и другие). Эти растения светолюбивы, поэтому под покровом культуры значительная часть их остается в нижнем ярусе и после уборки зерновых до замерзания почвы успевают дать всхожие семена за счет сохраняющихся в стерне основных и пазушных побегов. Гербицидами же их в это время уже сложно подавить, так как отток пластических веществ в корни малолетних сорняков прекращается, лист и стебель грубеет. В энергоресурсосберегающей технологии нет необходимости сохранения стерни в вертикальном положении, потому что задерживаемый ею снег на склоновых землях создает усло298 вия для усиления водной эрозии. Бурный характер снеготаяния и одновременного оттаивания поверхности почвы в Сибири способствует ее смыву. Глубоко промерзшая почва в это время не берет в себя влагу. Позднее, когда оттаивает корнеобитаемая зона, сохранившаяся проводящая сеть начинает работать как насос на испарение влаги непосредственно из-под поверхностного слоя почвы. В этом легко убедиться, присмотревшись в апрелемае к стерневому фону. Каждая стернинка на срезе сформировала солевое кольцо. По массе выпаренных солей еще проще определить массу испарившейся влаги. Подрезанная стерня, перемешанная с другими растительными остатками и верхним слоем почвы, формирует органическую подушку, хорошо защищающую поверхность и от смыва, и от испарения влаги. На полях, засоренных корневищными и корнеотпрысковыми сорняками, вслед за уборкой обязательно необходимы обработка гербицидами и последующая (через 5-10 дней) поверхностная механическая обработка БИГ-3, БМШ-15 и другими машинами этого типа. Никаких других обработок до весны больше не требуется. Послеуборочная обработка почвы после озимых, однолетних трав и гороха отличается от описанной выше тем, что при отрастании сорняков необходима соответствующая повторная обработка (на корнеотпрысковые – гербицидная, на малолетние – поверхностная механическая). После донника первая обработка проводится дисковой бороной БДТ-7 или лущильниками с углом атаки 30-35° в одиндва следа (до полного уничтожения вегетативной надземной массы растений). Разделка пласта многолетних трав, так же как и донника, должна проводиться после первого укоса дисковыми боронами БДТ-7 в один-два следа. Повторная обработка возможна после отрастания трав и сорняков (через 10-15 дней после первой) лущильниками или БМШ-15, а при сильном отрастании – БДТ-7. При отрастании сорняков и трав возможна и третья поверхност- 299 ная обработка культиваторами или лущильниками (в зависимости от степени зарастания и распыления почвы). В целом по севообороту никаких глубоких отвальных или безотвальных обработок не требуется, так как набор и сочетание культур, соотношение механических и химических обработок, формирование органической подушки из стерни, соломы и сидератов обеспечивают положительный баланс гумуса в почве, благоприятные водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы, невысокую засоренность посевов, оптимальные и другие условия для роста и развития культур при минимальных затратах средств. *** Завершая обсуждение возможностей освоения энергоресурсосберегающих технологий в земледелии Сибири и основных направлений совершенствования систем ведения отрасли в новых экономических условиях, авторы не претендуют на истину в конечной инстанции, но очень хотели бы пробудить в агрономических кругах нестандартное мышление, вызвать интерес к затрагиваемым проблемам у практических работников. При этом необходимо четко представлять, что: - в земледелии нет универсальных приемов и решений, но и нет мелочей, которые можно игнорировать. В природе, на поле, в растении все взаимосвязано, поэтому любое действие влечет за собой корректировку всех последующих действий по выращиванию урожаев; - технологических и организационных схем энергоресурсосбережения много. Выбор наиболее эффективных решений – дело творческое, очень зависит от глубины и системности агрономических знаний, умения и опыта применять их на практике, опираться на незыблемые законы природы и агрономии, на научные принципы оптимизации условий продуцирования культурных растений, подавления и уничтожения – сорных, рационального использования материально-технических, трудовых и природных ресурсов. 300 Раздел 3.5. ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ И ПРОГРАММЫ СИСТЕМНЫХ БИОТЕХНОЛОГИЙ ПРЯМОГО ПОСЕВА В СИБИРИ 3.5.1. Биоценозы и плодосмен в Сибири – основа эффективности и устойчивости земледелия Учеными АГАУ на базе ранее освоенных зональных почвоводоохранных систем земледелия ведутся разработка и испытание новых гибких наукоемких энергоресурсосберегающих технологических приемов и их сочетаний, обеспечивающих существенное снижение материально-технических затрат и производство экологически чистой продукций. Наиболее перспективными в регионе показали себя энергоресурсосберегающие технологии, базирующиеся на освоении гибких, наукоемких, экологически безопасных приемов ведения полеводства, минимализации обработки почвы. В биологическом земледелии проблема улучшения минерального питания растений в значительной степени решается за счет совершенствования структуры посевных площадей, повышения роли бобовых культур в севооборотах, создания условий для активной симбиотической азотфиксации. При выращивании сельскохозяйственных культур около 50 % расходуемой энергии приходится на азотные удобрения, поэтому введение в севооборот азотофиксирующих бобовых культур дает самую реальную возможность сбережения энергии и финансовых средств. Гибкие биотехнологии позволили резко сократить затраты на обработку почвы, заготовку и приготовление кормов, поднять надои и за счет улучшения предшественников – урожаи яровой пшеницы. Результаты производственной проверки приёмов биологизации земледелия и минимализиции обработки почвы, полученные нашей группой, в базовых хозяйствах позволяют сделать следующие выводы: 1. Основной целью реализуемой инновационной программы является снижение энергоемкости производства за счет использования комплекса средств и методов активизации биоло301 гических процессов в почве и растении. При внедрении эффективных агротехнических приемов и использовании в производстве биологических средств достигается снижение энергетических затрат на производство зерна до 30-35% к уровню зональной технологии. Производство продукции растениеводства можно увеличить в 1,5-2 раза. 2. Установлено, что расширение клина бобовых культур в зерновых севооборотах является необходимой мерой, так как потери гумуса, особенно в степных районах края, принимают угрожающие размеры. Бобовые, в зависимости от зоны их возделывания и уровня продуктивности, в состоянии поставить в корнеобитаемый слой почвы от 150 до 250 кг/га биологического азота, что эквивалентно внесению 4,5-7,5 ц/га аммиачной селитры. 3. Особенно эффективно возделывание горохоовсяных и овсяногороховых смесей на зерно, многокомпонентных смесей на зерносенаж. Так, в ГПЗ «Степной» Родинского района смеси овса с горохом в весовом соотношении 150 кг/га овса и 100 кг/га гороха занимают до 30% зернового клина, дают собственный урожай в 2 раза выше, чем посевы в чистом виде, являются хорошими предшественниками для яровой пшеницы. За последние 8 лет по урожаям зерновых хозяйство устойчиво превышает средние районные показатели в 1,5-2,0 раза. В Каменском совхозе-техникуме горохоовсяные смеси (220 кг/га гороха и 70 кг/га овса) также занимают значительные площади и дают устойчиво высокие урожаи. Здесь, а также на Алтайском конезаводе (Тюменцево), в СПК «Вперед» Зонального района, ОАО «Память Ленина» Заринского района, крестьянском хозяйстве А.Н. Иванова Косихинского района, СПК «Огни» Павловского района и других базовых хозяйствах собирают по 30-40 ц/га зерна горохоовсяных смесей, до 25-30 ц/га гороха в чистом виде. Более сложные зерносмеси дают до 40-50 ц/га зерна и по 100-150 ц/га готовой сенажной массы. В учхозах «Пригородное» АГАУ и «Тулинское» НГАУ многокомпонентные смеси на сенаж и зерносенаж дают выход кормовых единиц более 4 т/га, позволяют обеспечить полноценное питание животных. За счет этого годовые надои на 1 фуражную корову за 3 года превысили в учхозе «Пригородное» 302 5,0 тыс. литров, а в «Тулинском» – достигают 7,5 тыс. литров. Оба хозяйства практически отказались от выращивания кукурузы и однолетних трав в чистом виде. 4. В разрабатываемых нами технологиях важное место занимают крупяные и технические культуры (гречиха, подсолнечник, просо и др.). Эти культуры при строгом соблюдении новых технологий их возделывания дают высокий выход продукции с гектара посева, существенно снижают удельные затраты и являются хорошими предшественниками яровой пшеницы. Такой опыт имеется в отдельных хозяйствах Шелаболихинского (Новообинцово), Кулундинского (совхоз «Кулундинский»), Заринского (совхоз «Сорокинский») и других районов. В 2000 г., например, в совхозе «Сорокинский» собрано по 18 ц/га подсолнечника, а гибрид фирмы «Монсанта» при посеве сеялкой «Кинза» дал около 30 ц/га маслосемян. Размещение по вышеуказанным предшественникам яровой пшеницы дает увеличение ее урожаев по сравнению с посевами по зерновым на 30-35%. Технология борьбы с падалицей, предлагаемая нами, достаточно проста и, как показали испытания, вполне надежна. 5. Эффективный прием биологизации земледелия – летний беспокровный посев многолетних злаково-бобовых травосмесей (донник, эспарцет, люцерна, костер) с последующим омоложением травостоя – накоплен в совхозах «Куйбышевский», «Южный» Угловского района. Здесь же имеется богатый опыт возделывания озимой ржи на зерно и зеленый корм в условиях Западной Кулунды. 6. Особо высокий агрономический и экономический эффект дает возделывание озимых хлебов. Так, озимая пшеница в СПК им. Шумакова дала в 2000 г. 39,6 ц/га, озимая рожь на конезаводе (Тюменцево) – 46,5 ц/га. 7. Перечисленные бобовые, зерновые, технические культуры, участвуя в зернопаровых и плодосменных севооборотах, обеспечивают надежную защиту почв от эрозии, хорошо подавляют сорняки. Стержнекорневые культуры (донник, люцерна, эспарцет, гречиха, подсолнечник, горох и др.) формируют оптимальное сложение корнеобитаемого слоя, позволяют отказаться от систематических глубоких рыхлений почвы, а в сочетании с 303 мульчированием полей соломой обеспечивают более благоприятный водный, воздушный, пищевой режимы в почве. 8. На фоне приемов биологизации земледелия создается благоприятная обстановка освоения приемов минимализации обработки почвы, сокращения удельных расходов гербицидов и минеральных удобрений. 9. За счет увеличения видового состава и улучшения сочетания возделываемых культур сроки сева и уборки увеличиваются в 2-3 раза, имеющаяся техника используется, соответственно, более производительно, потери снижаются, устойчивость урожаев возрастает, а на рынке возрастают возможность маневра и конкурентоспособность продукции растениеводства. Расширение посевов зернобобовых смесей в севооборотах является в настоящее время наиболее актуальной задачей, если рассматривать эту проблему в плане решения вопросов увеличения производства зерна в крае и сбережения финансовых средств. Изучаемые в производственных условиях новые технологии возделывания яровой пшеницы по таким нетрадиционным предшественникам, как гречиха и подсолнечник, обеспечивают сбор этой культуры на уровне 25-35 ц/ га. К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал по подбору травосмесей многолетних и однолетних кормовых и зерновых культур на зерно, зеленый корм, сенаж, зерносенаж и на сено. Исследования и производственный опыт возделывания поливидовых смесей при новых технологиях закладки и хранения кормов (сенаж, зерносенаж) указывают на высокую эффективность по сравнению с традиционными технологиями выращивания одновидовых посевов. Рост выхода продукции достигает 45-50%. Затраты при прямом комбайнировании смесей, достигших на корню средней влажности сенажной массы 65-70%, снижаются в 1,5-2 раза. Корма, получаемые из правильно составленных поливидовых смесей при прямом комбайнировании и закладке на сенаж, силос, отличаются высокой сбалансированностью по белку, аминокислотам, витаминам, микроэлементам. 304 Важнейшей задачей агрономии является правильный подбор компонентов, их сочетание и соотношение. Проверены и показали наиболее высокую эффективность четырехкомпонентные смеси ранних сроков сева на сенаж и зерносенаж из яровой пшеницы, овса, ячменя и гороха. Причем увеличение удельного веса ячменя и гороха обеспечивает более раннюю уборку, более дружное созревание сенажной массы. Поздневесенние посевы поливидовых смесей на зеленый корм и сенаж допускают сочетание смесей культур как зерновых (горох, овес, ячмень, яровая пшеница), так и однолетних трав (просо, суданская трава, гречиха; могар, вика, рапс, амарант и др.). Комбинируя соотношение компонентов, можно решать как агрономические, так и зоотехнические задачи, но главное условие успеха обеспечивается только при прямом комбайнировании и закладке измельченной массы на сенаж при ее влажности 65-70%. Качественное и количественное выражение влияния одного вида культурных растений на другой обусловлены воздействием внешней среды, возрастным и стадийным состоянием взаимовлияющих видов и временем, в течение которого это влияние продолжается. В зависимости от этого можно наблюдать следующие формы влияния: усиление стимуляции, постоянная стимуляция, ослабление стимуляции, переход стимуляции в отсутствие влияния, переход стимуляции в угнетение, усиление угнетения, постоянное угнетение, ослабление угнетения, переход угнетения в отсутствие влияния, переход угнетения в стимуляцию, отсутствие влияния, переход отсутствия влияния в угнетение, переход отсутствия влияния в стимуляцию (Шанда, 1969). Поэтому эффективность смешанных посевов во многом определяется биологической совместимостью компонентов в них, которая может быть установлена экспериментальным путем. Преимущества смесей трав, в сравнении с чистыми посевами, обуславливаются различиями морфологических и биологических свойств бобовых и злаковых компонентов. При совместном посеве бобовых и злаковых трав более полно используется плодородие различных слоев почвы за счет ярусного распределения корневой системы и избирательного поглощения 305 биологического и минерального азота, доступных и труднодоступных соединений фосфора и калия. При составлении травосмесей нужно учитывать требования трав к условиям среды (водно-воздушному, пищевому, тепловому, световому режимам, метеорологическим условиям и реакции почвы); биологическим особенностям видов (долголетие, способ возобновления и размножения, тип кущения, рост, отрастание, сроки цветения, рослость); хозяйственным качествам (возможный уровень продуктивности по годам жизни, питательную ценность, поедаемость), устойчивость против болезней и вредителей, агроэкологическое воздействие па почву. При подборе травосмесей необходимо учитывать, что большинство многолетних злаковых трав более долговечны, чем многолетние бобовые травы. Злаковые компоненты бобовозлаковых травостоев даже при орошении в большинстве случаев менее урожайны, чем бобовые. Однако их включают в травосмеси для обеспечения более устойчивых урожаев по годам пользования, создания разнообразия корма и в какой-то мере – для формирования прочной дернины и оструктуривания почвы. Набор трав, соотношение компонентов смеси, размещение их на полях во времени, методы и подходы к регулированию состава травостоя с учетом его сезонной и разногодичной изменчивости в различных почвенно-климатических зонах имеют свои особенности и не могут быть рекомендованы к распространению повсеместно. Из многолетних трав важно создать аграценозы, сохраняющие продуктивное долголетие и хорошее соотношение бобовых и злаковых компонентов в травосмесях, их высокую питательную ценность. Так, люцернозлаковые травосмеси содержат в 1 кг корма на 15-25 энергетических единиц больше по сравнению с чистой люцерной, корм лучше поедается скотом, имеет низкое содержание сапонинов и экстрактивных веществ, дернина более стойка к разрушению. При использовании травостоя на зеленый корм целесообразнее высевать люцерну в смеси со злаковыми травами. Это вызывается, прежде всего, стремлением не допустить заболевания скота тимпанитом. Кроме того, при использовании травостоя для пастьбы бобово-злаковая смесь нередко дает больше кормовых единиц и белка с гектара, чем одна люцерна. 306 На пахотных землях, требующих незамедлительных и высокоэффективных мер защиты почвенного покрова от дальнейшего разрушения и опустынивания, необходимо использовать севообороты с выводными полями. Высеваются в данном случае бобово-злаковые смеси с выводом полей из севооборотной площади сроком на 4-5 лет. Как показали наблюдения в совхозе «Куйбышевский» Угловского района, достаточно эффективной для этих целей является смесь люцерны и костреца с дополнительным включением донника и эспарцета. При использовании выводного поля на более длительный срок следует в качестве дополнительных компонентов в эту смесь включить житняк и ломкоколосник ситниковый. В сухостепной зоне подбор культур в агроценозы длительного срока использования должен предусматривать включение трав степного экотипа и, прежде всего, житняка, пырейников, мятлика. Необходим также кострец безостый, хотя он более влаголюбивый, но его отличают высокая продуктивность и устойчивость в агроценозах. Обязательными компонентами этой смеси являются бобовые травы: люцерна, донник, эспарцет. В первые годы они дают хороший урожай и травостой, пригодный для сенокоса, в более поздний период обеспечивают злаковые травы доступным азотом, что приводит такие агроценозы к более длительному сроку существования, повышают в целом их продуктивность и увеличивают поступление органического вещества в пахотный слой почвы, формируя хорошую дернину. Новые приемы гибких технологий – это летний беспокровный посев многолетних трав в условиях сухой степи и омоложение травостоя всюду за счет периодической (один раз в дватри года) уборки на семена и ежегодного послеуборочного разбрасывания азотно-фосфорных туков из расчета 2-3 ц/га физического веса с последующим рыхлением стерневой поверхности боронами БИГ-3 или лущильниками с углом атаки до 20-25о. В качестве примера эффективности освоения гибких наукоемких технологий производства кормов и влияния их на показатели работы хозяйства приводим данные в динамике по учхозу «Пригородное» за 1996-1999 гг. (до освоения гибких наукоемких технологий) и 2000-2003 гг. (после внедрения, новых технологий (табл. 6). 307 Таблица 6 Основные производственно-технические показатели по учхозу “Пригородное” за 1996-2003 гг. Наименование показателей Ед. изм. Валовое производство продукции: Зерно амбарное Молоко Зеленая масса: тонн однолетние травы многолетние травы 308 Сенаж Урожайность: зерновые (амбарные) ц/га з/масса многолетних трав Продуктивность: Среднегодовой надой на одну фуражную корову Выручка от реализации Прибыль (+), убыток (-) Расход электроэнергии кг тыс. руб. тыс. руб. тыс. квт/ч 1996 1997 1998 1999 В средн. за 4 года 2000 2001 2002 2003 В средн. за 4 года Рост в % к 19961999 гг. 3444 3375 4099 4179 3024 6834 8262 6870 5465,5 6857 226,7 2170 2248 2002 2569 1747 2906 3428 3630 3670 3408 195,0 5279 3883 6603 6650 5603 14443 11820 14000 11051 10328 184,3 5395 2989 1046 1422 3569 4777 831 2846 2710 3008 1800 7269 7792 10118 6840 12355 5900 7315 7531 269,9 250,3 10,3 9,7 11,8 12,3 11,0 19,9 23,8 18,5 15,5 19,4 176,3 87,0 46,9 115,9 56,9 76,6 150,0 202,0 200 155 176 229,7 3349 3306 2906 3838 3349 4236 5057 5500 5455 5060 151,0 5515 6580 7096 15053 8561 24463 33051 27000 29000 28378 331,5 -3491 -3904 -2285 +1366 -2078 +2273 +6208 +1900 +3460 260,5 4879 4585 4564 3249 4319 2618 2894 2750 -2754 63,7 Это хозяйство в 1999 г. решительно отказалось от возделывания кукурузы на силос в чистом виде и кормового проса на сенаж. Освоило по нашим рекомендациям посев многокомпонентных смесей многолетних трав (люцерна, эспарцет, донник, костер безостый) на зеленый корм, сенаж и сено. Уборку смесей ведут по мере подрастания и созревания: вначале на зеленый корм подкашивают молодые травы, затем на травяной силос, далее при влажности укосной массы 65-75% – на сенаж. При этом уборка ведется прямым комбайнированием не в валок, а сразу в транспортное средство и траншею. Здесь многокомпонентные смеси однолетних культур на корм формируются двух типов. Первый тип – ранневесенние двух-, четырехкомпонентные зерносмеси на зеленый корм, сенаж, зерносенаж и зерно (в зависимости от сроков уборки). Убираются по мере созревания массы напрямую. Соотношение компонентов при посеве задается в зависимости от зоотехнических задач. В качестве основных компонентов используют горох, вику, овес, ячмень, яровую пшеницу в разных сочетаниях. Главное условие успеха – сверхранний срок посева (третья декада апреля). Второй тип – поздневесенние поливидовые смеси на зеленый корм, сенаж и зерносенаж. В их состав включаются, наряду с яровой пшеницей, овсом, ячменем, горохом, однолетние травы: могар, суданская трава, кормовое просо, рапс, амарант, подсолнечник и другие. Наиболее плотный травостой дают семерные, девятерные и десятерные смеси. Комбинационные возможности здесь очень большие. Обязательно 200-300 га в хозяйстве отводят ежегодно под посевы рапса в чистом виде в разные сроки и подкашивают его на зеленый корм с июля по октябрь включительно. Эти технологии позволили в целом по хозяйству резко сократить затраты на обработку почвы, заготовку и приготовление кормов, поднять надои и за счет улучшения предшественников – урожаи яровой пшеницы. Так, рост валового производства зерна составил 226,7%, молока – 195,0, кормов – 184,3-269,9%. Урожайность зерновых культур поднялась на 8,4 ц/га, зеленой кормовой массы – на 99,4 ц/га, надой на 1 фуражную корову – на 1711 л в год и достиг уровня 5500 л. Благодаря освоению новых технологий 309 кормопроизводства сократился расход электроэнергии по хозяйству на 63,7%. Выручка от реализации продукции возросла в 3,3 раза. Еще более эффективных результатов добилось хозяйство Новосибирской области – учхоз “Тулинский”. Директор этого хозяйства К.Г. Першилин в середине 90-х годов прошлого века после ряда консультаций, в том числе и с профессором Н.В. Яшутиным в Алтайском госагроуниверситете, пришел к выводу, что кормосмеси смогут решить амбициозную задачу надоев на одну корову 7,0-7,5 тыс. л молока, поэтому несколько сократил объемы производства корнеклубнеплодов и капустовых на корм скоту и значительно увеличил площади посева смесей на сенаж и зерносенаж. Такой поворот в стратегии структуры посевов не замедлил сказаться на надоях. Ежегодно хозяйство прирастало по среднему удою на корову на 900-1100 л, поднявшись с 2,5 тыс. л вначале девяностых до 7,5-8,0 тыс. л в настоящее время. 3.5.2. Плодосменные севообороты и технологии прямого посева полевых культур (инновационный биомодуль на 4 тыс. га) Важнейшим интегратором в системе земледелия, обеспечивающим высокий эффект проявления синергизма и эмерджентности, является севооборот. Он в любой системе земледелия играет ключевую, связующую роль между всеми её звеньями и, в частности, определяет направления специализации, соотношение культур, выбор технологических стратегий. Наши многолетние наблюдения и исследования показали, что ресурсный потенциал целинного земледелия отмобилизован не в полной мере. Одна из причин – это несовершенство схем вводимых севооборотов и нарушения чередования культур. Так, за прошедшие годы в крае были попытки освоения травопольных, зернопропашных, зернопаровых севооборотов с короткой ротацией (как правило – четырехпольных), но по организационным и погодным причинам их соблюдение не обеспечивалось и поныне остается проблематичным. Нарушения схем чередова310 ния ведут к бессменной культуре яровой пшеницы и одностороннему засорению полей. Исследования последних десятилетий позволяют сделать однозначные выводы, что наиболее рационально возделывание: кукурузы на силос на бессменных хорошо и ежегодно удобряемых навозом участках; многолетних трав также на постоянных участках с возделыванием их по новейшей энергоресурсосберегающей технологии; зерновых, кормовых и технических культур – в двухпольных звеньях (по опыту Т.С. Мальцева – сборное поле предшественников и поле яровой пшеницы) многопольных плодосменных севооборотов. При этом важнейшим условием успеха, как показали наблюдения в базовых хозяйствах, является освоение гибких наукоемких технологий возделывания сельхозкультур в плодосменных севооборотах. В нашем проекте в качестве примера предлагается четыре варианта землепользования и севооборотов: два бессменных участка, 5 двухпольных звеньев в десятипольном зернокормовом плодосменном и 4 двухпольных в восьмипольном плодосменном севообороте по возделыванию крупяных, технических, зерновых и зернобобовых культур. 3.5.3. Машины нового поколения. Их агрономические и экономические преимущества Проблемы морального старения сельхозмашин назрели давно. Так, культиваторы типа КПЭ-3,8 в меру конструкционных особенностей не обеспечивают равномерную глубину хода рабочих органов машины, подрезание сорняков, выравненность посевного ложа. Разрыв между предпосевной обработкой почвы и посевом в реальных условиях нельзя сократить до необходимых пределов. Почва между культивацией и посевом успевает подсохнуть и за счет этого полевая всхожесть падает минимум на 10-15%. Сеялки типа СЗС-2,1 также недостаточно полно подрезают сорняки. Для их работы часто необходима предпосевная обработка почвы. Они не работают на склонах, на средних и тяжелых почвах, так как тяговое сопротивление слишком значительное. 311 Сеялки типа СЗП-3,6 не обеспечивают равномерную заделку семян. Для их работы обязательно нужна предпосевная обработка почвы. В целом посевные комплексы из семейства противоэрозионных машин по данным ежегодной госприемки посевов обеспечивают полевую всхожесть семян не более 70-80%. То есть недобор урожая закладывается уже при посеве в размере 20-30%. Современная уборочная техника отличается высокой дороговизной, большими удельными расходами ГСМ, слабой надежностью, значительными потерями урожая при уборке. Таким образом, только по причинам несовершенства техники крестьяне за сезон теряют до 5-7 ц/га зерна. Потери по организационно-технологическим причинам изза несвоевременного и некачественного выполнения работ ежегодно достигают ещё от 5 до 15 ц/га. Западная техника более совершенна, более производительна, допускает меньше потерь, но очень дорогостоящая и не всегда адаптируемая к сибирским условиям. Особого внимания заслуживает отечественная машина нового поколения – почвообрабатывающий посевной комплекс ЭРА-П (энергоресурсосберегающий многофункциональный почвообрабатывающе-посевной агрегат). Его разработкой занимается творческий коллектив в составе: Хоменко А.И., Яшутин Н.В., Добрынин В.И., Мансков В.Е., Иост Н.Д. Агрегат создан на базе прообраза сеялки-культиватора СКСС-8,4 производства Павловского ремзавода. Разработчиками конструкции являются Хоменко А.И., Яшутин Н.В., Яковченко П.Д., Ткаченко В.С., Пругов В.А., Колесников Г.А. Базовая модель показала себя как эффективный почвообрабатывающий агрегат, которому среди культиваторов, плоскорезов и других почвообрабатывающих машин конкурентов нет. На посеве СКСС-8,4 показал неудовлетворительные результаты: не держит заданную глубину, не обеспечивает ленточное размещение семян, не дает дружных всходов. Однако завод отказался от доводки этой машины как посевного орудия. Мы вынуждены были подобрать другого изготовителя – завод “Алтайсельмаш”, доработать совместно с ним конструкцию, и в настоящее время мы имеем великолепный посевной и почвообрабатывающий агрегат. 312 Сейчас много говорят об импортных машинах. В крае американские, немецкие, австрийские фирмы, при заинтересованной поддержке некоторых наших ученых и специалистов, ведут активную компанию по продвижению на сибирский рынок Конкордов, Дж. Диров, Амазонов, Флекси-Кейлов и др. Это хорошие, надежные машины. Но, как правило, большая часть из них выполняет лишь одну операцию – прямой посев и работает в агрегате лишь с импортным трактором мощностью 400450 л.с. А для обработки паров, глубокой (раз в ротацию) плоскорезной обработки (где это необходимо) требуются другие орудия. Цены запредельные. Один агрегат (сеялка – трактор) стоит более 13 млн руб. Срок окупаемости этих машин достигает амортизационного периода (8 лет). К тому же, хотя и не часто, но и они ломаются. Быстро получить нужную деталь бывает весьма проблематично. Импортные сеялки не любят наших невыровненных полей с валами соломы. Большая часть из них не уничтожает при посеве вегетирующие сорняки. Борьбу с ними ведут химическими средствами. К тому же общий вес посевного агрегата с шириной захвата 12 м (вместе с энергосредством и заполненным бункером) достигает 30 т. Основные затраты на производство зерновых (кроме уборки) при использовании иностранной техники достигают 1500 руб/га, в то время как при использовании отечественных машин для прямого посева (производства «Алтайсельмаш») они составляют 450 руб/га (табл. 7). Как следует из сказанного, мы не сторонники приобретения иностранных комплексов. Из отечественных машин, способных выполнять прямой посев, можно назвать СС-6 (Стерлитамак), СКСС-8,6 (Павловск), ЭРА-П (Барнаул) и с некоторым авансом Обь-4 (Новосибирск) и Конкорд-Кузбас (Кемерово). Для минимальной технологии можно использовать практически все сеялки, выпускаемые в РФ и за рубежом. Из выпускаемых сегодня посевных и почвообрабатывающих машин наибольшей универсальностью, адаптированностью к условиям Сибири обладает энергоресурсосберегающий агрегат почвообработки и посева – ЭРА-П: многооперационный комбинированный агрегат, выполняющий все операции по обработке почвы и посеву по энергоресурсосберегающим технологиям, применяемый также и при традиционных технологиях. 313 Затраты на ГСМ, руб/га Заработная плата, руб/га Затраты на технику, руб/га Всего затрат, руб/га Алтайский комплекс (РФ) Итого Рыхление почвы на 10-12 см (тр-р К-701 + ОПО-8,25) Техника РФ Посев (тр-р МТЗ-1221+ АУП-18) Техника РФ, Беларусь Итого Рыхление почвы на 10-12 см (тр-р К-744 + ЭРА-П – 3 шт.) Техника РФ Посев (тр-р К-744 + ЭРА-П – 4 шт.) Техника РФ Итого Сменная производительность, га Вид техники Рыхление почвы на 10-12 см (тр-р Джон Дир + культиватор Смарагдт) Техника США, Германия Посев (тр-р Джон-Дир + сеялка ДМС-601) Сызранский комплекс (РФ) Выполняемые технологические операции и используемые машины Зарубежная техника При разработке энергоресурсосберегающего почвообрабатывающего посевного агрегата ЭРА-П учтены все требования новейших технологий, состояние почв Сибирского региона, техническая вооруженность сельхозтоваропроизводителей и реальная платежеспособность. Таблица 7 Сравнительные показатели иностранных и отечественных машин для минимальной и нулевой технологий обработки почвы и прямого посева 31,8 128,0 7,0 304,5 439,5 36,8 90,0 6,0 1019,0 1115,0 218,0 13,0 1323,5 1554,5 36,0 136,0 5,8 170,6 312,2 21,6 94,0 230,0 11,6 17,4 147,3 317,3 252,9 565,3 48,2 112,0 6,0 152,0 270,0 62,0 80.3 192,0 8,0 14,0 89,0 250,0 186,3 456,3 314 Уровень комплектации позволяет использовать ЭРА-П в различных природно-климатических условиях, а высокоточная универсальная система высева обеспечивает сев практически всех сельскохозяйственных культур. Агрегат позволяет сельхозтоваропроизводителю провести поэтапный, постепенный переход от традиционных к энергоресурсосберегающим технологиям, дает возможность выбора технологии (использовать глубокую плоскорезную минимальную или нулевую обработки почвы, мульчировать или оставлять стерню на поверхности поля, вносить основную или стартовую дозу удобрений на заданную глубину, проводить посев многокомпонентных смесей, агрегатироваться любым энергосредством). ЭРА-П проводит: - прямой широкополосный посев семян сельскохозяйственных культур в необработанную почву, совмещенный с уничтожением вегетирующих сорняков, подготовкой выровненного твердого семенного ложа, внесением стартовой дозы минеральных удобрений, измельчением, выравниванием и прикатыванием почвы над засеянными полосами, формированием (при необходимости) углубленных участков почвы над семенами или выравниванием поверхности поля (в зависимости от зоны использования агрегата), вычесыванием подрезанных сорняков на поверхность поля, мульчированием поверхностного слоя почвы; - осеннюю плоскорезную обработку почвы, совмещенную с мульчированием поверхности пожнивными остатками или сохранением стерни; - обработку паровых полей; - разработку забурьяненных площадей; - внесение основной дозы минеральных удобрений. Выполняя за один проход по полю все операции, вместо 5-6 при традиционной технологии, ЭРА-П экономит время и средства сельхозтоваропроизводителя, обеспечивая существенную рентабельность сельхозпроизводства. Достаточно сказать, что на обработку почвы, ранневесеннее боронование, предпосевную культивацию и посев при обычной технологии расходуется 28-30 л горючего. Используя ЭРА-П и проводя перечисленные операции за один проход, расходуется 5,2 л (уменьшение в 5,4 раза). 315 Уникальность ЭРА-П в том, что он может использоваться во всех известных технологиях обработки почвы и посева (традиционной, минимальной, нулевой), комплектоваться без специальных сцепок в комплексы от 1 до 5 агрегатов (в зависимости от имеющегося у сельхозтоваропроизводителя энергосредства). С трактором МТЗ-82 работает один агрегат (обеспечивает возделывание сельскохозяйственных культур на площади до 500 га), с трактором Т-4А – 2, с К-700А – 3, с К-744Р – 4 агрегата. Если будет более мощный трактор, можно скомплектовать 5 агрегатов. ЭРА-П может работать на мелкоконтурных полях, объезжать колки с заглубленными сошниками без риска их поломки, так как стойкой – семяпроводом является толстостенная труба, которая одинаково воспринимает нагрузки с разных сторон и к тому – же вращается, снижая сопротивление почвы и самоочищаясь от пожнивных остатков. Дисковые сошники благодаря вращению и большой режущей кромке служат в 4 раза дольше широко распространенных стрельчатых лап. Предусмотрена защита почвообрабатывающих органов от поломок при столкновениях с твердыми предметами (корень дерева, камень). Оборудование электронно-дискретной системой высева позволяет агрегату одновременно высевать до девяти разных культур (выращивание многокомпонентных кормосмесей). Семенной бункер имеет шесть секций, а сошники регулируются индивидуально по глубине хода. В сочетании с электроннодискретной системой высева это позволяет высевать каждую культуру по своей норме и на заданную (оптимальную для нее) глубину. Контроль за высевом осуществляется из кабины трактора. ЭРА-П работает без сеяльщиков. Дисковые сошники имеют перекрытие – 90 мм, которое позволяет использовать их длительный срок без замены (износ за сезон составляет 4-5 мм). Агрегат ЭРА-П имеет ширину захвата 2,5 м (в комплексе до 12,5 м). Позволяет проводить сев на глубину 4-9 см, обработку почвы на глубину 4-22 см благодаря дисковым сошникам может работать на скоростях 7-12 км/час. 316 Рис. 7. Агрегат энергоресурсосберегающий почвообрабатывающий ЭРА-П “АГРОМИР” (внешний вид) Ширина засеваемых полос 21,7 см ширина междурядий 19,3 см. Емкость зерновых бункеров – 1,3 м3. Емкость туковых бункеров – 0,3 м3. Производительность – до 3 га/час (на один агрегат). Агрегат ЭРА-П имеет модификацию – ЭРА-П-01. ЭРА-П-01 соответствует техническим характеристикам ЭРА-П и предназначен для обработки почвы. На него не устанавливается бункер для зерна и удобрений, электронно-дискретная система высева, ограждение и площадка для загрузки семян. Изготовители предусмотрели возможность трансформации ЭРА-П-01 в почвообрабатывающий, посевной агрегат ЭРА-П (при покупке потребителем на заводе необходимых комплектующих). Главное преимущество агрегата ЭРА-П в том, что он обеспечивает идеальное посевное ложе и абсолютное совмещение предпосевной обработки почвы с посевом. Конструкционные особенности машины позволяют реализовать широкополосное размещение семян на дне борозды, укрытие их только влажной частью почвы на окончательную глубину (3-5 см), при этом лишняя верхняя (2-3 см) сухая комкова317 тая часть сдвигается в междурядья. Такие инженерные решения позволяют оптимизировать почвенные условия и создать существенные микроклиматические преимущества для возделываемых культур и неблагоприятные для прорастания сорной растительности. Всё это в совокупности с качественным распределением семян по глубине и площади, увеличением нормы высева на 25-30% к зональному уровню обеспечивает практическое удвоение урожаев по сравнению с зональной технологией и системой машин. Эта машина способна обеспечить в Сибири условия для формирования урожая в 30-40 ц/га и более. Другие преимущества почвообрабатывающего посевного агрегата ЭРА-П: - применение почвообрабатывающего посевного агрегата ЭРА-П в новой технологии снижает в 4 раза число используемых машин, в 5,4 раза расход топлива, в 3,7 раза трудозатраты. Стоимость агрегата в 6,7 раза ниже суммарной стоимости заменяемых им машин; - агрегат создает возможность вернуть в севооборот с минимальными затратами забурьяненные поля; - вертикальные сферические диски и пневматические катки, устанавливаемые на агрегате, обеспечивают тщательное измельчение крупных комков почвы, выравнивание поверхности в полосе посева; - машина адаптирована к различным природноклиматическим условиям, может формировать ветроустойчивую поверхность поля; - технологические процессы, выполняемые ЭРА-П, не нарушаются при высоких скоростях движения; - применение агрегата снижает в 1,6 раза удельное давление на почву (против самых современных комплексов); - ЭРА-П органически вписывается в традиционную технологию, позволяет поэтапно перейти на новую технологию; - блочное, бессцепочное построение позволяет использовать агрегат с любым энергосредством (тяговый класс от 2 до 6); - благодаря высокой универсальности, работа в течение всего весенне-осеннего периодов ЭРА-П окупается в течение 1 сезона использования, при этом сельхозтоваропроизводитель 318 получает дополнительный доход в объеме 500-600 тыс. руб/год (1-1,2 тыс. руб/га). Чем отличается агрегат ЭРА-П от выпускаемых в мире машин для прямого посева? 1. В мировой практике агрегаты прямого посева выполняют одну операцию – сев, в лучшем случае две – сев и культивацию паровых полей. ЭРА-П – многофункциональный агрегат, способный выполнять практически все работы на почве. 2. Импортные машины прямого посева агрегатируются, как правило, только с импортными тракторами высокой мощности (400-450 л.с.). ЭРА-П агрегатируется с любым энергосредством. 3. Агрегат ЭРА-П может вести одновременный высев 6-9 культур, при этом каждая культура высевается по установленной норме и на оптимальную для нее глубину. 4. Импортные сеялки, оборудованные пневматической системой высева, допускают высокую неравномерность распределения семян между сошниками (до 20% при допусках – 3%). Электронно-дискретная система высева ЭРА-П допускает неравномерность высева – 0,3%. 5. Благодаря большой опорной поверхности и малому собственному весу ЭРА-П может быть использована на любых фонах обработки почвы. Это позволяет осуществлять постепенный переход к беспахотной технологии. 6. ЭРА-П одновременно с посевом уничтожает вегетирующие сорняки, выравнивает поверхность поля, что повышает эффективность использования беспахотной технологии, снижая объемы химических обработок. 7. Модульное построение позволяет ЭРА-П агрегатироваться с любым отечественным или импортным энергосредством. 8. Цена ЭРА-П в 7-8 раз ниже своих импортных собратьев. 9. ЭРА-П адаптирован к природно-климатическим условиям Алтайского края, прост по конструкции и в обслуживании. 10. Завод-производитель «Алтайсельмаш» находится в Барнауле, обеспечивает гарантийное и послегарантийное обслуживание, обучение специалистов (проведение семинаров), издание необходимой информационно-консультационной литературы. 319 Завод «Алтайсельмаш», имея хорошие традиции, выпуска высококачественной продукции и сервисного сопровождения, установил гарантийный срок на ЭРА-П 3 года. Разработчики и изготовители агрегата обеспечивают информационно-консультационное сопровождение и практическую помощь при освоении технологии No till и использовании машины. Мы надеемся на ответственность и особый подход сельхозтоваропроизводителей к комбинированному агрегату нового поколения – ЭРА-П. Выпуск ЭРА-П организован в рамках освоения проекта «Энергоресурсосберегающий технико-технологический пакет для беспахотного возделывания и бескомбайновой уборки сельскохозяйственных культур». Этот проект получил поддержку бюджета РФ, администрации края. Проект предусматривает выпуск 3 основных машин и 2 видов оборудования. 1. Агрегат ЭРА-П (рис. 7). 2. Опрыскивающая установка Торнадо (муссон) (рис. 8, 9). 3. Энергоресурсосберегающий агрегат уборочный – ЭРА-У (рис. 10). 4. Оборудование тележек ПТС-4 для перевозки вороха без потерь (рис. 11). 5. Оборудование для разделения вороха РВ-50. Из трех основных машин две уже освоены. О первой машине ЭРА-П мы рассказали. Коротко о второй машине – опрыскивающей установке «Торнадо». В рамках нашего проекта ООО «Химагротех» – компания, специализирующаяся на производстве современных опрыскивающих установок, в 2004 году разработала принципиально новую схему установки. Она представляет съемное оборудование, монтируемое в кузов УАЗ-452, Газ 66 или их аналогов. Её основное отличие от существующих заключается в том, что она распыляет сверхмалые дозы растворов гербицидов и пестицидов – 7,5-10 л/га. При этом обеспечивается оптимальный размер капель – 100-300 микрон: такую каплю и ветром не сдует и под своей тяжестью она не стечет с листика. Благодаря минимальному расходу раствора, агрегаты значительно легче своих аналогов, меньше уплотняют почву и меньше уничтожают культурные растения. Имея ширину захвата 20-24 м, Торнадо в агрегате с УАЗ может двигаться на скорости 40-50 км/ч (если, ко320 нечно, позволит поле) против 12 км/ч для трактора МТЗ и прицепной установки. Рис. 8. Опрыскиватель типа “ТОРНАДО” (шасси ГАЗ-66; ГАЗ-3308) Рис. 9. Опрыскиватель типа “МУССОН” (шасси УАЗ-3303) Таким образом, за смену “Торнадо” способна обработать 500-600 га, против 120-140 га обработки традиционными отечественными опрыскивателями. Такой производительности достигают импортные опрыскиватели (самоходные), стоимость которых в 25-30 раз превышает стоимость данных машин. Кроме того, отработав сезон, импортная установка устанавливается на 321 11 месяцев на хранение. Наше же оборудование снимается с кузова, машина используется круглый год. Несмотря на кажущуюся простоту «Торнадо» оборудован системой навигации GLONASS/GPS, которая отображает на дисплее в кабине автомобиля местоположение опрыскивателя с привязкой к конкретному полю и отслеживает его передвижение. Это позволяет с высокой точностью выдерживать интервалы между проходами агрегата. Спутниковая навигация позволяет работать ночью без снижения качества обработки. Система автоматического управления расходом рабочей жидкости (АСУР) позволяет строго соблюдать нормы внесения препаратов, гарантирует высокое качество обработки независимо от скорости движения. В отличие от других отечественных аналогов оборудование надежно работает со всеми видами пестицидов, с фунгицидами, как с водными растворами, так и с эмульсиями и суспензиями благодаря наличию системы принудительного перемешивания рабочей жидкости. Одно из основных преимуществ – низкая стоимость оборудования и обработки полей. Третья машина из числа основных – энергоресурсосберегающий агрегат уборочный ЭРА-У. Одно упоминание об агрегате вызывает улыбки – разве такое возможно, убирать без комбайна. У нас все возможно! Ведь уборка урожая проводится менее чем 10 тыс. зерновых комбайнов при их потребности в 24 тыс. Причем коэффициент обновления не превышает нескольких процентов, при износе – 80%. Где же выход? Чтобы провести обновление комбайнового парка необходимо приобрести 18-20 тыс. зернокомбайнов. Это стоит 45-50 млрд руб. Денег таких нет и, наверное, не будет! Что делать? В рамках проекта разработан прицепной зерноуборочный агрегат ЭРА – У. При его создании решалась задача – убрать выращенное зерно и подготовить поле к зиме, то есть измельчить и разбросать пожнивные остатки, замульчировать поверхность поля с целью стимулирования прорастания семян сорняков и переработки пожнивных остатков осенью, создать условия для накопления зимних осадков. В основу ЭРА-У положены многие известные технические решения. 322 Рис. 10. Агрегат энергоресурсосберегающий уборочный ЭРА-У “АГРОМИР” 1. Вместо косовицы хлебостоя выполняется очес колосьев (очесывающие жатки уже выпускаются в Англии и России, но они работают в агрегате с зернокомбайнами, повышая их производительность в 1,5-1,7 раза). Так вот, в нашей прицепной машине (работает с тракторами МТЗ-82, МТЗ-1221) установлены 2 барабана, которые очесывают колос. Причем очес выполняется и с полеглого и скрученного хлебостоя при минимальных потерях и высоких скоростях. 2. Измельчает стерню шредер, который выполнен в виде трубы с плавающими ножами, обеспечивающими срез на заданную высоту и измельчение пожнивных остатков. При этом в местах, где ножи демонтированы, остается высокая стерня, обеспечивающая накопление зимних осадков. То есть через каждые 3-3,5 м по всему полю остаются полосы высокой стерни (стебли без колоса). Ширина полосы может устанавливаться любая, вплоть до полной ширины захвата орудия – 3-4 м. Конструкция шредера такова, что он может в зависимости от зоны использования ЭРА-У оставлять стерню любой высоты, обеспечивая тем самым накопление требуемого количества зимних осадков. В отдельных почвенно-климатических зонах он демонтируется, и стерня полностью остается в поле. При этом провести весенний сев на этом поле без предварительной обработки сможет только ЭРА-П. Замыкает технологическую цепочку игольчатая борона БИГ-3, которая слегка рыхлит поверхность, прекращая испаре- 323 ние влаги и заделывает в верхнем слое семена сорняков, провоцируя их осеннее прорастание. В ЭРА-У предусмотрено оригинальное обмолачивающее, а вернее сказать, вышелушивающее устройство. В его основе два обрезиненных транспортера, имеющих разную скорость вращения. Колос, попадая между двумя лентами транспортеров, благодаря разной скорости их движения начинает вращаться и вышелушиваться. Этот процесс напоминает шелушение зерна между ладонями. Регулируемые зазоры на входе и на выходе (между лентами транспортеров), а также степень давления на колос позволяют обмолачивать практически любую культуру. К тому же частичный вымолот (до 50-70%) происходит при очесе колоса (это зависит от степени зрелости зерна). Вышелушенное зерно и полова подаются в специально оборудованную тележку ПТС-4, которая прицепляется за тот же трактор, агрегатирующий ЭРА-У. При этом предусмотрено два варианта: 1. Полова отделяется от зерна при его загрузке в тележку вентилятором – швырялкой, установленным на агрегате, и разбрасывается по полю (вариант для тех, кто не имеет животноводства и не готов перерабатывать полову). 2. Полова вместе с зерном загружается в тележку и доставляется на мехток, где отделяется от зерна на разделителе вороха РВ-50. На первом этапе она закладывается в корм скоту (силос, сенаж), на втором организуется ее переработка в биотопливо. Такую установку мы уже видели, которая способна из 1 кг половы выработать 0,5 кг биотоплива. Если учесть, что с 1 га можно получить 500 кг половы, т.е. 250 кг топлива, то станет ясно – отходы могут принести сельхозтоваропроизводителю больший доход, чем дает основной продукт. ЭРА-У способен за сезон убрать хлебá на 500 га, т.е. он заменит комбайн «Дон-1500». Но цена его не превысит 850-900 тыс. руб. Несколько слов об оборудовании тележек для перевозки зерна и половы. Такое оборудование разработано, оно обеспечивает 100%-ное использование грузоподъемности тележки ПТС-4, исключает потери при загрузке и перевозке вороха. Те324 лежки, имеющие это оборудование, могут эффективно использоваться для перевозки сенажа, силоса и других грузов. Рис. 11. ПТС-4 с оборудованием для перевозки зернового вороха Вывод из сказанного. Имея сегодня агрегаты ЭРА-П (почвообработки и посева) и оборудование для химических обработок, мы можем постепенно, поэтапно, учитывая почвенно-климатические условия, финансовые и технические возможности сельхозтоваропроизводителей вести освоение энергоресурсосберегающей технологии нулевой обработки почвы, а в дальнейшем, начать освоение бескомбайновой уборки. Мы посчитали, что на техническое перевооружение (из расчета 1500 га пашни), если его проводить на базе разработанного технико-технологического пакета, требуется 4,0-4,5 млн рублей (это стоимость одного б/у комбайна «Доминатор»). Если техническое перевооружение провести с использованием традиционных машин, то на эти цели (на те же 1500 пашни) потребуется 27 млн рублей. На основные машины технико-технологического комплекса и на технологию в целом получены Патенты РФ. Стоимость технико-технологического пакета с учетом использования имеющихся у сельхозтоваропроизводителя машин составит 4,5 млн руб. 325 Таблица 8 Преимущества новой технологии (на площади 1500 га) № п/п Наименование Показателей 1. Технологические 1.1 Число задействованных машин, единиц 1.2 Расход топлива л/га 1.3 Нагрузки на почву, в т. ч.: механические химические 2. Экологические 2.1 Выброс в атмосферу СО2, т/га 2.2 Смыв в водоёмы пахотного слоя почвы, т/га 2.3 Накопление гумуса в почве, т/га 3. Экономические 3.1 Стоимость задействованных машин, млн руб. 3.2 Затраты труда, чел-час/га Прибыль, получаемая при возделывании зерновых, руб/га 3.4 Срок окупаемости Проекта 3.5 Потребность средств на проект, млн руб. Используемая технология традиционная новая 93 20 45,7 18,4 100% 100% 40% 70% 1-1,2 0,1-0,2 1,6-1,9 0,1-0,2 - 1,2-1,5 29 7,2 2,93 1,26 700-1200 20602080 4 года 1 год 34,93 11,2 Примечание Кол-во задействованных машин сокращается в 4,6 раза Сокращение расхода топлива на 27,3 л/га В 2,5 раза В 1,4 раза Снижение в 6-10 раз выброса СО2 в атмосферу Уменьшение потерь пахотного слоя в 10 раз Новая технология позволяет восстановить гумусовый слой, микрофлору почвы Потребность средств на тех. перевооружение сокращается в 4 раза Трудозатраты снижены в 2,3 раза Прибыль сельхозпроизводителя возрастает в 2,3-2,8 раз Срок окупаемости вложенных средств сокращается в 4 раза На первую половину ранее заданного вопроса: где взять технику? – ответ дан, на вторую половину вопроса: где взять средства? – ответить сложнее. Но всеже кто ищет, тот находит и средства. Один из путей – использование краевого лизинга. 326 Ежегодно на него выделяется 140-180 млн руб. Есть, хотя и небольшой, фонд поддержки АПК, есть инвестиционные кредиты (с погашением 2/3 кредитной ставки за счет бюджета края). Бюджет края мог бы погашать до 30% стоимости новых машин, как это делают некоторые регионы РФ (например, Кемеровская, Новосибирская области). Таблица 9 Снижение потребности в основных с.-х. машинах в АПК Алтайского края в случае освоения биотехнологий Потребность Снижение потребности Потребность при использоваНаименование по нии биотехнов техни- в средствах на машин нормативам, логий и совреке, тыс. приобретение, тыс. шт. менных машин, шт. млрд руб. тыс. шт. Тракторы 48,0 28,0 20,0 20,0 Зерновые комбайны 24,0 13,0 11,0 22,0 Сеялки 28,0 12,3 15,7 4,5 Культиваторы 22,0 12,7 9,3 2,8 Плуги 12,0 1,0 11,0 2,6 Итого 134,0 67,0 67,0 51,9 Можно понизить стоимость новых машин за счет погашения налога на имущество машиностроительных предприятий (через инвестиционные комиссии). Созрели и некоторые банки, начиная выдавать кредиты под небольшие проценты. В целом, это немалые деньги, если бы их удалось концентрировать на инновационных направлениях АПК, содействовать конкретным сельхозтоваропроизводителям, осваивающим новые технологии и машины. Это возможно при большом желании сельхозтоваропроизводителей и специалистов органов управления АПК. Пока же наши сельхозтоваропроизводители продолжают работать по традиционной технологии, несмотря на ее недостатки и создаваемые проблемы. Почему это происходит? 1. Недостаток знаний, слабая информированность сельхозтоваропроизводителей о новых технологиях. 327 2. Недоверие к публикуемым в прессе показателям работы предприятий, освоивших энергоресурсосберегающие технологии, консерватизм крестьянина. Если уже привык десятки лет лущить, культивировать, боронить, сеять, то предложение выполнить все эти операции одной машиной, за один проход воспринимается с иронией. Он должен увидеть это своими глазами, пощупать руками. Такую возможность должны представить ему разработчики, изготовители машин, специалисты органов управления АПК. С этой задачей мы справляемся пока недостаточно эффективно. 3. Отсутствие единства взглядов на новые технологии. Некоторые ученые и практики считают, что переход на минимальные и нулевые технологии приводит к зарастанию полей сорной растительностью, так как семян сорняков в наших почвах накоплено на десятки лет, что освоению новых технологий должно предшествовать выравнивание полей, решение кормовой проблемы животноводства (сегодня много соломы используется на корм скоту). Наверное, это хорошо, что есть разные мнения, но стоять на месте, не искать путей выхода из сложнейшей экономической ситуации – это преступление. В условиях недостатка финансовых средств, значительного износа техники, едва ли сельхозтоваропроизводитель найдет другой путь, кроме освоения энергоресурсосберегающих технологий. Простой расчет показывает, что если исключить из технологий глубокие обработки почвы, то имеющегося в сельскохозяйственных предприятиях количества тракторов, с учетом использования новых прицепных машин, вполне достаточно для осуществления технико-технологического прорыва в растениеводстве, создания возможностей для развития села. Наша «нулевка» должна быть гибкой, адаптированной к конкретным почвенным климатическим и производственным возможностям сельхозтоваропроизводителя. Мы к этому готовы как в агрономическом, так и в техническом отношениях. Сегодня сельхозтоваропроизводитель самостоятельно принимает решение, какую технологию, технику, севообороты использовать, но задача науки, машиностроителей – ориентировать селян на применение новейших достижений научнотехнического прогресса. 328 3.5.4. Резюме На фоне осваиваемых на юге Сибири почвоводоохранных комплексов возможен переход на биотехнологии. Для чего необходимо: - установить структуру посевных площадей, в которой яровая пшеница не должна занимать более 50% площади; остальную площадь должны занимать кормосмеси, крупяные и технические культуры; - ввести двухпольные звенья многопольных зернокормовых и зернокрупяных севооборотов, в которых недопустимо размещение пшеницы по пшенице. Чистые пары в этих севооборотах можно исключить; - всю незерновую часть урожая пшеницы оставлять в поле на мульчу и сразу же заделывать в почву вместе со стерней и сорняками на глубину 8-12 см. (на участках засоренных молочаем лозным – до 14-16 см). Помнить, что мелкая ранняя зяблевая обработка играет исключительную роль в предлагаемой системе – как в борьбе с эрозией, сорняками, так и в мобилизации питательных веществ под урожай будущего года; - предпосевную обработку почвы на глубину заделки семян и посев необходимо проводить без разрыва во времени, желательно комбинированными орудиями типа ЭРА-П. Норму высева пшеницы при широколенточном посеве необходимо увеличить на 25-30%. Необходимо знать, что важнейшую технологическую роль играют борозды и гребни, формируемые при посеве агрегатом ЭРА-П. Такие посевы нельзя прикатывать никакими катками, кроме пневматических, устанавливаемых на заводе и работающих строго по ленте посева. В целом предлагаемый агрокомплекс обеспечивает, при строгом соблюдении технологии прямого посева и биоактивации производственных процессов, как минимум, удвоения урожаев к уровню зональных технологий и сокращение затрат в 3-5 раз. 329 Принципиальным остается решение проблемы специализации хозяйств, потому что зернопроизводящие предприятия, где нет животноводческой отрасли, из-за ограниченности площадей под предшественниками яровой пшеницы вынуждены вводить зернопаровые севообороты, которые уступают многопольным плодосменным с двухпольными звеньями в урожаях и других экономических показателях практически в два раза. Продукция в этих спецхозах из-за необходимости применения гербицидов не может быть реализована как экологически чистая. Зерноживотноводческая специализация решает все проблемы экологии и экономики биосистемно, весьма успешно и надёжно. *** Предлагаемые нами разработки позволяют при их творческом освоении получать существенные реальные прибавки урожаев, снижать производственные затраты. С этой точки зрения научные решения становятся товаром и нашим реальным даром работающим крестьянам. Однако не всякий поймет и сумеет правильно распорядиться полученными знаниями, многие секреты мастерства остаются между строк. При желании получить отдачу от предлагаемых решений и предельно уклониться от негативных результатов, необходимо найти возможность для творческого сотрудничества с нашей научной школой. Консультации по вопросам реализации конкретных положений проекта можно получить по адресу: 656049, г. Барнаул, АГАУ, пр. Красноармейский, 98, кафедра общего земледелия и защиты растений, кабинет № 305, тел. 8-385-2-62-64-30, e-mail: [email protected]. 330 Часть 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ В АГРОНОМИИ Введение Научная агрономия нацелена на наработку и предоставление земледельцу эффективных инструментов системного управления продукционным процессом сельскохозяйственных растений. Достижение этой цели в полной мере невозможно без использования такого метода познания и управления объектами и процессами реальности, как моделирование. Этот инструмент еще недостаточно освоен не только земледельцами-практиками, но и агрономами-учеными, хотя наукой и практикой давно доказана высокая эффективность моделирования в различных сферах. Экономическая сущность практической агрономии определяет необходимость использования методов, направленных на четкое обоснование предлагаемых решений и систематизированное управление всеми процессами на основе проектов разной степени детализации. Сложность объектов, явлений и процессов, с которыми сталкиваются и агрономы-практики, и агрономы-ученые предопределяет необходимость использования методов, предусматривающих их познание и управление ими через упрощение. Это становится возможным благодаря использованию в ряде ситуаций не реальных объектов, явлений или процессов, а их упрощенных аналогов – моделей. Для успешного применения моделирования в научной, проектно-плановой и производственной деятельности специалисту необходимо располагать сведениями о сущности процесса моделирования и его составляющих, ориентироваться в многообразии методов моделирования и знать требования, выполнение которых станет залогом грамотного и эффективного применения моделирования в своей работе. 331 Раздел 4.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ 4.1.1. Понятие моделей и их классификация Под моделированием, в узком смысле слова, понимают построение модели какой-либо определенной части реальности. Сама по себе модель является упрощенной формой отображения основных сторон строения и функционирования реального объекта, явления или процесса. Объект – это физическое (материальное) тело, вещь, система. Для его изучения используются, как правило, геометрические модели (хотя современные компьютерные технологии позволяют создавать и цифровые математические модели материальных объектов). Явление – это внешние свойства и признаки предмета, постигаемые через ощущение, восприятие, представление. Например, цветок – это объект (предмет), а его свойства проявляются через форму, цвет, запах. Поэтому можно сказать, что в парфюмерной промышленности моделируются запахи. В явлениях обнаруживаются законы, Так, упавшее яблоко натолкнуло И. Ньютона на мысль о законе всемирного тяготения. Особенно важно изучение с помощью моделей экономических явлений. Например, цена (явление) отражает объективно действующий экономический закон стоимости. Поэтому моделирование цен может помочь использовать закон стоимости в прогнозировании развития рынка и даже в экономической политике государства. Процесс – это ход, развитие явления, последовательная смена состояний объекта. Если явление представляет статическое, постоянное качество, то процесс всегда обладает динамическими характеристиками. Например, моделирование роста и развития сельскохозяйственных растений в агрономии – это моделирование процессов. Слово модель происходит от латинского modulus – образец, норма, мера. Термины модель и моделирование относятся к понятиям кибернетики – науки, изучающей общие закономерности строения и функционирования сложных систем управле332 ния. Так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибернетику часто определяют как науку об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах. Модель является частным случаем аналогии – важного метода научного познания. В любых отраслях знания при исследовании объектов реального мира, объяснении сложных явлений или процессов исследователь чаще всего ищет сходства с тем, что уже известно науке. Фундаментальная ценность аналога (модели) состоит в его способности заменять оригинал при изучении особенностей его функционирования. Сходство или аналогию в жизни можно встретить повсеместно. Например, детские игрушки. Они представляют собой не что иное, как модели реальных предметов: машин, зданий, животных, людей и т.д. Можно выделить несколько причин, определяющих целесообразность использования моделей вместо прямого взаимодействия с реальным миром: - сложность реального мира (реальные объекты, как правило, очень сложны, и слишком большое число переменных, вовлекаемых в анализ, делает познание реальных объектов чрезмерно трудоемким, затратным и неэффективным, так как при очень большом объеме информации увеличиваются «шумы», снижающие точность и надежность результатов. Для упрощения исследования реального объекта, можно заменить его упрощенным аналогом – моделью); - альтернативность выбора (довольно часто встречаются ситуации, в которых возможно множество допустимых вариантов решений, однако выбрать требуется наиболее оптимальное. Для этого невозможно опробовать и экспериментально проверить в реальности все альтернативные варианты решения. Гораздо проще и эффективнее найти наилучшее решение с помощью модели); - вероятностный характер многих процессов и явлений (значительная часть данных, используемых в агрономических расчетах, являются стохастическими величинами, что не позволяет находить однозначных решений. При этом возникает необ333 ходимость выполнять оценку пределов допустимых колебаний переменных величин и устойчивости конечных решений. Экспериментальные оценки на реальных объектах требуют, как правило, существенных затрат ресурсов и времени. Значительно эффективнее выполнить такие исследования на моделях); - отдаленность результатов во времени (эффективность систем землеустройства, земледелия, удобрений, а также ряда других решений, в реальности может быть оценена лишь через определенное время, когда они будут полностью реализованы. Моделирование – единственный способ увидеть варианты будущего). Можно выделить следующие функции моделирования: - дескриптивная функция; - прогностическая функция; - нормативная функция. Дескриптивная функция заключается в том, что за счет абстрагирования модели позволяют достаточно просто объяснить наблюдаемые на практике явления и процессы (другими словами, они дают ответ на вопрос «Почему мир устроен так»). Успешные в этом отношении модели становятся компонентами научных теорий и являются эффективным средством отражения содержания последних (поэтому познавательную функцию моделирования можно рассматривать как составляющую дескриптивной функции). Прогностическая функция моделирования отражает его возможность предсказывать будущие свойства и состояния моделируемых систем, то есть отвечать на вопрос «Что будет?». Нормативная функция моделирования заключается в получении ответа на вопрос «Как должно быть?» – если, помимо состояния системы, заданы критерии оценки ее состояния, то за счет использования оптимизации (см. ниже) возможно не только описать существующую систему, но и построить ее нормативный образ – желательный с точки зрения субъекта, интересы и предпочтения которого отражены используемыми критериями. Нормативная функция моделирования тесно связана с решением задач управления, то есть, ответ на вопрос «Как добиться желаемого (состояния, свойств системы и т.д.)?». 334 Наиболее известны три типа моделей: геометрические, физические и математические. Геометрические модели представляют некоторый объект, геометрически подобный своему прототипу (оригиналу). Они дают внешнее представление об оригинале и большей частью служат для демонстрационных целей. К этому виду моделей можно отнести, например, демонстрационные макеты органов растений, профилей почв, элементов рельефа земной поверхности и др. При построении данного типа моделей основную роль играет их геометрическое подобие объектам, а не процессам, протекающим в них. Например, пластмассовый макет цветка позволяет легко ознакомиться с его морфологией, но ничего не говорит о физиологических процессах, в нем протекающих; модель профиля почвы дает представление только об ее основных морфологических свойствах, но не может дать информации о физических, химических, биологических и прочих свойствах и процессах, ее плодородии. Физические модели имеют сходство с оригиналом не только по форме и геометрическим пропорциям, но и по основным протекающим в них процессам (физическим, физикохимическим, химическим, биологическим, экономическим и т.д.). Иными словами, физическая модель – это упрощенный аналог реального объекта, явления или процесса, функционирующий подобно оригиналу. Типичные примеры физических моделей: определение аэродинамических свойств летательных аппаратов путем «продувки» их уменьшенных моделей в аэродинамической трубе; изучение эффективности новых агроприемов или сортов в полевом эксперименте на делянках – уменьшенных аналогах поля; исследование в лизиметрах процессов в почве, которые трудно или невозможно изучить непосредственно в поле. К этому же типу моделей относятся экспериментальные хозяйства, на базе которых воплощаются новые системы землеустройства, системы земледелия или новые экономические принципы организации и менеджмента. Чаще всего геометрические и физические модели выполняются в другом масштабе (по принципу подобия). Модели этих типов относятся к классу вещественных (материальных) моде335 лей. Они являются или визуальными копиями, или копиями, функционирующими на тех же принципах, что и оригинал. В тех случаях, когда геометрическое или физическое моделирование затруднено или невозможно вообще, используют третий тип моделей – математические. Математические модели представляют собой абстрактные описания объектов, явлений или процессов с помощью знаков (символов), поэтому их называют также абстрактными или знаковыми (идеальными). Обычно они имеют вид некой совокупности уравнений, неравенств, матриц, таблиц, графиков, формул и других средств математического описания моделируемых объектов, явлений и процессов. Они имеют особую структуру, отражающую свойства предмета моделирования, проявляемые им в конкретных условиях его функционирования. Такие модели широко используются в астрономии, физике, механике, экономике, землеустройстве и других областях. Одна из наиболее универсальных, на наш взгляд, классификаций моделей, которую мы взяли за основу, сделана А.С. Образцовым (рис. 12). По природе носителя все модели подразделяются на материальные и идеальные. Материальные (вщественные) модели делят на два класса: геометрические и физические. Идеальные модели также делят на два класса: вербальные, то есть словесные, и математические, которые в основном и применяются в системном анализе. Вербальные (словесные) модели позволяют давать лишь общую характеристику предмета моделирования. Необходимо отметить, что в настоящие время представление результатов исследования в форме лишь словесного описания недостаточно. Они должны быть представлены в количественной форме с использованием соответствующих средств математического описания. В самом общем виде математические модели в биологии и земледелии можно грубо разделить на описательные (эмпирические) и объяснительные (теоретические или механистические). 336 Действительность Модели Идеальные (знаковые) Материальные (вещественные) Геометрические (внешнее сходство) Математические Физические (действующие копии) Описательные Оптимизационные Детерминистические Статические Вербальные (словесные) Объяснительные (теоретические) Имитационные Стохастические Динамические Рис. 12. Классификация моделей (по А.С. Образцову, 1990) Описательные модели служат для «свертывания» и компактного представления экспериментальных данных. Эти модели строятся без глубокого проникновения в суть явлений и предназначаются для практического применения. Иногда модели этого типа называются эмпирическими (Торнли, 1982; Добрачев и др., 1984). Строятся они на основе экспериментальных данных, касающихся структуры и функционирования изучаемой системы, некотором их анализе и нахождении формы уравнения или системы уравнений, коэффициенты которых могут быть установлены по этим же данным. Часто описательные модели строятся по принципу «черного ящика». Сущность этого принципа заключается в исследовании результатов функционирования на выходах системы, если будут определенным образом изменяться входные сигналы. Так, можно изучить реакцию агрофитоценоза на применение различных доз удобрений, орошения и других воздействий, не рассматривая его структуру. В качест337 ве простейшего примера модели этого типа можно привести выражение: У = т1х1 + т2х2 + … тnхn + b, где У – урожай или какой-либо другой результат функционирования агрофитоценоза; х1…хn – набор факторов, определяющих величину урожая; m1…mn , b – статистические коэффициенты. Для построения и практического использования моделей этого типа не требуется профессионального математического образования. Они легко осваиваются биологами и агрономами, имеющими некоторое знакомство с математической статистикой. Теоретические модели (или механистические по Дж. Г.Н. Торнли, 1982; структурные по В.В. Налимову, Т.И. Голиковой, 1981; объяснительные по К.Т. Де Вит, 1986) позволяют глубоко проникнуть в механизм рассматриваемого явления, понять и объяснить более сложные системы на основании знаний, полученных при экспериментальном изучении более простых систем. Если описательная модель дает представление о том, что произойдет на выходе системы при изменении входных сигналов, то теоретическая объясняет, как и почему изменения на входе системы приводят к той или иной реакции на выходе. Так, теоретическая модель системы «почва – растительный покров – приземный слой воздуха» подробно описывает важнейшие процессы трансформации питательных веществ в почве и поступления их в растение, водный обмен, ростовые функции и другие процессы, которые в конечном итоге приводят к образованию урожая. Модели этого типа, как правило, не подвергают экспериментальной проверке, так как реальная система чрезвычайно сложна, и ее модель не может быть получена без значительного упрощения. Поэтому получаемая модель включает лишь наиболее значимые переменные и не учитывает множество менее значимых, вследствие чего она дает лишь весьма приближенное представление о функционировании реальной системы. При обнаружении несоответствия модели реальной системе данную модель можно адаптировать путем расширения ее функционала. 338 Но в результате такой адаптации первоначальной конструкции модели, она, изначально разработанная в качестве объяснительной, вырождается в описательную (Де Вит, 1986). Построение теоретических моделей в отличие от описательных требует глубоких знаний математики. Агроном должен быть подготовлен к диалогу с математиком, чтобы понять логику построения теоретических моделей, а иногда и ставить перед ним новые проблемы. Сравнивая достоинства и недостатки описательного и объяснительного (теоретического) моделирования, Дж. Г.Н. Торнли (1982) приходит к выводу, что между этими двумя направлениями нет четкой границы. Так, модели продукционного процесса, претендующие на роль объяснительных моделей, могут содержать то или иное количество эмпирических элементов. По способности находить оптимальные решения аналитическими методами модели делятся на оптимизационные и имитационные. Оптимизационные модели. Модели этого типа создают с целью нахождения наилучшего по избранному критерию решения задачи. Слово «оптимизация» означает процесс отыскания минимума или максимума какого-либо математического выражения или функции. При нахождении максимума применяют термин «максимизация», при отыскании минимального значения функции – термин «минимизация». В принципе все модели могут быть использованы для нахождения тех или иных максимумов или минимумов. Однако вполне естественно желание сформулировать модель таким образом, чтобы облегчить отыскание оптимальной комбинации факторов путем решения математической задачи. Нахождение решений таких задач было названо математическим программированием. Таким образом, термин «программирование» появился еще задолго до того, как были сконструированы вычислительные машины, и слово «программирование» первоначально вошло в практику как математическое нахождение способа достижения желаемого результата с определенными известными параметрами. В смысле написания инструкции (программы) для ЭВМ термин «программирование» стал применяться намного поздже. В агрономическом смысле «программирование» – это 339 определение оптимального уровня и соотношения факторов с целью получения максимального или заданного урожая. В настоящее время наиболее разработанными и широко применяемыми являются методы линейного программирования, широко используемые для нахождения оптимальных решений (максимума или минимума линейных целевых функций при ограничениях, которые также могут быть выражены в виде линейных функций). Например, требуется отыскать оптимальное сочетание переменных линейной целевой функции: n Zмакс, мин = С1Х1 + С2Х2 + С3Х3 +…+ СnХn.= Σ C j X j , j =1 n при условиях: Σ aij X j (≤, =, ≥) bi, (i = 1, 2 … m); j =1 Xj ≥ 0, (j = 1, 2 …n). где Z – урожайность или какой-либо другой результативный показатель; Х1…Хn – факторы, влияющие на результативный показатель (искомые величины, переменные задачи); С1…Сn – коэффициенты, выражающие «стоимость» единицы соответствующей переменной для данного результативного показателя; bi – исходные значения ресурсов или заданные объемы производства; аij – затраты (или эффект от использования) ресурса на данную переменную. Если переменных только две, задача оптимизации легко решается графическим методом. При числе переменных более двух применяется симплексный метод. Необходимо отметить, что условие правильного применения любого математического метода – доскональное изучение его возможностей. К особенностям линейного программирования (Urban, 1976) можно отнести следующие: - линейные модели при линейном программировании не отражают с достаточной полнотой внутреннюю структуру системы; 340 - принцип аналитико-математических моделей однозначно основан только на точности (и однозначности), а не на достоверности (соответствии действительности); - огромные трудности для линейного программирования связаны с нелинейными зависимостями, стохастическими элементами в системах. При использовании линейного программирования вводят при необходимости соответствующие упрощения модели, чтобы избежать трудности в расчетах. Поэтому во многих случаях быстро намечается граница упрощений, начиная с которой результаты моделирования формально верны, но фактически обесценены. Это, очевидно, основная причина неудач применения линейного программирования для решения сложных проблем. Определенная ограниченность возможности применения линейных моделей в сложных сельскохозяйственных системах может устраняться при использовании моделей нелинейного программирования. Следует отметить, что получаемые при использовании оптимизационных методов формально оптимальные решения в действительности не всегда являются таковыми. Так, найденная с помощью метода линейного программирования оптимальная структура посевных площадей в некоторых случаях не может быть применена на практике, так как при данной структуре создание севооборотов, отвечающих биологическим, агротехническим, организационным требованиям, невозможно. Возникает необходимость производить так называемые постоптимизационные изменения структуры посевных площадей. При этом нарушается оптимальность структуры и сохраняются все упомянутые выше недостатки метода. Это неизбежно, так как все конкретные особенности каждого хозяйства нельзя отразить в оптимизационной линейной (и даже нелинейной) модели. Имитационные модели. В тех случаях, когда аналитикоматематические модели неэффективны, используют имитационные методы, для которых необязательны ни линейность, ни постоянство зависимостей, ни взаимная независимость производственных действий, т.е. структура имитационных моделей не связана с каким-либо требованием, обусловленным методами решения этих моделей. Это основное преимущество имитационных методов, благодаря которому можно создавать модели с 341 несравненно большим содержанием, чем оптимизационные, которые вследствие требований метода их расчета методически обуславливают очень высокую степень как абстрагирования, так и упрощений, что делает подобные модели значительно искажающими реальную действительность. В имитационных моделях можно точно отразить реальную действительность, т.е. достичь необходимой степени достоверности. Однако при использовании имитационных методов не применяется формальный аппарат, который однозначно и точно приводил бы к оптимальному решению, это ведет к отказу от аналитических методов решения задач оптимизации. В последние годы имитационное моделирование испытывает бурный рост, поскольку модели такого типа более чем другие необходимы для организации рациональных приемов принятия решений. Имитационное моделирование заключается в конструировании модели, имитирующей объекты и процессы по заданным показателям. Далее с помощью ЭВМ по соответствующей программе обрабатывают необходимое количество вариантов и выбирают конкретные значения искомых неизвестных, наиболее приемлемые с точки зрения специалиста в области исследуемого объекта. При этом большое значение имеют интуиция и опыт специалистов, понимающих производственную ситуацию. При отыскании лучшего по избранным критериям варианта применяют различные методы имитации: комбинаторная имитация, выборочная имитация (имитация проб), эвристическая имитация. По принципу определенности решений модели подразделяют на детерминистические и стохастические (вероятностные). Детерминистические модели. Это модели, в которых каждой совокупности исходных условий соответствует единственный результат или каждому сочетанию входных параметров всегда соответствует один и тот же выходной результат. Однако в биологии и земледелии наблюдается значительная изменчивость реакции процессов на внешние воздействия. В связи с этим распределение многих факторов, влияющих на результат функционирования систем, носит случайный характер. В реальных условиях для каждого определенного сочетания управляе342 мых факторов характерно множество значений неуправляемых факторов (например, погодных условий). Поэтому высказываются аргументы в пользу стохастического (вероятностного) подхода к моделированию взаимодействия биологических систем с внешней средой. Стохастические модели. Если в детерминистических моделях предсказываемые значения могут быть точно выяснены, то в стохастических моделях эти значения зависят от распределения вероятностей. При использовании стохастической модели результаты имитации могут различаться, даже если константы и начальные условия одинаковы. Значение этих моделей именно и состоит в том, чтобы отразить изменчивость биологических и сельскохозяйственных систем. Настоящий имитационный метод должен иметь стохастический характер. Но все же, в большинстве имитационных моделей сельскохозяйственных систем доминирует детерминический подход. По способности отражать процесс развития системы в динамике модели делятся на динамические и статические. Динамические модели показывают развитие объекта во времени. При динамическом моделировании Дж. Джефферс (1981) выделяет три главных этапа: на первом определяют, какое именно динамическое свойство системы представляет интерес; на втором устанавливают степень способности модели дублировать элементы поведения и взаимодействий, определенные как существенные; на третьем модель используют (если ее поведение достаточно близко к поведению реальной системы) для объяснения последовательности изменений, наблюдаемых в реальной системе, и предложения экспериментов, которые можно поставить на стадии оценки потенциальных решений. Динамические имитационные модели тяготеют к объяснительным моделям. Для их построения необходимо сочетание глубоких познаний биологических и сельскохозяйственных систем с возможностями математики. Статические модели. Модели этого типа иногда называют моментными. Они отражают состояние системы на данный момент времени (например, состояние агрофитоценоза в момент наступления какой-либо фазы развития или в период наступления уборочной спелости). Статические прогностические модели 343 по временным показателям подразделяют на следующие классы: модели, учитывающие состояние агрофитоценоза на конец вегетационного периода; отражающие состояние системы на определенный календарный срок (например, накопление биомассы по календарным срокам при прогнозировании зеленого конвейера); характеризующие состояние агрофитоценоза к моменту накопления определенных сумм температур. Для решения вопросов научно-исследовательского характера, прогнозирования, планирования и менеджмента производством в агрономии используются различные виды математических моделей, которых в настоящее время известно множество. Поэтому следует сразу отметить, что ввиду большого разнообразия математических моделей и их свойств вопрос их классификации чрезвычайно сложен. В связи с этим в научной литературе можно встретить немалое количество различных классификаций. Та классификация математических моделей, которую мы рассмотрели выше (рис. 12), не охватывает всего их многообразия. Рассмотрим кратко детальную классификацию математических моделей. Р.Г. Кравченко разделял экономико-математические модели на три группы: - корреляционные модели и производственные функции, позволяющие отразить степень влияния различных факторов на результаты производства, обосновать нормативы, сделать прогнозы состояния и динамики процессов воспроизводства; - балансовые модели, обеспечивающие обоснование пропорций воспроизводства, его факторов и результатов; - модели оптимизации, дающие возможность выбора наилучших вариантов развития экономических систем на основе использования аппарата математического программирования. Более детальную классификацию моделей дал М.Е. Браславец. Он выделил две большие группы экономических моделей: экономико-статистические (корреляционное уравнение, отражающее связь зависимого и нескольких независимых факторов) и экономико-математические (таблица чисел, связанных в единую систему функциональных уравнений различного типа). Последние М.Е. Браславец делил на детерминистические и стохастические. 344 К детерминистическим относятся модели, в которых результат полностью и однозначно определяется набором независимых переменных. Детерминистические модели подразделяются на балансовые (обычно имеющие форму шахматного баланса и записываемые в виде квадрантных матриц) и оптимизационные, предназначенные для отыскания оптимальных решений методами математического программирования. К стохастическим относятся модели, описывающие случайные процессы, подчиняющиеся законам теории вероятностей. Модели можно классифицировать (Дмитриенко, 1983) по функциональным показателям, например, модели для управлениями технологиями (используют в производстве), для управления распределения средств и продукции (применяются планирующими органами), для оценки экономической эффективности работ и условий (используются проектными организациями); по культурам; по географическим зонам; по временным показателям. Так, прогностические модели, предназначенные для предсказания уровня урожайности в течение данного вегетационного цикла, могут разрабатываться для краткосрочного (до 2 мес.) и долгосрочного прогнозирования (от 2 до 6 мес.), для прогноза урожайности до посева культуры. Агроклиматические модели конструируют с целью оценки уровня возможной урожайности за пределами данного вегетационного периода (для прогноза урожая с временным интервалом двухлетней или иной цикличности). Все существовавшие ранее классификации математических моделей, в том числе Р.Г. Кравченко, М.Е. Браславца и др., характеризуются отсутствием единого классификационного признака, который позволил бы произвести четкое деление. Поэтому в известных классификациях такого типа присутствуют проблемы возможности отнесения ряда моделей сразу к двум различным классам, что недопустимо. Например, оптимизационные модели могут быть не только детерминистическими, но и стохастическими. Большинство экономико-статистических моделей также может иметь стохастический характер, то есть описывать влияние случайных факторов. 345 Наиболее корректна, по нашему мнению, классификация математических моделей по ряду признаков (за основу взята классификация моделей С.Н. Волкова): Классификация математических моделей Классификационный признак Вид документации Степень определенности информации Вид (уровень) проекта Математические методы, лежащие в основе модели Класс модели Виды моделей Графические, экономические Детерминистические, стохастические Межхозяйственные, внутрихозяйственные проекты систем (земледелия, удобрений, защиты растений, семеноводства и т.д.) Аналитические (дифференциального исчисления); экономико-статистические (математической статистики), оптимизационные (математического программирования), балансовые (межотраслевого баланса), сетевого планирования и управления, прочие Описательные (объяснительные), имитационные, точные функционирующие и т.п. Несмотря на глубокие различия, все модели обладают рядом общих свойств: - они подобны оригиналу и отражают его наиболее существенные стороны; - при исследовании модели способны замещать изучаемый объект, явление или процесс; - они могут давать информацию не только о самом моделируемом предмете, но и о его возможном поведении при изменяющихся условиях. Таким образом, основное назначение модели – служить средством познания оригинала. При этом нет необходимости, чтобы модель отражала абсолютно все свойства изучаемого объекта (которых обычно множество). При создании модели учитываются только те свойства реального предмета, которые 346 существенно (прямо или косвенно) влияют на изучаемый параметр. Возможность применения математических методов и моделей в агрономии обусловлена: - возможностью выразить искомые величины и функционал задачи в числовой форме; - наличием определенных условий и ограничений, влияющих на моделируемый параметр, которые легко формулируются математически; - альтернативным характером (многовариантностью) прогнозно-плановых и управленческих решений; - экономическим характером задач. В агрономии и сельском хозяйстве вообще находят применение все типы моделей. Геометрические модели, такие как тематические карты территории хозяйства, планы и схемы, составляют визуальную основу территориального менеджмента производственными процессами. Физические модели также находят широкое применение, прежде всего, в научных исследованиях. Примерами могут служить эксперименты по выявлению эффективности новых агроприемов, опытные делянки в которых представляют собой физические модели полей производственных севооборотов. Применение физических моделей сопряжено с определенными трудностями, прежде всего, с затратами материальных, финансовых, трудовых ресурсов и времени. В связи с этим для экономии ресурсов и времени вместо них следует использовать математические модели всегда, когда имеется принципиальная возможность такой замены. Следует учесть, что на современном уровне развития информационных технологий и компьютерной техники стало возможным создавать виртуальные аналоги материальных моделей. Например, в географических информационных системах (ГИС), в том числе сельскохозяйственных, широко используются электронные карты и трехмерные модели рельефа. Виртуальные физические модели, создаваемые на компьютерах, можно использовать наравне с материальными, без каких-либо ограничений, а также проводить виртуальные эксперименты. Так, существует программное обеспечение, позво347 ляющее создавать вполне адекватные виртуальные физические модели почв и грунтов для изучения вертикальной и латеральной миграции химических веществ. Известны имитационные модели роста культурных растений, которые позволяют имитировать их поведение и изучать реакции на изменение факторов внешней среды в динамике. Для того, чтобы создаваемая модель соответствовала своему назначению необходимо, чтобы она отвечала ряду требований, обеспечивающих ее функционирование. Невыполнение этих требований лишает модель ее модельных свойств. Первым таким требованием является ее экономичность – исследования, проводимые на модели, должны осуществляться с меньшими затратами материальных, финансовых, трудовых ресурсов и времени, чем непосредственное исследование объекта. Второе – требование традуктивности (от лат. traductiо – перенесение). Результаты исследования на модели должны быть полностью переносимы на оригинал. При создании и использовании функционирующих материальных объектов целесообразно применять метод подобия. Подобие – это условие, при котором возможно количественное распространение результатов эксперимента с модели на оригинал. Поскольку использование материальных моделей в агрономических исследованиях широко распространено, необходимо более подробно остановиться на вопросе о выполнении требования традуктивности. Из вышеизложенного следует, что подобие модели оригиналу непосредственно определяет традуктивность моделирования (традукция возможна только тогда, когда модель адекватна оригиналу). Но для построения такой модели необходимо выполнить требования теории подобия, что весьма нелегко, особенно когда процесс функционирования реального объекта сложный. Поэтому результаты многих модельных экспериментов в земледелии и растениеводстве (вегетационные, лизиметрические и др.) нельзя количественно переносить на оригинал (поля), поскольку имеет место неполное подобие моделей (вегетационный сосуд, лизиметр, фитотрон) оригиналу (поле). Практически невозможно создать, например, фитотрон, который по основным показателям (режим освещения, воздухообмен и др.) 348 был бы подобен полю. Показатели лизиметра (тепло- и водообмен между горизонтами почвенного профиля, горизонтальный сток) не подобны показателям реального объекта. Поэтому результаты таких исследований нетрадуктивны. Иногда даже результаты полевых опытов на больших делянках, подобие которых полю нетрудно соблюсти, не всегда могут быть количественно перенесены в производственные условия. Дело в том, что требование подобия по масштабу не всегда может быть выполнено, поскольку с изменением масштаба производства изменяются сроки проведения технологических операций, а иногда и их качественные показатели. Вследствие этого эффективность тех или иных рекомендаций, полученная в модельных опытах, может не подтвердиться при широком масштабе производства. Например, исследуя в полевом эксперименте эффективность различных парозанимающих культур в севообороте по избранным критериям, получили хорошие результаты по какой-либо одной культуре, а в производственных условиях более эффективным может быть возделывание другой культуры, которая по срокам вегетации и проведения основных технологических операций лучше «впишется» в технологический производственный процесс (Образцов А.С., 1990). Такие ситуации, конечно, являются следствием невыполнения одного из ключевых принципов исследований в научной агрономии – принципа соответствия научного исследования реальным возможностям производства. Однако на практике они возникают нередко, поскольку темпы технического переоснащения сельскохозяйственных предприятий, как правило, существенно отстают от темпов совершенствования технологий научными учреждениями. При соблюдении всех принципов научных исследований в агрономии подобных проблем возникать не должно. Для практики решающее значение имеет возможность количественного переложения результатов опытов на модели к оригиналу, в противном случае моделирование было бы бессмысленным. С другой стороны, исследование на модели должно быть более экономичным (с учетом стоимости модели и затрат на проведение модельных экспериментов), чем изучение оригинала, иначе моделирование нецелесообразно (проще экспериментировать на оригинале). 349 Для соблюдения требования традуктивности модели должны быть построены с соблюдением всех других требований, прежде всего, требования адекватности. Требование адекватности. Адекватность модели означает возможность с ее помощью достичь поставленной цели проекта в соответствии со сформулированными критериями. Адекватность модели означает, что она достаточно полна, точна и истинна. Достаточно не вообще, а именно в той мере, которая позволяет достичь поставленной цели. Иногда удается (и это желательно) ввести некоторую меру адекватности модели, то есть определить способ сравнения разных моделей по степени успешности достижения цели с их помощью. Важным требованием, предъявляемым к моделям, является ингерентность, то есть достаточная степень согласованности создаваемой модели со средой, чтобы создаваемая модель (в соответствии с принципом коммуникативности) была согласована с культурной средой, в которой ей предстоит функционировать, входила бы в эту среду не как чужеродный элемент, а как естественная составная часть. Другой аспект ингерентности модели состоит в том, что в ней должны быть предусмотрены не только «стыковочные узлы» со средой (интерфейсы), но, и что не менее важно, в самой среде должны быть созданы предпосылки, обеспечивающие функционирование будущей системы. То есть не только модель должна приспосабливаться к среде, но и среду необходимо приспосабливать к модели будущей системы. Так, проблема внедрения биологизированных методов земледелия состоит не только в том, чтобы создать технологии и изготовить соответствующие машины, но и в том, чтобы вызвать у земледельцев интерес и доверие к новым технологиям. Только тогда они будут приняты и внедрены. Следующее требование – простота модели. С одной стороны, простота модели – ее неизбежное свойство: в модели невозможно зафиксировать все многообразие реальной ситуации. Главное – чтобы в ней были отражены все наиболее существенные факторы. С другой стороны, простота модели неизбежна из-за необходимости оперирования с ней, обеспечения ее исходной ин350 формацией и использования ее как рабочего инструмента, который должен быть обозрим и понятен, доступен каждому, кто будет участвовать в реализации модели. Помимо общих требований ко всем типам моделей, к математическим моделям также предъявляют ряд требований: 1. Сочетание при моделировании количественного и качественного анализа с приоритетом последнего. Так как в основе математического моделирования лежат количественные методы анализа, то объект проектирования подвергается детальному изучению, в ходе которого выявляются различные зависимости и взаимосвязи, которые выражаются математически. При этом математические методы, сами по себе, часто не позволяют найти оптимальное и вместе с тем приемлемое решение, без проведения качественного анализа. В основе качественного анализа лежит здравый смысл, знание закономерностей, свойственных предмету моделирования, а также опыт, благодаря чему исключаются логические ошибки и заведомо неприемлемые решения. 2. Учет экономических, технологических, землеустроительных, технических, экологических и других условий. (К экономическим условиям относятся: размеры и сочетание отраслей, виды ресурсов, гарантированные объемы производства, условия реализации и распределения продукции; к технологическим – агротехнические особенности возделывания сельскохозяйственных культур. Землеустроительные условия характеризуют особенности организации территории и производства (размещение населенных пунктов, земельных массивов производственных подразделений, производственных центров, организация угодий и устройство территории севооборотов, качество земель и т.д.). Технические условия – это наличие у разработчика средств вычислительной техники и программного обеспечения, что диктует требования по выбору типа моделей, размерности задач, степени детализации решений). Учет всех значимых условий позволит построить математическую модель, наилучшим образом соответствующую изучаемому объекту, явлению или процессу. 3. Использование надежной информационной базы, соответствующей целям решаемых задач и задаваемой точности вы351 числений. Возможности моделирования прямо связаны с качеством исходной информации. Никакое решение не будет приемлемым, даже если оно и получено с использованием самых современных методов, если в его основе лежат недостоверные, неполные или несвоевременно полученные данные. 4. Приведение в соответствие расчетного и реального оптимумов путем анализа и корректировки моделей и результатов решений, полученных математическими методами. Использование математических методов и моделей должно давать объективный результат. Поэтому не нужно вводить ничего лишнего в условия задачи, заранее навязывать определенное решение, пытаться «помочь» компьютеру в выборе оптимума. Полученные на компьютере результаты следует тщательно проанализировать, проверить и только потом использовать для дальнейших действий. Необходимо иметь в виду, что полученное математическими методами оптимальное решение (расчетный математический оптимум) необязательно согласуется с реальной целесообразностью (например, экономическим оптимумом). Так может быть, когда модель не вполне адекватна изучаемому объекту. Тогда логическим, экспертным или математическим путем корректируют полученный результат и математический и экономический оптимумы приводят в соответствие. Для этого можно изменять параметры модели с последующим решением новой задачи или же вручную корректировать решение без изменения модели. 5. Максимально возможное упрощение моделей, их унификация для более быстрого и экономичного решения задач при необходимой точности. Математические модели не должны быть очень громоздкими, так как любое усложнение модели может привести к обратному эффекту – не к повышению точности решения, а к ее снижению из-за случайных или систематических ошибок, неизбежных при работе с приближенными числами. Громоздкую модель также очень трудно исправлять и модифицировать, а для ее информационного обеспечения необходимо получение большого объема информации, на что требуются затраты ресурсов и времени. 352 6. Комплексное применение математических методов и моделей различных типов. Одно из главных требований к моделированию – применение комплекса моделей, охватывающих все стороны проекта, их логическая, информационная, технологическая и экономикоматематическая увязка. В любом случае, при использовании математических методов и моделей следует руководствоваться общими принципами и законами земледелия и выбирать решения, способствующие рациональному и эффективному использованию земель, повышению плодородия почв и высокопроизводительному использованию техники с целью получения максимального количества продукции с каждого гектара земельных угодий при оптимальных затратах труда и средств. 4.1.2. Информационное обеспечение моделирования и проектирования В эффективности применения моделирования определяющее значение имеет информационное обеспечение, особенно при разработке проектов землеустройства и проектов систем земледелия, определяющих характер и эффективность использования земель на длительный срок. При разработке моделей и проектов необходимо иметь достоверную, полную и точную информацию, корректно характеризующую и отражающую объекты, явления и процессы. Даже самые совершенные методы разработки моделей и проектов не позволят организовать использование ресурсов оптимальным образом, если информация, применяемая при решении задач, несовершенна. Чем точнее и качественнее исходные данные, тем лучше результат. Поэтому процессы моделирования и проектирования всегда связаны с организацией информационного обеспечения, включающего сбор, хранение, обработку и использование информации о состоянии и динамике всех объектов. Решение любой научно-исследовательской или управленческой задачи связано с большим количеством информации. Если для ее решения имеется вся необходимая информация над353 лежащего качества, то можно сказать, что задача информационно обеспечена. Информация для моделирования и проектирования в агрономии многообразна и очень сложна, поэтому она подразделяется на различные виды, а для ее сбора используют различные источники. Виды и источники информации в агрономии Информация, используемая при математическом моделировании и проектировании, подразделяется на геоинформационную, отчетную, плановую, проектировочную, нормативную, корректирующую и научную. Геоинформационные данные – это сведения, содержащиеся в географических и земельно-информационных системах. При их отсутствии пользуются данными аэрофотогеодезических, топографо-геодезических и других обследований и изысканий, касающихся изучения Земли (почвенных, геоботанических, агрохимических, эрозионных и т.д.). Источниками этой информации являются, прежде всего, материалы различных съемок и обследований, имеющиеся в предприятиях, учреждениях и организациях землеустроительного и геодезического профиля, подразделениях агрохимической службы. Отчетная информация характеризует состав и площади угодий, качество земель хозяйств, обеспеченность основными и оборотными фондами, число работников, занятых в производстве, наличие техники, фактическая урожайность сельскохозяйственных культур, продуктивность животных, себестоимость, рентабельность производства продукции и др. Источниками отчетной информации являются годовые отчеты сельскохозяйственных предприятий, земельно-учетные данные регистрационных и кадастровых книг, отчеты о распределении земель по землепользователям и земельным угодьям, материалы текущей отчетности сельскохозяйственных предприятий, документы и записи оперативного и бухгалтерского учета хозяйств, данные автоматизированной системы земельного кадастра, статистических и сельскохозяйственных органов, материалы обследований и изысканий. Основными методами получения отчетной информации и ее обработки являются экономико-статистические. При этом ис354 пользуются выборки, определяются статистические величины (средние, дисперсии, коэффициенты вариации и др.), составляются различные группировки, ряды динамики и производится их выравнивание. Качество отчетной информации контролируют по первоисточникам и ряду статистических величин (коэффициент вариации, доверительный интервал, ошибка выборочного среднего и др.). Плановая информация характеризует перспективные данные, используемые при составлении экономико-математических и некоторых других видов моделей, и носит директивный характер. Это сведения, содержащиеся в отраслевых нацпроектах, региональных планах и программах и определяющие направление развития хозяйства, объемы производства продукции различных видов по плану и сверх плана, объемы строительства, мелиорации, данные об ориентировочной структуре посевных площадей, урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животных, организации кормовой базы. Источниками плановой информации являются задания на составление проектов, утвержденные бизнес-планы, проекты строительства различных объектов, сооружений, животноводческих комплексов, оросительной сети, материалы инвестиционных проектов, данные бюджетов различных уровней, определяющих размеры средств, авансируемых на мелиорацию, борьбу с эрозией и другие проекты. Плановая информация может быть получена в соответствующих администрациях сельскохозяйственных и землеустроительных органов. Проектировочная информация включает сведения, полученные при составлении проектов землеустройства традиционными методами, а также данные схем землеустройства, градостроительных схем и проектов, материалов землеустроительных обследований, пожелания землевладельцев и землепользователей; данные внутрихозяйственных проектов землеусройства, системы удобрений, защиты растений и др. Нормативная информация используется непосредственно для составления числовой, расширенной математической модели задачи и расчета различных коэффициентов. Она представляет собой, например, нормативы затрат труда, денежно-матери355 альных средств на единицу производимой продукции, нормы внесения удобрений, высева семян, кормления, содержания питательных веществ в единице корма, затраты на трансформацию и др. Источниками нормативной информации являются технологические карты по отдельным сельскохозяйственным культурам, отраслям, производственным операциям, а также специально разработанные нормативные данные, полученные на основании обследований и экспериментов. Плановая, проектировочная и нормативная информация может быть подготовлена с использованием не только традиционных методов, но и путем построения производственных функций. Корректирующая информация представляет собой новые сведения, получаемые при реализации математической модели, корректировке результатов ее решения, а также в ходе осуществления проектов и авторского надзора. Такая информация требует внесения изменений либо во входные данные модели, либо в ее конечные результаты. Множественная корректирующая информация может оказать существенное влияние на структуру модели и повлечь за собой ее полное изменение. Для математического моделирования может быть использована и научная информация, получаемая в результате изучения литературных источников, научных отчетов, докладов и сообщений, материалов научных конференций и симпозиумов, проведения экспериментов. Требования, предъявляемые к информации Математические методы базируются на большом объеме информации и предъявляют к ней определенные требования. 1. Информация должна быть полной. При получении необходимых сведений нельзя пользоваться единичными и случайными данными. Необходимо изучить всю совокупность относящихся к рассматриваемому вопросу фактов без исключений. Если для обычных расчетов бывает достаточно отдельных данных и рекомендаций, то применение математических методов и моделирования в агрономии требует учета всех сведений в широком пределе изменения параметров. 356 2. Информация должна быть достоверной и существенной. Особенности и зависимость сельского хозяйства от природных и климатических условий вызывают необходимость измерения степени возможности различных случайных результатов. Информация, полученная и обработанная на основании теории вероятности, позволяет предвидеть, как случайные события будут протекать в дальнейшем. 3. Информация должна быть своевременной и оперативной. Только полученные вовремя необходимые данные свидетельствуют о современном состоянии объекта, могут быть надежными и достоверными, позволяют правильно принимать решения. Например, неиспользованные вовремя планово-картографические данные быстро устаревают и требуют при составлении проектов землеустройства или систем земледелия корректировки, для чего используются полевые землеустроительные, почвенные, агрохимические и иные обследования территории. 4. Информация должна быть представлена в виде, удобном для дальнейшего использования. Формы представления информации должны быть унифицированными (едиными), в т.ч. соответствующими применяющимся информационным технологиям и техническим средствам. 5. Информация должна быть экономичной. Затраты на сбор, обработку, передачу и хранение информации по возможности должны быть минимальными. Для обеспечения процессов моделирования и проектирования должна создаваться специальная система информационного обеспечения. К ней предъявляются следующие требования: достаточность информации для решения функциональных задач управления; информационная совместимость различных задач, уровней управления, совместимость с внешними системами, взаимодействующими с данной системой; гибкость и возможность развития системы информационного обеспечения с учетом изменений в системе управления; возможность реализации принципов «безбумажной технологии» при одноразовом вводе и многократном использовании информации, минимальном дублировании ее в хранимых и обрабатываемых массивах и др. 357 4.1.3. Структура математической модели и этапы моделирования Структура модели Моделирование – один из наиболее сложных методов исследования. В зависимости от характера моделируемых объектов и процессов структура модели может быть различной. Но можно выделить общие для всех моделей элементы. 1. Исходные значения функционала (ресурсов модели). 2. Переменные величины, значения которых определяются в результате моделирования. 3. Нормативы использования ресурсов, технико-экономические и иные коэффициенты, константы, необходимые для отображения закономерных взаимосвязей входных и выходных показателей. 4. Условия, ограничения, описывающие характер и логику взаимосвязей в модели. 5. Критерий оптимальности, определяющий цель и качество функционирования исследуемой системы (только для оптимизационных моделей). Этапы моделирования Этапы моделирования сходны в общих чертах для всех типов моделей, но и имеют определенные отличия. Рассмотрим для примера этапы моделирования при построении линейных моделей экономического характера. I. Постановка задачи (словесная формулировка). Наиболее ответственный этап. Здесь требуются правильное определение производственно-экономических связей, четкая формулировка цели построения модели. Сложность данного этапа моделирования определяется наличием в поле зрения множества информации, часть из которой для построения данного вида модели является ненужной, и ее включение в модель приведет либо к снижению ее качества, либо к получению неадекватной модели, равно как и упущение какой-либо важной информации, без которой модель будет неполной. Исключительная важность первого этапа очевидна. Если на начальном этапе (несложном, на первый взгляд) будет до358 пущена ошибка, то все последующие этапы и полученная в результате модель также будут ошибочны. Первый этап выполняется, как правило, самим агрономом и может являться основной частью технического задания на разработку модели для математика. И если словесное описание некорректно, то работа даже высококвалифицированного математика не приведет к получению корректной модели. Цель моделирования выражается количественно какимлибо конкретным показателем. В задачах экономического характера и ряде других, оптимизационных по своей сути, этим показателем является критерий оптимальности, который должен соответствовать сущности решаемой задачи и выражать основной конечный результат моделируемого процесса. Выбор критерия оптимальности – один из наиболее ответственных шагов процесса моделирования, так как использование несоответствующего критерия при математической формулировке задачи приведет к получению неадекватной модели. II. Составление математической модели задачи (формализация задачи). После правильной постановки задачи следующим этапом процесса предусмотрено построение модели. Разработчик должен определить главную цель модели, какие выходные нормативы или информацию предполагается получить, используя модель, чтобы помочь руководству разрешить стоящую перед ним проблему. Также необходимо определить, какая информация требуется для построения модели, удовлетворяющей этим целям и выдающей на выходе нужные сведения. Составление математической модели задачи начинается с установления состава переменных. Перечень переменных должен отражать характер и основное содержание моделируемого процесса. Число переменных в каждой модели зависит от выбора планового периода. При планировании на перспективу, прогнозировании возможна менее подробная детализация, при оперативном планировании требуется более детализированное представление. По роли в моделируемом процессе все переменные классифицируют на основные, вспомогательные и дополнительные. Основные переменные определяют основное содержание моделируемого процесса. Это могут быть виды возделываемых 359 культур, животных, производимой продукции, техники и т.д. в зависимости от назначения модели. Вспомогательные переменные привлекают для упрощения математической формулировки условий задачи, определения расчетных величин. Например, при моделировании производственно-отраслевой структуры предприятия в качестве вспомогательной переменной можно использовать общую площадь пашни для упрощения ограничения по структуре посевных площадей или общее количество кормовых единиц для отдельной группы животных с целью упрощения расчетов по структуре кормовых рационов и т.п. Дополнительные переменные, вводимые при математической реализации задачи для преобразования неравенств в уравнения, используют в процессе анализа промежуточных решений и оптимального плана. После установления состава переменных определяют систему ограничений, отражающих условия реализации задачи. Ограничения могут быть нескольких типов: «≥»; «≤» – нестрогие ограничения и «<»; «>»; «=» – строгие ограничения. По своей роли в моделируемом процессе ограничения подразделяют подобно переменным на основные, дополнительные и вспомогательные. Основные ограничения выражают главные, наиболее существенные условия задачи, например по использованию ресурсов. Дополнительные ограничения накладывают на отдельные переменные или группы переменных, например площади под отдельными видами культур или культурами в севообороте в соответствии с технологическими требованиями. Вспомогательные ограничения вводят для облегчения разработки числовой модели, правильной формулировки экономических требований. Например, часто в качестве вспомогательной вводят переменную, обозначающую общую площадь пашни, с целью использования для записи ограничений по структуре пашни или переменную, обозначающую общее количество кормовых единиц в рационе, для записи требований по структуре рационов без предварительных расчетов. 360 В целом любая модель (экономического характера) включает три группы условий: − по использованию производственных ресурсов; − по заданному объему выполняемых работ; − по соотношениям между переменными или группами переменных. При этом необходимо иметь в виду следующие обстоятельства: − обязательны ограничения по дефицитным ресурсам, иначе при решении задачи на максимум получается неограниченное решение: + ¶; − при решении задачи на минимум необходимы ограничения по заданным объемам производства или работ, иначе получится нулевой результат; − для выполнения технологических, организационных требований надо отразить в ограничениях соотношения между переменными или их группами. III. Решение задачи на ЭВМ, получение оптимального решения. Данный этап является наиболее простым, так как предусматривает введение данных из построенной математической модели в компьютер с соответствующим программным обеспечением. Все расчеты до получения оптимального решения (или вывода об отсутствии такого решения при заданных условиях) выполняются автоматически. IV. Анализ и корректировка оптимального решения, использование полученных результатов на практике. Первая часть данного этапа подразумевает проверку модели на достоверность (адекватность). Один из аспектов проверки заключается в определении степени соответствия модели реальному миру. Специалист (агроном, земледелец) должен установить – все ли существенные компоненты реальной ситуации встроены в модель. Проверка многих моделей управления показывает, что они несовершенны, поскольку не охватывают всех важных для моделируемого процесса переменных. Естественно, чем лучше модель отражает реальный мир, тем выше ее потенциал как средства оказания помощи руководителю в принятии хорошего решения. Второй аспект проверки модели связан с установлением степени, в которой информация, получаемая с ее помощью действительно, помогает руководству совладать с проблемой. 361 Этот этап выполняется также при непосредственном участии агронома (земледельца) и заключается во всестороннем критическом анализе полученного результата с целью выявления возможного его несоответствия действительному оптимуму. Это часто бывает, когда модель неадекватна реальности. Если такое несоответствие удается выявить, то определяют причину его возникновения и принимают меры по обеспечению полной адекватности модели. При этом либо корректируют полученное решение, либо повторяют заново все этапы моделирования. Второй важный аспект, который рассматривают на данном этапе – установление степени устойчивости полученного оптимального решения, то есть определяют допустимые пределы изменений входных параметров, при которых решение остается оптимальным. Как все средства и методы, модели могут привести к ошибкам. Эффективность модели может быть снижена действием ряда потенциальных погрешностей, например, недостоверных исходных допущений (любая модель опирается на некоторые исходные допущения и предпосылки). Это могут быть поддающиеся оценке предпосылки, которые можно объективно проверить и просчитать. Некоторые предпосылки не поддаются оценке и не могут быть объективно проверены. В более общем виде этапы моделирования сформулированы А.С. Образцовым (рис. 13). А.С. Каменской (1984) считает, что полный процесс имитационного моделирования удобно представлять в виде последовательности взаимосвязанных шагов, как это показано на рисунке 14. Выбор типа модели и обоснование степени ее сложности. Этот этап – решающий для всего исследования. Необходимо иметь в виду, что не всегда с первой попытки удается правильно поставить задачу и ограничить степень ее сложности, поэтому не следует стремиться завершить этот этап в один прием. Главное, по мнению Дж. Джефферса (1981), это начать (хотя желательно в верном направлении), и если окажется, что направление надо сменить, не страшно, так как мы к этому подготовлены. 362 Этап 1. Постановка задачи и ограничение степени ее сложности; анализ имеющихся моделей системы и ее частей, обоснование типа модели Этап 2. Разработка качественной модели Этап 3. Формализация модели Этап 4. Определение вида функций и параметров модели (идентификация параметров) Этап 5. Оценка адекватности модели Этап 6. Анализ чувствительности модели Этап 7. Использование моделей для выработки решений Рис. 13. Основные этапы разработки моделей (по А.С. Образцову, 1990). Шаг 1. Определение системы, формулировка целей моделирования Шаг 2. Анализ данных, «потребляемых» моделью Шаг 3. Конструирование модели Шаг 4. Доказательство адекватности модели Шаг 5. Анализ чувствительности модели Шаг 6. Использование модели для подкрепления принимаемых решений Рис. 14. Основные этапы процесса имитационного моделирования Системный анализ в земледелии стали применять недавно. Поэтому опыта построения моделей, определения оптимального 363 уровня их сложности очень мало. Можно лишь предположить, что более совершенная модель полнее учтет сложности реального объекта, даст высокую точность с точки зрения неопределенности, присущей модельным прогнозам. Но при этом можно предположить также и возрастание неопределенности, связанной с ошибками измерения отдельных параметров модели. Новые параметры, вводимые при усложнении модели, должны определяться в полевых и лабораторных условиях, в их оценке всегда есть некоторая ошибка. Пройдя через имитационный этап, эти ошибки измерений способствуют возрастанию неопределенности полученных прогнозов. В связи с этим при создании модели целесообразно уменьшать число включенных в рассмотрение параметров. Но, в то же время, чрезмерное упрощение приводит к потере способности модели адекватно отражать интересующие нас свойства реальной системы. Степень допустимого упрощения можно установить лишь путем прямого сравнения поведения упрощенной модели с поведением репрезентативного набора состояний моделируемого объекта. Пока такое сравнение возможно, принятие упрощенной модели должно основываться на том, что точность прогнозирования при использовании данной модели существенно не отличается от точности прогнозирования с помощью более сложной, полнее учитывающей состояние биологической или сельскохозяйственной системы. Поиск компромисса между сложностью и простотой при выборе параметров, учитываемых в модели, – одна из наиболее трудных задач, которые решает специалист при моделировании в системном анализе, особенно в области земледелия. Для лучшего решения задачи на первом этапе моделирования необходимы практический опыт, логика, здравый смысл, отличное знание моделируемой системы на содержательном уровне. Здесь должно выполняться основное условие: выбором оптимального уровня сложности модели должен заниматься профессиональный специалист в области моделируемого объекта. Это поможет избежать включения в модель малозначащих для управления системой параметров и в то же время не упустить более важные из них. Так, специалист, не имеющий профессиональных знаний и опыта в области земледелия и растениеводства, решит, что для 364 оптимизации технологии возделывания культуры необходима комплексная динамическая модель, описывающая продукционный процесс с наибольшей полнотой, а опытный агроном знает, что эта задача с неменьшей точностью будет решена с помощью несложной эмпирической модели, для разработки которой потребуется в десятки раз меньшие затраты времени и труда. Долгое время в науке господствовало убеждение, что истинно научный – лишь механистический подход к моделированию, при котором расшифровывается механизм функционирования системы, а эмпирический подход – это нечто неполноценное, вспомогательное, пригодное только для решения несложных, чисто практических задач, а также на начальных этапах исследования. Истинная же наука начинается с расшифровки механизма функционирования системы. В общем, это утверждение, когда речь идет о научном исследовании, справедливо. Но в области решения прикладных задач системного анализа подобное суждение не может считаться бесспорным. Так, одним из фундаментальных положений кибернетики служит утверждение, что во многих задачах метод «черного ящика» может оказаться основным способом исследования, что это вполне полноправный научный метод, и в каждом конкретном случае надо оценивать преимущества и недостатки механистического и эмпирического подходов. Оба подхода кажутся противоположными, но вместе с тем они образуют тесное единство: в любом реальном случае присутствуют элементы эмпирического и механистического. Построить количественное описание системы только на теоретической основе невозможно, так как некоторые параметры придется определять с помощью опытов, а адекватность модели оценивать экспериментальным путем. С другой стороны, каким бы ни был «черный ящик», мы всегда имеем определенные представления о его структуре. Так, можно изучить функционирование некоторых факторов, рассматриваемых как внешние (уровень обеспеченности основными фондами, трудовыми ресурсами, удобрениями, пестицидами и т.п.), избрав в качестве критерия оптимальности функционирования интегральный показатель – максимум прибыли. При этом структуру системы земледелия мы можем не рассматривать (принимая ее 365 как «черный ящик», на входе которого значения перечисленных выше факторов, а на выходе – масса прибыли), хотя и имеем полное представление о ее строении. Без ясного представления о структуре «черного ящика» вряд ли удастся выделить управляемые входы и понять, каких выходов можно ожидать от системы. Любое эмпирическое описание отражает, хотя и в неявном виде, механизм функционирования системы. Можно выделить области в системе земледелия, где целесообразно применять тот или иной подход. Оба подхода имеют достоинства и недостатки. Эмпирические модели отражают законы природы. Главное достижение эмпирических моделей – их простота. Это преимущество иногда очень важно при изучении сложных систем, расшифровка структуры которых связана с непреодолимыми трудностями. Эмпирический подход целесообразно применять и в тех случаях, когда на исследование механизма функционирования системы при определенной постановке задачи нет необходимости затрачивать много сил. Лучше описать такую систему эмпирической зависимостью и использовать ее для управления. Так, для прогнозирования урожайности районированного сорта в конкретном районе необязательно подробно описывать весь сложнейший механизм морфологических и физиолого-биохимических процессов в агрофитоценоза. Удовлетворительные результаты можно получить при изменении значений входов и определении значений выходов, рассматривая агрофитоценоз как единое целое, как биологическую систему, способную производить растительную продукцию, используя в качестве сырья углекислый газ, воду и элементы минерального питания, а в качестве источника энергии – солнечный свет. Однако если задача заключается в том, чтобы улучшить функционирование системы агрофитоценоза путем улучшения генетических параметров растений, то потребуется сложная имитационная динамическая модель продукционного процесса, подробно отражающая этот процесс. Главный недостаток эмпирических моделей – малая надежность экстраполяции, хотя интерполяция проводится с необходимой точностью. Имеются и другие недостатки эмпирических моделей, в частности, регрессионного типа. Получение мо366 делей этого типа основано на методе статистической обработки наблюдений, который дает удовлетворительный результат только в том случае, если исходные данные доброкачественные. Для их разработки используют отчеты хозяйств и сортоучастков, результаты полевых опытов научно-исследовательских учреждений. Однако в связи с неточностью данных отчетности, недостаточностью и малой продолжительностью исследований, проводимых по единой программе в одинаковых условиях на одних и тех же сортах, для регрессионных моделей характерно значительное искажение реальных связей урожая с определяющими его факторами. Создавая эмпирические модели регрессионного типа, необходимо проблему разработки модели и организацию эксперимента решать одновременно. Главное достоинство механистического подхода к моделированию – бьльшая прогностическая возможность моделей, способность предсказывать и объяснять поведение системы в широком диапазоне внешних условий, выявлять слабые стороны в организации системы с целью улучшения ее структуры и функционирования. Здесь наиболее уместно известное выражение – нет ничего практичнее хорошей теории. Главный недостаток механистического подхода – трудность создания адекватных моделей этого типа, как и вообще трудность создания хорошей теории. Особенно большие затруднения возникают на этапе идентификации параметров. Связано это в значительной мере с недостаточной изученностью и природой биологических процессов, затрудняющих их измерение и количественное выражение. После обоснования (хотя и предварительного) выбора типа модели и степени ее сложности необходимо более детальное изучение структуры системы (границы которой устанавливались на первом этапе системного анализа) с позиций целей, сформулированных на первом этапе процесса моделирования. Возникает промежуточная задача – перенести структуру системы в структуру конструируемой модели, то есть создать каркас, на который будет наноситься количественная информация. Разработка качественной модели. На этом этапе модель представляют в виде блок-схемы, в которой прямоугольниками изображают переменные состояния, стрелками – потоки мате367 риалов (вода, углерод, питательные вещества), символом клапана – управление скоростью этих потоков. Качественная модель создается с целью представления организации и принципов функционирования системы на содержательном уровне. Важная роль схематического представления системы в виде блок-схемы сохраняется и на последующих этапах моделирования, когда возникает необходимость включить в анализ новые данные о системе. Формализация модели. После того, как уточнены цели моделирования, установлены характеристики требуемых данных, разработана структура конструируемой модели и обоснованы выводы относительно рациональной формы моделирования, приступают к формализации математической модели. Если принято решение о разработке имитационной динамической модели, то основная роль на этом этапе принадлежит математикам и программистам. Определение вида функций и параметров модели. Независимо от того, выбран ли путь конструирования имитационной динамической модели или найдены более простые подходы к решению проблемы, необходимы количественное описание связей, поиск наиболее рациональной формы представления зависимостей. Без применения ЭВМ или с ее помощью определяют вид функций и параметры модели. Планируются полевые, лабораторные и иные исследования с целью получения недостающей для идентификации параметров модели информации. Вновь уточняются задача и степень ее сложности, поскольку она, безусловно, изменится в ходе интенсивной математической работы. Оценка адекватности модели. Модель может быть принята для практического использования в соответствии с ее назначением только после сравнения поведения данной модели и реальной системы в аналогичных условиях. Модель, которую нельзя проверить, – это чисто метафизическая конструкция, по выражению Дж. Джефферса. Поэтому оценка адекватности моделей – важный и ответственный этап моделирования. Это длительный процесс, включающий две фазы: верификацию и валидацию. В фазе верификации устанавливают, является ли общее поведение модели достоверным отображением реальной системы, то есть работает ли модель так, как задумано. Таким обра368 зом, верификация – это не точная проверка гипотез, лежащих в основе модели, а субъективная оценка поведения модели с точки зрения соответствия замыслу разработчика. Наиболее достоверные исследования адекватности модели могут быть получены лишь в многофакторных экспериментах при одновременном изменении нескольких факторов. Таким образом, на данном этапе устанавливается степень адекватности модели и моделируемого объекта в пределах точности исходной информации. При этом возможны два случая: 1. Результаты оценки адекватности модели неудовлетворительны, что часто наблюдается на начальной стадии моделирования. При этом проводят анализ причин неудовлетворительного поведения модели: прежде всего, уточняют входную информацию о моделируемом объекте. Возможно, что причина несоответствия выходных результатов моделирования поведению реальной системы заключается в недостаточной точности входной информации. В случае необходимости уточняются постановка задачи, структура, вид функций и параметры модели и, наконец, снова проводится сопоставление модели с реальным объектом. При этом для оценки модели можно использовать независимые данные о поведении модулируемого объекта из литературных источников (ретроспективная оценка). 2. Результаты изучения адекватности модели удовлетворительны, и ее принимают к эксплуатации. При этом возникает задача подготовки специального математического обеспечения: должна быть создана гибкая система программ, обеспечивающая пользователям удобный контакт с ЭВМ и не требующая высокой математической подготовки. Подобный путь проверки адекватности и подготовки к эксплуатации характерен для моделей любого типа. Анализ чувствительности модели. После доказательства адекватности модели необходимо изучить эффекты, вызываемые изменением тех или иных параметров модели в идентичных внешних условиях. Чувствительными называют параметры, изменение которых существенно влияет на поведение модели. А.С. Каменской приводит следующие наиболее типичные ситуации: 369 1. Если модель хорошо описывает исследуемую систему, то для чувствительной зоны, обнаруженной в модели, может быть определен реальный аналог. Это позволяет непосредственно использовать результаты моделирования в практике управления в земледелии, так как чувствительные зоны представляют группу элементов системы, на которые для получения желаемого эффекта необходимо направлять организационные условия. Таким образом, анализ чувствительности модели помогает определять точки приложения управляющих воздействий. 2. Если удалось показать, что модель чувствительна к каким-либо допущениям, которые положены в основу ее разработки, или к фактографической информации, характеризующейся неточностью регистрации или несовершенством знаний разработчика, то именно эти аспекты должны быть подвергнуты наиболее тщательным испытаниям. В результате может оказаться, что для получения более сбалансированной модели требуется коррекция описаний подсистем, связей или отдельных характеристик системы. Таким образом, анализ чувствительности моделей помогает уточнить пути и формы их валидации, что отображено на рисунке 14 обратными связями «шаг 5 – шаг 4» и «шаг 5 – шаг 3». 3. Уточненные с помощью анализа чувствительности особые участки системы или особые элементы должны быть хорошо поняты и представлены в модели. Ранжировка особых точек по чувствительности выходов – это первый шаг в уточнении последовательности работ, входящих в программу исследований моделируемой системы. Анализ чувствительности в процессе разработки модели представляет собой фазу глубокого познания существа исследуемой проблемы с выходом на формальную валидацию. В благоприятном случае – это период «растущего доверия» к модели. Процедура анализа чувствительности целесообразна и тогда, когда правомерность практического использования модели доказана. В сущности, применение модели для решения конкретных задач можно рассматривать как анализ ее чувствительности в изменяющихся условиях. Использование модели. Модель – это инструмент, предназначенный для решения задач, предусмотренных на первом эта370 пе моделирования. Но в процессе изучения может оказаться, что она пригодна и для решения не предусмотренных при постановке проблемы задач. Способы использования модели можно подразделить на два взаимосвязанных класса: для решения задач прогнозирования и оптимального управления существующими системами с возможной их модернизацией; для разработки новых систем. Во всех случаях главная задача модели – выдать информацию, которая служила бы основой для оптимального решения практических задач управления в земледелии (например, научное обоснование оптимального плана урожайности культур, структуры посевных площадей, распределение по полям севооборотов и культурам ограниченных фондов удобрения, оптимизация основных параметров технологий возделывания культур и т.п.). Процесс принятия решений – неоднократный процесс. Модели содержат в компактной форме основную информацию о характере и силе действия отдельных факторов и их взаимодействии. С ее помощью разработчик или исследователь, использующий модель, детально изучает существо и специфику поставленной проблемы, определяет весь набор допустимых решений (альтернатив, стратегий), оценивает и сравнивает их качества, выбирает оптимальный путь для достижения цели. Однако количественные оценки и критерии недостаточны для принятия решений руководителем, при этом необходимо учесть и множество других факторов, влияющих на результат производства, но не поддающихся количественному описанию (социальные и моральные факторы, организация, снабжение и т.д.). В данном случае речь идет о выборе лучших решений по избранному критерию оптимальности из числа возможных в процессе моделирования. Но эффективность использования модели для выработки рекомендаций сельскохозяйственному производству следует оценивать также и в сравнении с рекомендациями, разрабатываемыми традиционными методами в производственных условиях. Только производственная проверка дает объективную оценку эффективности использования моделей, но в то же время комплексная модель системы земледелия позволяет проверить эффективность внедрения частных рекомендаций с точки зрения влияния на конечный результат функционирования системы. 371 Теория моделирования дает ответ и на вопрос о роли проектирования (землеустроительного, планировочного и застроечного, проектирования систем земледелия, систем удобрения и др.). При проектировании также используется принцип аналогии, но проектировщика интересует не форма, а функциональное назначение и структура объекта. Особенно отчетливо принцип аналогии проявляется при разработке проектов землеустройства сельскохозяйственного предприятия и системы земледелия. Если, например, здания можно «построить» на дисплее компьютера, то это практически невозможно для проектов землеустройства и системы земледелия. Реальная организация территории на местности и организация сельскохозяйственного производства могут получить завершенную форму только через много лет, когда будут построены все здания и сооружения, объекты хозяйственной инфраструктуры, введены и освоены севообороты и т.д. Поэтому проекты землеустройства и системы земледелия представляют собой модели организации территории и сельскохозяйственного производства на ней на определенную перспективу. Основным методом разработки таких проектов является метод математического моделирования. Контрольные вопросы 1. Раскройте понятия модель и моделирование. 2. Что определяет возможность использования моделирования в агрономии? 3. Назовите основные типы моделей и дайте их характеристику. 4. Классификация математических моделей. 5. Требования к математическим методам и моделям. 6. Требования к информации. 7. Требования к системе информационного обеспечения. 8. Структура математической модели. 9. Основные этапы математического моделирования. 10. Основные этапы процесса имитационного моделирования. 372 Раздел 4.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ 4.2.1. Понятие проекта и проектирования Понятие «проект» объединяет разнообразные виды деятельности, характеризуемые рядом общих признаков, наиболее общими из которых являются следующие: 1. Направленность на достижение конкретных целей. Четкая постановка конечной цели проекта оказывает содействие успешной его реализации при условии правильного формулирования промежуточных взаимозависимых целей. Реализация проекта означает последовательное достижение целей с наиболее низкого уровня к высшему, то есть к достижению конечной цели. 2. Координированное выполнение взаимозависимых действий. Одни действия необходимо выполнять параллельно, другие – последовательно, и любое нарушение порядка их выполнения может поставить под угрозу выполнение проекта вообще. 3. Ограниченность во времени. Проекты выполняют на протяжении определенного времени (как правило, его определяют заранее), по возможности более четко очерчивая начало и завершение. Ручательством успешной реализации проекта является оптимальное распределение усилий и ресурсов во времени, которое обеспечивается приведением в порядок последовательности выполнения работ и мероприятий в границах проектной деятельности. В отличие от производственной системы проект является одноразовой, а не циклической деятельностью. 4. Уникальность. Каждый проект имеет отличительные особенности и признаки. Не существует идентичных проектов, даже если они предусматривают выполнение одинаковых действий. Отличие проекта от производственной системы заключается в том, что проект является однократной, нециклической деятельностью. Серийный же выпуск продукции не имеет заранее определенного конца во времени и зависит лишь от наличия и величины спроса. Когда исчезает спрос, производственный цикл кончается. Производственные циклы в чистом виде не являются проектами. Однако в последнее время проектный подход все чаще применяется и к процессам, ориентированным на не373 прерывное производство. Например, проекты увеличения производства до указанного уровня в течение определенного периода, исходя из заданного бюджета, или выполнение определенных заказов, имеющих договорные сроки поставки. Проект как система деятельности существует ровно столько времени, сколько его требуется для получения конечного результата. Концепция проекта, однако, не противоречит концепции предприятия и вполне совместима с ней. Более того, проект часто становится основной формой его деятельности. Существует ряд определений термина «проект», каждое из которых имеет право на существование, в зависимости от конкретной задачи, стоящей перед специалистом. Вот некоторые из них: В самом общем виде проект (англ. – project) – это "чтолибо, что задумывается или планируется, например, большое предприятие" (толковый словарь Webster). С точки зрения системного подхода проект может рассматриваться как процесс перехода из исходного состояния в конечное – результат при участии ряда ограничений и механизмов. В "Кодексе знаний об управлении проектами" проект – некоторая задача с определенными исходными данными и требуемыми результатами (целями), обусловливающими способ ее решения. Проект включает в себя замысел (проблему), средства его реализации (решения проблемы) и получаемые в процессе реализации результаты (рис. 15). Замысел (проблема, задача) Средства реализации (решения) Цели реализации (результаты решения) Рис. 15. Основные элементы проекта Проектирование как процесс является видом практической деятельности, а объектом этой деятельности являются системы. 374 Самое общее определение системы, которое дает Энциклопедический словарь – «система – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство». Не противоречит этому определению более конкретное определение системы в системном анализе – «система – средство достижения цели; основные особенности систем: целостность, относительная обособленность от окружающей среды, наличие связей со средой, наличие частей и связей между ними (структурированность), подчиненность всей организации системы некоторой цели». С этих позиций под системой можно понимать и такие сложные объекты, как все народное хозяйство страны или хозяйство какого-либо региона, или любое предприятие, организацию, учреждение, так как они состоят из множества связанных между собой элементов, упорядоченных по отношениям и характеризующихся единством общих целей функционирования. Таким образом, для систем характерна иерархия. Так, на любом предприятии можно выделить технологическую компоненту, которая, в свою очередь, сама является технологической системой; финансовую компоненту – финансовую систему; кадровую систему и т.д. Системой можно считать и очередной урок учителя в школе, и хирургическую операцию в больнице и т.д. Таким образом, образуется сложная иерархия систем: для каждой системы существует более общая система – надсистема; в то же время каждая система состоит из целой совокупности систем более низкого уровня – подсистем. Главным, системообразующим элементом любой проектируемой системы является ее цель. Как и сами системы, цели также образуют сложную иерархию. Объектом проектирования является та или иная система, в каждом конкретном случае своя. Понятия проектирование, конструирование, моделирование, технология и т.д. первоначально сформировались в сфере 375 техники и индустрии. Впоследствии они были распространены в связи с развитием кибернетики на ряд других сфер – теорию управления, системный анализ и т.д. А потом они распространились повсеместно. Проектирование обычно рассматривается в последовательных стадиях, этапах его проведения. Разными авторами их состав и структура строятся по-разному (рис. 16). Эта структура выстраивается как бы в двойной логике одновременно: как последовательность действий проектирования, с одной стороны, и по уровням абстракции и конкретизации (сверху вниз) – с другой. Таким образом, фаза проектирования включает следующие стадии: 1. Концептуальная. Состоит из этапов: выявление противоречия; формулирование проблемы; определение проблематики; определение цели; выбор критериев. 2. Моделирования. Состоит из этапов: построение моделей; оптимизация; выбор (принятие решения). 3. Конструирования системы. Состоит из этапов: декомпозиция; агрегирование; исследование условий; построение программы. 4. Технологической подготовки. Концептуальная стадия проектирования. Проектирование на концептуальной стадии начинается с этапа выявления противоречия: что мешает в практической деятельности отдельного специалиста или предприятия, организации, или еще более крупной экономической, социальной, культурной или иной системы достичь высоких результатов? Детальный анализ наличной ситуации позволяет, как правило, выявить целый комплекс противоречий. Среди них надо выделить основное, главное звено. Оно и составляет проблемную ситуацию, то есть такую ситуацию, когда неудовлетворительное состояние дел уже осознано, но пока неясно, что следует сделать для его изменения (этап формулирования проблемы). 376 377 Ю.И. Черняк Е.П. Голубков Н.П. Федоренко С.Л. Оптнер 1. Анализ проблемы 2. Определение системы 3. Анализ структуры системы 4. Формирование общей цели и критерия 5. Декомпозиция цели, выявление потребности в ресурсах и процессах 6. Выявление ресурсов и процессов 7. Прогноз и анализ будущих условий 8. Оценка целей и средств 9. Отбор вариантов 10. Диагноз существующей системы 11. Построение комплексной программы развития 12. Проектирование организации для достижения целей 1. Постановка задачи 2. Исследование 3. Анализ 4. Предварительное суждение 5. Подтверждение 6. Окончательное суждение 7. Реализация принятого решения 1. Формулирование проблемы 2. Определение целей 3. Сбор информации 4. Разработка максимального количества альтернатив 5. Отбор альтернатив 6. Построение модели в виде уравнений, программ или сценария 7. Оценка затрат 8. Испытание чувствительности (параметрическое исследование) 1. Идентификация симптомов 2. Определение актуальности проблемы 3. Определение целей 4. Определение структуры системы и ее дефектов 5. Определение возможностей 6. Нахождение альтернатив 7. Оценка альтернатив 8. Выработка решения 9. Признание решения 10. Запуск процесса решения 11. Управление процессом реализации решения 12. Оценка реализации и ее последствий Рис. 16. Последовательность системного анализа решения проблемы С. Янг 1. Определение цели организации 2. Выявление проблемы 3. Диагноз 4. Поиск решения 5. Оценка и выбор альтернатив 6. Согласование решения 7. Утверждение решения 8. Подготовка к вводу в действие 9. Управление применением решения 10. Проверка эффективности ФАЗЫ СТАДИИ Концептуальная стадия Фаза проектирования Стадия моделирования Стадия конструирования ЭТАПЫ Выявление противоречия Формулирование проблемы Определение проблематики Определение цели Выбор критериев Построение моделей Оптимизация Выбор (принятие решения) Декомпозиция Агрегирование Исследование условий Построение программы Стадия технологической подготовки Технологическая фаза Рефлексивная фаза Рис. 17. Фазы, стадии и этапы проекта Этап определения проблематики. Любой специалист – практический работник или коллектив в социальных системах, экономических и других, совершая какие-либо новые более или менее крупные шаги, неизбежно затрагивает интересы других людей и организаций. Поэтому в соответствии с принципом коммуникативности2 выделяется следующий этап: определения проблематики. Проблематика в системном анализе определяется как сплетение, комплекс проблем, которые неразрывно связаны с проблемой, подлежащей разрешению. В методологии практической деятельности необходимость рассмотрения проблематики вытекает из того, что система практической деятельности включает в себя множество подсистем и входит в другие, более общие и сложные системы – надсистемы, а решение поставленной проблемы требует учета последствий для всех из них. Для определения проблематики необходимо охватить весь круг участников. Каждый из участников может иметь свое ви2 Принцип коммуникативности (открытости) – один из принципов организации практической деятельности. 378 дение проблемы, иметь свое отношение к ней, так как ее существование или исчезновение может привести к появлению у них их собственных проблем. Построение проблематики и состоит в определении (в т.ч. в описании) того, какие изменения и почему хочет (или не хочет) внести каждый из участников. Диалектический метод предписывает рассматривать проблему всесторонне, в том числе и во времени и в пространственном плане. Проблематика, по сути дела, – это ответ на вопрос: какие существующие обстоятельства и прошлый опыт – как положительный, так и отрицательный – заставляют именно этих участников, именно в данной культурной среде, включающей именно данные ценности, именно в данный момент воспринимать данное состояние дел как проблему? Таким образом, как видим, этап определения проблематики при проектировании систем отнюдь не прост, а иногда делает невозможным решение проблемы в желательном аспекте. Этап определения цели. Следующий этап концептуальной стадии проектирования. На этом этапе на основе сформулированной проблемы и установленной проблематики определяется цель проектирования системы, то есть определяется, что надо сделать для снятия проблемы. Все последующие стадии и этапы проектирования будут направлены на достижение данной определенной цели. Основная трудность определения цели заключается в том, что цель является как бы антиподом проблемы. Та или иная система создается для решения проблемы. При формулировании проблемы определяется, что является неудовлетворительным. Это относительно просто – ведь то, что нам не нравится, существует. Когда же мы переходим к цели, то пытаемся определить, что же нам хочется. При этом как бы указывается направление, в котором следует двигаться от существующего и неустраивающего положения дел. Однако таких возможных направлений много. А выбрать надо одно – рациональное, оптимальное. Определение целей – чрезвычайно сложный и тонкий процесс. Это сочетание логики и интуиции. Д. Джонс, известный специалист по проектированию, отмечает, что в этом случае «пути ... сочетания интуитивного с рациональным не уста379 новлены; пожалуй, их и невозможно установить в общем виде, в отрыве от конкретной проблемы и конкретного человека, так как они зависят от того, какое количество объективной информации имеется в распоряжении проектировщика, а также от его квалификации и опыта», а также от его личных склонностей и вкусов. Ошибки в определении целей создания систем чрезвычайно часты повсеместно. Наиболее часто встречаются три их варианта: 1. Когда цель ставится как самоцель, в отсутствии проблемы или при неопределенной, несформулированной проблеме. Ярким примером цели как самоцели является история развития экономики бывшего СССР. В конце 20-х годов прошлого века была поставлена общегосударственная цель: «догнать и перегнать ведущие капиталистические страны по выпуску основных видов промышленной и сельскохозяйственной продукции». И на выполнение этой цели была нацелена вся экономика страны вплоть до конца существования СССР. Не на реализацию, не на потребление, а именно на выпуск. И эта «цель» – самоцель была достигнута. Страна добывала нефти и газа больше всех в мире – но «лишний» бензин водители сливали в канавы. Выплавлялось больше всех стали – а в магазинах не было бритвенных лезвий. Выпускалось металлорежущих станков и зерноуборочных комбайнов в 15 раз больше, чем в США, тракторов в 6 раз больше, чем в США – в результате на заводах и в колхозах скопились гигантские свалки металлолома – а населению купить легковой автомобиль было практически невозможно. Картофеля выращивалось больше, чем в США, Англии и Германии вместе взятых, поголовье скота было в 3 раза больше, чем в США, а в магазинах не было молока и мяса. И так далее. Последствия достижения такой самоцели мы наблюдаем и сейчас. 2. Подмена цели средствами. Рассмотрим в качестве примера введение системы страховой медицины, которая должна была стать средством улучшения медицинского обслуживания населения (как цели). Фактически же система страхования превратилась в цель: страховые компании наживаются, в поликлиниках и больницах стали различать «выгодные и невыгодные» 380 (для них, а не для больных) анализы, процедуры, операции и т.п., а человек, оказавшийся по каким-либо причинам в другом городе – командированный, мигрант, отдыхающий, – вообще не может получить бесплатную медицинскую помощь – его медицинский полис «из другой страховой компании». 3. Смешение целей. Всегда существует опасность ошибочно принять не те цели, которые на самом деле необходимы. Такая ситуация нередко возникает, в частности, когда специалисты-профессионалы, участвующие в решении проблем, навязывают свое видение мира и тем самым подменяют главные цели своими. «Операция прошла успешно, но пациент умер» – это не злая шутка, а действительно встречающееся среди хирургов высказывание. Многие примеры смешения целей хорошо известны – это трагедии Арала, Кара-Богаз-Гола, проекта работ по переброске вод северных рек на юг и т.д. А. Эйнштейн как-то на вопрос о том, что, по его мнению, станет главной проблемой в конце XX века, ответил: «Совершенство средств и смешение целей». Очевидно, так оно и вышло. Так, в конце 80-х годов прошлого века встала проблема создания отечественного персонального компьютера, причем, правительство на это выделяло огромные ассигнования. Вместо того, чтобы создать одну модель, совместимую с общемировой версией IBM, три союзных министерства: Минэлектронпром, Минприбор и Минрадиопром, отстаивая в конкурентной борьбе за государственные ассигнования свои ведомственные интересы, а в составе этих министерств различные заводы, отстаивая свои заводские интересы, стали выпускать целый «зоопарк» разномастных компьютеров: «Агаты», «Микроши», «Искры», «Корветы», УКНЦ и т.д. и т.п., для которых почти не было программного обеспечения. В результате информатизация страны была задержана минимум на десятилетие, а отечественная электронная промышленность до сих пор не может оправиться от провала. Таким образом, необходимо очень внимательно подходить к определению целей. Так как правильно заданная цель – это половина успеха в решении проблемы. Если цели, как правило, задаются на качественном уровне, то, в некотором смысле, замещением их на количественном 381 уровне являются критерии. Поэтому следующим этапом на концептуальной стадии проектирования является выбор критериев. Этап выбора критериев. Как в научно-исследовательской работе, так и в практической деятельности, одним из наиболее острых и сложных вопросов является выбор критериев. Содержание вопроса перехода от целей к критериям становится ясным, если рассматривать критерии как количественные модели качественных целей. Действительно, сформированные критерии в дальнейшем как бы в некотором смысле замещают цели. От критериев требуется возможно большее соответствие целям, сходство с ними. Но в то же время критерии не могут полностью совпадать с целями, поскольку они фиксируются по-разному. Цели просто называются. А критерии должны быть выражены в тех или иных шкалах измерения. Критерии эффективности – важнейшая проблема вообще в любой деятельности. Из-за ошибочного выбора критериев неоднократно происходили крушения целых социальных институтов и экономических систем. Часто приводится такой классический пример неправильного выбора критерия и вызванных этим последствий: в двадцатые годы нашего столетия пожарным, чтобы они «меньше спали», была установлена заработная плата, пропорциональная числу потушенных за месяц пожаров. В итоге дело кончилось тем, что пожарные сами стали устраивать поджоги! Другой классический пример ошибки в выборе критерия. Во время Второй мировой войны в Англии, подвергшейся массированным налетам фашистской авиации, остро не хватало зенитных орудий. Но поскольку Англия – островная страна, у нее был огромный торговый флот, а каждое судно было снабжено двумя зенитками. Когда выяснилось, что судовые зенитки не сбили ни одного вражеского самолета, генералы тут же приказали демонтировать их с судов торгового флота и передать их на сушу. Но количество потопленных бомбами судов сразу же возросло в 6 раз! Оказалось, что задача зенитных орудий на судах была не в том, чтобы сбивать самолеты, а в том, чтобы отпугивать их и не давать бомбить суда прицельно. Критерии, по сути дела, отображают системы ценностей. Но системы ценностей, как правило, бывают различными: философскими, психологическими, моральными, политическими, 382 экономическими, экологическими и т.д., которых в каждой конкретной ситуации человек или организация придерживаются одновременно – в полном или частичном наборе. Эти системы ценностей несводимы друг к другу, и чаще всего несравнимы между собой. Отсюда вытекает многокритериальность большинства практических задач, что существенно усложняет выполнение количественного анализа. Многокритериальность реальных задач связана с тем, что одну цель, как правило, не удается выразить одним критерием. Возможны, конечно, случаи, когда единственный критерий отвечает требованиям практики. Так, надежность авиаперевозок однозначно определяется статистикой аварий и катастроф. Или, например, по стандартам ООН уровень жизни в разных странах сравнивается по годичному среднедушевому доходу, пересчитанному на доллары США; уровень медицинского обслуживания – по статистике детской смертности; уровень образования в стране – так называемый коэффициент интеллектуализации населения – по среднему числу лет, проведенному каждым жителем страны в учебных заведениях. Но, естественно, эти критерии несколько условны. В целом, случаи, когда единственный критерий удачно отображает цель, весьма редки. Так, заработанная плата школьного учителя установлена в прямо пропорциональной зависимости от количества проведенных уроков. Но количество проведенных уроков никак не характеризует качество обучения и воспитания учащихся! Объем расходов на одного ученика не оценивает качества обучения в школе; число студентов на одного преподавателя совсем не однозначно связано с качеством подготовки специалистов в вузе и т.д. Решение может состоять или в поиске более адекватного критерия, если он существует, или в использовании нескольких критериев, описывающих одну цель по-разному и дополняющих друг друга. Зачастую критерии бывает целесообразно разнести по трем составляющим: - цель проектируемой системы; - средства и способы ее реализации; - отношения системы со средой. 383 Причем, нередко критерии могут входить в противоположные отношения. Так, при проектировании автомобиля одной из целей является повышение его комфортабельности, но это ведет к увеличению его стоимости. Повышение комфорта требует увеличения габаритов автомобиля, но тогда возникают сложности с его парковкой, что будет относиться к «отношениям со средой». Часто многие актуальные проблемы не могут быть решены из-за отсутствия более или менее четких и достоверных критериев. Примером является сегодняшняя система приема абитуриента в вузы, которая никого не удовлетворяет. Всем понятно, что оценки за вступительные экзамены по предметам никак не характеризуют потенциальные возможности будущего специалиста – сможет ли он стать хорошим учителем, врачом, инженером, финансистом и т.д. Ведь школьные знания не характеризуют ни способностей абитуриента, ни его интересов и склонностей. Но других-то достоверных критериев, чтобы можно было точно сказать – этот юноша в будущем будет талантливым хирургом, а эта девушка – будущий министр финансов – просто нет. Поэтому описанная проблема на сегодня нерешаема. Наиболее распространенными при анализе, в частности, экономических и технических систем являются следующие критерии: финансовые (прибыль, стоимость и т.д.), объемные показатели (измеряющие количество продукта), технические качества: эффективность функционирования, надежность и т.д., живучесть, совместимость с уже существующими системами, приспособляемость, гибкость, стойкость против морального старения, безопасность и т.д. Такие критерии, безусловно, полезны. Но их следует рассматривать, скорее, как основу для конкретного поиска в каждом конкретном случае. Определением цели и критериев завершается первая, концептуальная стадия проектирования систем. Формой документа, где отражаются цели и критерии (если он необходим), является техническое задание. Стадия моделирования. Следующей стадией фазы проектирования системы становится ее моделирование, заключающееся в построении, анализе и оптимизации моделей. 384 В целях уяснения сущности моделирования при проектировании сопоставим стадию моделирования в проектировании систем в практической деятельности с проектированием научного исследования (научная деятельность). Познавательные модели – это предположительные образы будущего научного знания, то есть научные гипотезы. Таким образом, познавательные модели отражают предположительно существующее научное знание. Прагматические же модели – не существующее в практике, но желаемое и, возможно, осуществимое. Прагматические модели проектируемых систем, так же, как и сами системы, могут быть, естественно, на разных уровнях иерархии. Можно говорить, к примеру, о модели урока в школе, о модели какого-либо предприятия, фирмы, о региональной модели отрасли растениеводства и т.д. Прагматические модели являются способом организации практических действий, способом представления как бы образцово правильных действий и их результатов, то есть являются рабочим представлением, мысленным образцом будущей системы. Таким образом, прагматические модели носят нормативный характер для дальнейшей деятельности, играют роль стандарта, образца, под который «подгоняется» в дальнейшем как сама деятельность, так и ее результаты. Примерами прагматических моделей могут быть планы и программы действий, уставы организаций, рабочие чертежи, экзаменационные требования и т.д. Стадия моделирования включает в себя этапы: - построения моделей; - оптимизации; - выбора (принятия решения). Этап построения моделей. Для создания моделей у человека есть всего два типа «материалов» – средства самого сознания и средства окружающего материального мира. Соответственно этому модели делятся на абстрактные (идеальные) и материальные (реальные, вещественные). Методы моделирования систем Методы моделирования можно разделить на два класса. Называются эти классы в разных публикациях по-разному: 385 – методы качественные и количественные. Смысл разделения понятен. Однако такое разделение не совсем точно, поскольку качественные методы могут сопровождаться при обработке получаемых результатов и количественными представлениями, например с использованием средств математической статистики; – методы, использующие средства естественного языка, и методы, использующие специальные языки. Смысл разделения также понятен, но тоже не совсем точен, поскольку графические методы (схемы, диаграммы и т.д.) в первый класс не попадают, но широко используются в практике; – методы содержательные и формальные. Тоже не точно, поскольку компьютерное моделирование может требовать минимальной формализации. Существует множество более детальных классификаций видов моделирования систем. Моделирование систем Детерминированное Стохастическое Статическое Динамическое Дискретное Дискретно-непрерывное Непрерывное Физическое В нереальном масштабе времени Производственный эксперимент Комплексные испытания Натуральное Научный эксперимент Имитационное Комбинированное Математическое Аналитическое Знаковое Языковое Символическое Макетирование Аналоговое Гипотетическое Наглядное Реальное В реальном масштабе времени Мысленное Рис. 18. Система классификаций видов моделирования систем 386 Качественные методы моделирования. Наиболее распространенным «качественным» методом моделирования, применяемым, в том числе, в рамках комплексного прогнозирования, является метод сценариев. Метод «сценариев» – это метод подготовки и согласования представлений о проектируемой системе, изложенных в письменном виде. Первоначально этот метод предполагал подготовку текста, содержащего логическую последовательность событий или возможные варианты решения проблемы, развернутые во времени. Однако позднее обязательное требование временных координат было снято, и сценарием стал называться любой документ, содержащий анализ рассматриваемой проблемы и предложения по ее решению, по развитию системы, независимо от того, в какой форме он представлен. Как правило, на практике предложения для подготовки подобных документов пишутся экспертами вначале индивидуально, а затем формируется согласованный текст. Сценарий требует не только содержательных рассуждений, помогающих не упустить детали, но и содержит, как правило, результаты количественного технико-экономического и/или статистического анализа с предварительными выводами. Роль специалистов при подготовке сценария – выявить общие закономерности развития системы; проанализировать внешние и внутренние факторы, влияющие на ее развитие и формулирование целей; провести анализ высказываний ведущих специалистов в периодической печати, научных публикациях и других источниках информации; создать вспомогательные информационные фонды, способствующие решению соответствующей проблемы. Сценарии представляют ценность для лиц, принимающих решения, только тогда, когда они не просто являются плодом фантазии, а представляют собой логически обоснованные модели будущего, которые после принятия решения можно рассматривать как прогноз, как приемлемый рассказ о том, «что случится, если ...». Создание сценариев представляет собой творческую работу. В этой области накоплен определенный опыт, имеются свои эвристики. Например, рекомендуется разрабатывать «верхний» 387 и «нижний» (или «оптимистический» и «пессимистический») сценарии – как бы крайние случаи, между которыми может находиться возможное будущее. Такой прием позволяет отчасти компенсировать или явно выразить неопределенности, связанные с предсказанием будущего. Иногда полезно включать в сценарий воображаемый активно противодействующий элемент, моделируя тем самым «наихудший случай». Кроме того, рекомендуется не разрабатывать детально (как ненадежные и непрактичные) сценарии, слишком «чувствительные» к небольшим отклонениям на ранних стадиях. Важными этапами создания сценариев являются: составление перечня факторов, влияющих на ход событий, со специальным выделением лиц, которые контролируют эти факторы прямо или косвенно. Сценарий позволяет создать предварительное представление о системе. Однако сценарий – это все же текст со всеми вытекающими последствиями (синонимия, омонимия, парадоксы), обусловливающими возможность неоднозначного его толкования. Графические методы. Графические представления позволяют наглядно отработать структуру моделируемых систем и процессов, происходящих в них. В этих целях используются графики, схемы, диаграммы, гистограммы, древовидные структуры и т.д. Дальнейшим развитием графических методов стало использование, в частности, теории графов и возникших на ее основе методов календарно-сетевого планирования и управления. Метод структуризации. Структурные представления разного рода позволяют разделить сложную проблему с большой неопределенностью на более мелкие, лучше поддающиеся анализу, что само по себе можно рассматривать как некоторый метод моделирования, именуемый иногда системно-структурным. Виды структур, получаемые путем расчленения системы во времени – сетевые структуры или в «пространстве» – иерархические структуры, матричные структуры. В качестве особого метода структуризации можно выделить метод «дерева целей». Метод «дерева целей». Идея метода дерева целей была предложена У. Черчменом в связи с проблемами принятия решений в промышленности. Термин «дерево» подразумевает ис388 пользование иерархической структуры, получаемой путем расчленения общей цели на подцели, а их, в свою очередь, на более детальные составляющие, которые в конкретных приложениях называют подцелями нижележащих уровней, направлениями, задачами, проблемами, а начиная с некоторого уровня – функциями. Как правило, термин «дерево целей» используется для иерархических структур, имеющих отношения строгого (древовидного) порядка, но иногда применяется и в случае «слабых» иерархий. Поэтому более правильным является термин В.М. Глушкова «прогнозный граф», однако в силу истории возникновения метода более распространен термин «дерево целей». Морфологический метод. Термином «морфология» в биологии и языкознании определяется учение о внутренней структуре исследуемых систем (организмов, языков) или сама внутренняя структура этих систем. Идея морфологического способа мышления восходит к Аристотелю и Платону. Однако в систематизированном виде методы морфологического анализа сложных систем были разработаны швейцарским астрономом Ф. Цвикки, и долгое время морфологический подход к исследованию и проектированию сложных систем был известен под названием метода Цвикки. Основная идея морфологического подхода – систематически находить наибольшее количество, а в пределе все возможные варианты реализации системы путем комбинирования основных выделенных структурных элементов или их признаков. При этом система или проблема может разбиваться на части разными способами и рассматриваться в различных аспектах. Все вышеперечисленные методы могут использоваться как отдельными специалистами, так и коллективами. Следующая группа методов относится к методам коллективного (группового) моделирования. Как правило, они направлены на то, чтобы включить в рассмотрение на этом этапе как можно больше возможных вариантов построения моделей – так называемое генерирование альтернатив. Деловые игры. Деловыми играми называется имитационное моделирование реальных ситуаций, в процессе которого участники игры ведут себя так, будто они в реальности выполняют порученную им роль, причем сама реальность заменяется 389 некоторой моделью. Примерами являются штабные игры и маневры военных, работа на тренажерах различных операторов технических систем (летчиков, диспетчеров электростанций и т.д.), административные игры и т.п. Несмотря на то, что чаще всего деловые игры используются для обучения, их можно использовать и для экспериментального генерирования альтернатив создаваемых моделей. Важную роль в деловых играх кроме участников играют контрольно-арбитражные группы, управляющие созданием моделей, регистрирующие ход игры и обобщающие ее результаты. К методам коллективного моделирования также можно отнести метод мозгового штурма, метод «Делфи» и метод синектики. Метод мозгового штурма специально разработан для получения максимального количества предложений при создании моделей. Техника мозгового штурма такова. Собирается группа лиц, отобранных для генерации альтернатив: главный принцип отбора – разнообразие профессий, квалификации, опыта – такой принцип поможет расширить фонд априорной информации, которой располагает группа. Сообщается, что приветствуются любые идеи, возникшие как индивидуально, так и по ассоциации при выслушивании предложений других участников, в том числе и лишь частично улучшающие чужие идеи. Категорически запрещается любая критика – это важнейшее условие мозгового штурма: сама возможность критики тормозит воображение. Каждый по очереди зачитывает свою идею, остальные слушают и записывают на карточки новые мысли, возникшие под влиянием услышанного. Затем все карточки собираются, сортируются и анализируются, обычно другой группой экспертов. Общий «выход» такой группы, где идея одного может навести другого на что-то еще, часто оказывается больше, чем общее число идей, выдвинутых тем же количеством людей, но работающих в одиночку. Число альтернатив можно впоследствии увеличить, комбинируя сгенерированные идеи. Среди полученных в результате мозгового штурма идей может оказаться много неосуществимых, но «глупые» идеи легко исключаются последующей критикой, ибо компетентная критика проще, чем компетентное творчество. 390 Метод мозгового штурма известен также под названием «мозговой атаки», коллективной генерации идей (КГИ), конференции идей, метода обмена мнениями. В зависимости от принятых правил и жесткости их выполнения различают прямую мозговую атаку, метод обмена мнениями, метод типа комиссий, судов (в последнем случае создаются две группы: одна вносит как можно больше предложений, а вторая старается максимально их раскритиковать). Мозговую атаку можно проводить в форме деловой игры, с применением тренировочной методики «стимулирования наблюдения», в соответствии с которой группа формирует представление о проблемной ситуации, а эксперту предлагается найти наиболее логичные способы решения проблемы. На практике подобием мозгового штурма могут явиться заседания совещательных органов разного рода – директораты, заседания ученых и научных советов, педагогические советы, специально создаваемые комиссии и т.д. Метод «Делфи» или метод «дельфийского оракула» является итеративной (повторяющейся) процедурой при проведении мозговой атаки, которая способствует снижению влияния психологических факторов и повышению объективности результатов. Основные средства повышения объективности результатов при применении метода «Делфи» – использование обратной связи, ознакомление экспертов с результатами предшествующего тура опроса и учет этих результатов при оценке значимости мнений экспертов. В конкретных методиках, реализующих процедуру «Делфи», эта идея используется в разной степени. Так, в упрощенном виде организуется последовательность итеративных циклов мозговой атаки. В более сложном варианте разрабатывается программа последовательных процедур анкетирования, исключающих контакты между экспертами, но предусматривающих ознакомление их с мнениями друг друга между турами. В силу трудоемкости обработки результатов и значительных временных затрат первоначально предусматриваемые методики «Делфи» не всегда удается реализовать на практике. 391 В последнее время процедура «Делфи» в той или иной форме обычно сопутствует другим методам моделирования систем – методу «дерева целей», морфологическому и т.п. Метод синектики предназначен для генерирования альтернатив путем ассоциативного мышления, поиска аналогий поставленной задаче. В противоположность мозговому штурму здесь целью является не количество альтернатив, а генерирование небольшого числа альтернатив (даже единственной альтернативы), разрешающих данную проблему. Эффективность синектики была продемонстрирована при решении многих проблем типа «спроектировать усовершенствованный нож для открывания консервных банок», «изобрести более прочную крышу» и т.д. Известен случай синектического решения более общей проблемы экономического плана: «разработать новый вид продукции с годовым потенциалом продаж 300 млн долларов». Известны попытки применения синектики в решении социальных проблем типа «как распределить государственные средства в области градостроительства». Суть метода синектики заключается в том, что формируется группа из 5-7 человек, отобранных по признакам гибкости мышления, практического опыта (предпочтение отдается людям, менявшим профессии и специальности), психологической совместимости, общительности. Группа ведет систематическое направленное обсуждение любых аналогий с подлежащей решению проблемой, спонтанно возникающих в ходе бесед. Перебираются и чисто фантастические аналогии. Особое значение синектика придает аналогиям, порождаемым двигательными ощущениями. Это вызвано тем, что наши природные двигательные рефлексы сами по себе высокоорганизованны и их осмысление может подсказать хорошую системную идею. Предлагается, например, поставить себя на место фантастического организма, выполняющего функцию проектируемой системы и т.п. Раскрепощенность воображения, интенсивный творческий труд создают атмосферу душевного подъема, характерную для синектики. Успеху работы синектических групп способствует соблюдение определенных правил, в частности: 1) запрещено обсуждать достоинства и недостатки членов группы; 2) каждый имеет право прекратить работу без ка392 ких-либо объяснений при малейших признаках утомления; 3) роль ведущего периодически переходит к разным членам группы и т.д. Наряду с перечисленными выше, в практике моделирования систем могут, очевидно, применяться и методы, используемые в экономике, управлении производством, а также в сферах обработки информации. Это, в частности, такие методы, как балансные методы, методы обычного планирования, календарного планирования, потоковые методы, методы массового обслуживания; методы работы с массивами информации (методы организации массивов, обработки массивов, методы поиска информации) и т.д. Количественные методы моделирования (математическое моделирование). Для исследования характеристик процесса функционирования любой системы математическими методами, включая и компьютерное моделирование, должна быть проведена формализация этого процесса, то есть построена математическая модель. Вид математической модели зависит как от природы реального объекта, так и от задач исследования объекта и требуемой достоверности и точности решения этих задач. Любая математическая модель, как и всякая другая, описывает реальный объект лишь с некоторой степенью приближения к действительности. Можно выделить следующие этапы построения математических моделей систем: 1. Определение предмета и цели моделирования, включая границы исследуемой системы и те основные свойства, которые должны быть отражены моделью. 2. Выбор языка (аппарата) моделирования. На сегодняшний день не существует общепризнанной классификации методов математического моделирования. Существуют несколько десятков «аппаратов» моделирования, каждый из которых представляет собой разветвленный раздел прикладной математики. Описывать всех их подробно в рамках настоящей книги не представляется возможным. В качестве примера проиллюстрируем, какого рода модели позволяет строить теория графов. 393 Теория графов – раздел дискретной математики. Неформальное определение графа таково: графом называется совокупность вершин (изображаемых кружками) и связей между ними, изображаемых ориентированными дугами (со стрелками) или неориентированными ребрами (без стрелок) (рис. 19). вершина дуга ребро Рис. 19. Пример графа Язык графов оказывается удобным для моделирования многих физических, технических, экономических, биологических, социальных и других систем. Приведем ряд примеров приложений теории графов: а) «Транспортные» задачи, в которых вершинами графа являются пункты погрузки/разгрузки, а ребрами – дороги (автомобильные, железные и др.) и/или другие транспортные (например, авиационные) маршруты. Соответствующий класс задач оптимизации потоков грузов, размещения пунктов производства и потребления и т.д. иногда называется задачами обеспечения или задачами о размещении. Их подклассом являются задачи о грузоперевозках. б) «Технологические задачи», в которых вершины отражают производственные элементы (заводы, цеха, станки и т.д.), а дуги – потоки сырья, материалов и продукции между ними, заключаются в определении оптимальной загрузки производственных элементов и обеспечивающих эту загрузку потоков. в) Обменные схемы, являющиеся моделями таких явлений как бартер, взаимозачеты и т.д. Вершины графа при этом описывают участников обменной схемы (цепочки), а дуги – потоки 394 материальных и финансовых ресурсов между ними. Задача заключается в определении цепочки обменов, оптимальной с точки зрения, например, организатора обмена и согласованной с интересами участников цепочки и существующими ограничениями. г) Управление проектами. С точки зрения теории графов проект – совокупность операций и зависимостей между ними (сетевой график). Хрестоматийным примером является проект строительства некоторого объекта. Совокупность моделей и методов, использующих язык и результаты теории графов и ориентированных на решение задач управления проектами, получила название календарно-сетевого планирования и управления (КСПУ). В рамках КСПУ решаются задачи определения последовательности выполнения операций и распределения ресурсов между ними, оптимальных с точки зрения тех или иных критериев (времени выполнения проекта, затрат, риска и др.). д) Модели коллективов и групп, используемые в социологии, основываются на представлении людей или их групп в виде вершин, а отношений между ними (например, отношений знакомства, доверия, симпатии и т.д.) – в виде ребер или дуг. В рамках подобного описания решаются задачи исследования структуры социальных групп, их сравнения, определения агрегированных показателей, отражающих степень напряженности, согласованности взаимодействия, и др. 3. Выбор переменных, описывающих состояние системы и существенные параметры внешней среды, а также шкал их измерения и критериев оценки. 4. Выбор ограничений, то есть множеств возможных значений переменных, и начальных условий (начальных значений переменных). 5. Определение связей между переменными с учетом всей имеющейся о моделируемой системе информации, а также известных законов, закономерностей и т.п., описывающих данную систему. 6. Исследование модели – или имитационное, или/и применение методов оптимизации и, быть может, решение задачи управления. 7. Изучение устойчивости и адекватности модели. 395 Приведенные этапы математического моделирования систем иногда приходится повторять, возвращаясь к более ранним этапам при уточнении цели моделирования, обеспечении точности, устойчивости, адекватности и т.д. Математическое моделирование систем можно разделить на аналитическое и имитационное. Для аналитического моделирования характерно то, что процессы функционирования элементов системы записываются в виде некоторых функциональных соотношений (например, уравнений – алгебраических, дифференциальных, интегральных и т.п.) или логических условий. Аналитическая модель может быть исследована следующими методами: - аналитическим, когда стремятся получить в общем (аналитическом) виде явные зависимости для искомых характеристик в виде определенных формул; - численным, когда, не имея возможности решать уравнения в общем виде, стремятся получить числовые результаты при тех или иных конкретных начальных данных; - качественным, когда, не имея решения в явном виде, можно найти некоторые его свойства. Примером могут служить так называемые «мягкие» модели, в которых анализ вида дифференциальных уравнений, описывающих самые разнообразные процессы (экономические, экологические, политические и др.), позволяет делать качественные выводы о свойствах их решений – существовании и типе равновесных точек, областях возможных значений переменных и т.п. Для имитационного моделирования систем характерно исследование отдельных траекторий динамики моделируемой системы. При этом фиксируются некоторые начальные условия (начальное состояние системы или параметры модели) и рассчитывается одна траектория. Затем выбираются другие начальные условия, и рассчитывается другая траектория и т.д. То есть аналитической зависимости между параметрами модели и будущими состояниями системы не ищется. Как правило, при имитационном моделировании используют численные методы, реализованные на компьютере. Плюс имитационного моделирования заключается в том, что оно позволяет проанализировать различные сценарии иногда даже для очень сложных моделей. Его не396 достаток состоит в отсутствии возможности получения, например, ответа на вопрос, в каких случаях (при каких значениях начальных условий и параметров модели) динамика системы будет удовлетворять заданным требованиям. Кроме того, обычно затруднителен анализ устойчивости имитационных моделей. Следующий этап стадии моделирования – оптимизация. Этап оптимизации. Оптимизация заключается в том, чтобы среди множества возможных вариантов (моделей проектируемой системы) найти наилучшие в заданных условиях, при заданных ограничениях, то есть оптимальные альтернативы. В этой фразе важное значение имеет каждое слово. Говоря «наилучшие», мы предполагаем, что у нас имеется критерий (или ряд критериев), способ (способы) сравнения вариантов. При этом важно учесть имеющиеся условия, ограничения, так как их изменение может привести к тому, что при одном и том же критерии (критериях) наилучшими окажутся другие варианты. Важным требованием, предъявляемым к моделям систем, является требование их устойчивости при возможных изменениях внешних и внутренних условий, а также устойчивости по отношению к тем или иным возможным изменениям параметров самой модели проектируемой системы. Для того чтобы понять роль устойчивости, рассмотрим процесс построения математической модели некоторой реальной системы и проанализируем возможные «ошибки моделирования». Первым шагом является выбор того «языка», на котором формулируется модель, то есть того математического аппарата, который будет использоваться (горизонтальная пунктирная линия на рисунке 19 является условной границей между реальностью и моделями). Как правило, этот этап характеризуется высоким уровнем абстрагирования – выбираемый класс моделей намного шире, чем моделируемый объект. Возможной ошибкой, которую можно совершить на этом шаге, является выбор неадекватного языка описания. Следующим этапом по уровню детализации является построение множества частных моделей, при переходе к которым вводятся те или иные предположения относительно свойств параметров модели. Возникающие здесь ошибки описания структуры модели могут быть вызваны неправильными представле397 ниями о свойствах элементов моделируемой системы и их взаимодействии. После задания структуры модели посредством выбора определенных значений параметров (в том числе – числовых) происходит переход к некоторой конкретной модели, которая считается аналогом моделируемого объекта. Источник возникающих на этом этапе «ошибок измерения» очевиден, хотя он и имеет достаточно сложную природу и заслуживает отдельного обсуждения. Отобранные и проверенные на устойчивость и адекватность модели становятся основой для последнего, решающего этапа стадии моделирования – выбора модели для дальнейшей реализации. Этап выбора модели (принятия решения). Выбор однойединственной модели для дальнейшей реализации является последним и, пожалуй, наиболее ответственным этапом стадии моделирования, его завершением. Выбор является действием, придающим всей деятельности целенаправленность. Именно выбор реализует подчиненность всей деятельности определенной цели. Рано или поздно наступает момент, когда дальнейшие действия могут быть различными, приводящими к разным результатам, а реализовать можно только одно. Причем вернуться к исходной ситуации, как правило, уже невозможно. Способность сделать правильный выбор в таких условиях – ценное качество, которое присуще разным людям в разной степени. В системном анализе выбор (принятие решения) определяется как действие над множеством альтернатив, в результате которого получается подмножество выбранных альтернатив. При этом выбор тесно связан с оптимизацией, так как последняя есть ни что иное, как выбор оптимальной альтернативы. Каждая ситуация выбора может развертываться в разных вариантах: – оценка альтернатив для выбора может осуществляться по одному или нескольким критериям, которые, в свою очередь, могут иметь как количественный, так и качественный характер; 398 – режим выбора может быть однократным (разовым) или повторяющимся, допускающим обучение на опыте; – последствия выбора могут быть точно известны (выбор в условиях определенности), иметь вероятностный характер (выбор в условиях риска), или иметь неопределенный исход (выбор в условиях неопределенности); – ответственность за выбор может быть односторонней (в частном случае – индивидуальной, например, ответственность директора организации) или многосторонней (например, когда за решение несут, а чаще всего не несут никакой ответственности разрозненные ведомства – от муниципального до федерального уровня – типичный случай нашей традиционной российской «коллективной безответственности»). Соответственно, различают индивидуальный или групповой, многосторонний выбор; – степень согласованности целей при многостороннем выборе может варьироваться от полного совпадения интересов сторон до их полной противоположности (выбор в конфликтной ситуации). Возможны также промежуточные случаи, например, компромиссный выбор, коалиционный выбор, выбор в условиях конфликта и т.д. Как правило, выбор рационального варианта модели проектируемой системы основывается на последовательном сокращении числа рассматриваемых вариантов за счет анализа и отбрасывания неконкурентоспособных по различным соображениям и показателям альтернатив. При выборе альтернатив следует иметь в виду, что цели проектируемой системы могут быть подразделены по их приоритетности на: – цели, достижение которых определяет успех проекта; – цели, которыми частично можно пожертвовать для достижения целей первого уровня; – цели, имеющие характер дополнения. В любом случае выбор (принятие решения) является процессом субъективным, и лица (лицо), принимающие решение, должны нести за него ответственность. Поэтому в целях преодоления (уменьшения) влияния субъективных факторов на процесс принятия решения используются чаще всего методы 399 экспертизы. Наиболее простыми из них являются метод комиссий и метод суда. Таким образом, по принятии решения о выборе модели завершается стадия моделирования системы. Далее следует стадия ее конструирования. Стадия конструирования систем. Следующей стадией фазы проектирования систем является стадия конструирования, которая заключается в определении конкретных способов и средств реализации выбранной модели в рамках имеющихся условий. Если проводить аналогию с техникой, то этот этап при создании, например, автомобиля, самолета и т.д., будет заключаться в том, что на основе созданной концептуальной модели проекта начинается конструирование конкретных узлов и механизмов будущей машины, увязанных, согласованных между собой и в совокупности своей позволяющих в дальнейшем реализовать «в металле» концептуальную модель. Процесс конструирования включает в себя этапы: декомпозиции, агрегирования, исследования условий, построения программы. Этап декомпозиции. Декомпозиция – это процесс разделения общей цели проектируемой системы на отдельные подцели-задачи в соответствии с выбранной моделью. В этом отношении декомпозиция аналогична процессу формулирования задач в научном исследовании: там задачи формулируются как цели решения отдельных подпроблем в соответствии с определенной общей целью исследования и построенной гипотезой. Декомпозиция в иерархических системах предусматривает разделение общей цели на подцели (задачи), те, в свою очередь, разделяются на подзадачи и т.д. Декомпозиция позволяет расчленить всю работу по реализации модели на пакет детальных работ, что делает возможным решение вопросов их рациональной организации, мониторинга, контроля и т.д. Основные правила декомпозиции заключаются в следующем: 1. Как правило, реализуется два противоположных подхода: 400 – подход «сверху» – целевой (целенаправленный) – для определения, как конкретная задача отвечает, согласуется с общей целью проекта (в соответствии с выбранной моделью); – подход «снизу» – морфологический – для определения конкретных возможностей реализации задачи: по ресурсному обеспечению, по временным и пространственным возможностям, по квалификации работников и т.п. 2. Число задач в индивидуальном проекте или число компонентов каждой задачи коллективного проекта не должно быть больше так называемого числа Миллера 7 ± 2. Содержание этого требования можно объяснить ограничением возможностей оперативной памяти человека, его способностью анализировать в оперативной памяти не более 5-9 составляющих и связей между ними. 3. Для каждой части проекта, соответствующей каждой задаче, определяются имеющие к ней отношение данные: продолжительность, объемы работ, необходимая информация, оборудование и т.д. и т.п. 4. По каждой задаче проводится критический анализ для подтверждения правильности и выполнимости поставленной задачи. Этап агрегирования. Процесс, в определенном смысле противоположный декомпозиции – это агрегирование (дословно – соединение частей в целое). Для пояснения его сути приведем такой пример. Допустим, мы задумали создать самый современный автомобиль. Для этого возьмем самую лучшую и современную конструкцию инжектора, самую лучшую систему зажигания, самую лучшую коробку передач и т.д. А в результате, не то что самого современного автомобиля, а даже просто автомобиля не получим – эти части, пусть самые лучшие и современные, не взаимосвязаны между собой. Таким образом, агрегирование – это процесс согласования отдельных задач реализации проекта между собой. В научном исследовании агрегирование как этап деятельности аналога не имеет. Основными методами агрегирования, если не брать в рассмотрение формальных математических моделей, являются определение конфигуратора и использование классификаций. 401 Конфигуратором называется минимально достаточный набор различных языков описания процесса решения проблемы. Действительно, всякое сложное явление требует разностороннего, многопланового описания, рассмотрения с различных точек зрения. Только совместное (агрегированное) описание в понятиях нескольких качественно различающихся языков позволяет охарактеризовать явление с достаточной полнотой. Это соображение приводит к понятию агрегата, состоящего из качественно различных языков описания проектируемой системы и обладающего тем свойством, что число этих языков минимально, но необходимо для заданной цели. Этот агрегат и является конфигуратором. Опыт проектирования организационных систем показывает, что для синтеза организационной системы конфигуратор состоит из описания распределения власти (системы подчиненности), распределения ответственности (структуры функционирования) и распределения информации (организация связи и памяти системы, накопления опыта, обучения, истории). Все три структуры не обязаны совпадать топологически, хотя связывают одни и те же части системы. Отметим, что конфигуратор является содержательной моделью высшего возможного уровня. Перечислив языки, на которых мы будем говорить о системе, мы тем самым определяем, синтезируем тип системы, фиксируем наше понимание природы системы. Как всякая модель, конфигуратор имеет целевой характер и при смене цели может утратить свойства конфигуратора. Классификация как метод агрегирования. Простейший способ агрегирования состоит в установлении отношений эквивалентности между агрегируемыми элементами, то есть в образовании классов. Классификация и рассматривается как систематизация классов объектов, как средство установления связей между ними. При этом класс может интерпретироваться как агрегированный представитель входящих в него элементов. Применение классификаций в целях упорядочения задач реализации проектируемой системы (а при иерархической их структуре – задач, подзадач и т.д.) позволяет выделить задачи как рядоположенные, равнозначные компоненты, поскольку они 402 будут иметь общее основание классификации, сделав понятными связи между ними. Естественно, основания классификаций могут быть в каждом случае различными: по «пространственной» и временной структуре процесса реализации проекта, по составу, структуре и функциям (три основные характеристики, определяющие систему, если рассматривать каждую задачу как подсистему) и т.д. Существуют и другие методы агрегирования, основывающиеся на математических моделях. Так, существенным эффектом, возникающим в сложных иерархических системах, является агрегирование информации. Наличие агрегирования (сжатия) информации неизбежно присуще организационным иерархиям, агрегирование экономических и других показателей происходит в любых социально-экономических системах, в управлении проектами возникает необходимость агрегированного описания подпроектов, в задачах управления нельзя обойтись без агрегированного описания состояний управляемой системы и т.д. Таким образом, когда определена и выстроена вся взаимосвязанная совокупность задач реализации проекта (система задач), начинается следующий этап конструирования системы – исследование условий. Этап исследования условий реализации модели. Естественно, любая модель проектируемой системы может быть реализована в практике лишь при наличии определенных условий: кадровых, мотивационных, материально-технических, научно-методических, финансовых, организационных, нормативно-правовых, информационных. При этом необходим детальный анализ по каждой задаче (по всей системе задач) и по каждой группе условий: какие конкретные условия имеются для решения каждой конкретной задачи, какие условия необходимо выполнить, создать дополнительно. Например, при анализе кадровых условий необходимо задаться вопросами: – Какой опыт и какая квалификация требуется от сотрудника (исполнителя) для решения данной задачи? – Хватает ли наличной квалификации сотрудника (сотрудников) для решения этой задачи или необходимо дополни403 тельное обучение, повышение квалификации? В чем? Где? В каких объемах? И так далее. Следует отметить, что в управлении проектами процедура исследования условий обычно именуется и рассматривается как исследование ресурсных возможностей. При этом выделяется семь видов ресурсов: - трудовые ресурсы; - деньги; - оборудование; - техническая оснастка; - материалы; - информация; - технологии. Естественно, такое разделение процесса конструирования системы на последовательные этапы: декомпозиция, агрегирование, исследование условий, несколько условно. Процесс осуществляется как бы «последовательно-параллельно»: и выделение задач, и их агрегирование постоянно соотносятся с реальными условиями их решения, агрегирование задач вызывает зачастую необходимость пересмотра их состава и т.д. Наконец, когда выстроена вся система задач реализации системы и исследованы условия ее реализации, приступают к последнему этапу конструирования системы – этапу построения программы реализации модели. Этап построения программы3. Программа реализации модели системы на практике – это конкретный план действий по реализации модели в определенных условиях и в установленные (определенные) сроки. Построение программы начинается с операции «определения основных вех». Определение вех составляет начальную, наиболее обобщенную часть программы, которая потом развертывается в укрупненный и, наконец, в детальный план. При определении вех используется информация о ключевых точках, состояниях, через которые будет проходить процесс 3 В данном случае программа рассматривается не в смысле крупного проекта, а в традиционном смысле – как содержание и план действий. 404 реализации модели системы на практике. Вехи отмечают существенные, определяющие дальнейший ход развития процесса точки перехода. Поэтому вехи позволяют решать проблемы контроля реализации системы, составляя набор естественных контрольных точек. Они используются в качестве дискретной шкалы, которая имеет всего две оценки – «выполнено» или «не выполнено». Когда основные вехи определены, приступают к детальному планированию процесса реализации системы. Детальное планирование – это разработка детального графика (графиков в случае сложного проекта) выполнения работ по реализации системы. Детальный график, независимо от размеров проекта и его сложности, должен включать: – все ключевые события и даты; – точную последовательность работ. Логика их выполнения должна быть зафиксирована с помощью сетевого графика (сетевой диаграммы); – график служит основой для определения этапов и прочих временных интервалов по реализации системы. Кроме того, он позволяет при необходимости определять потребности в ресурсах для каждой из частей, фрагментов или событий процесса реализации системы. При разработке детального графика реализации спроектированной системы, помимо сетевого графика, удобно также использовать так называемую диаграмму Ганта – горизонтальную линейную диаграмму, на которой задачи реализации системы представляются протяженными во времени отрезками, характеризующимися календарными датами начала и окончания выполнения работ, а также, возможно, другими временными параметрами и, быть может, указанием взаимосвязи работ, используемых в них ресурсов и т.д. Пример диаграммы Ганта для такого организационного проекта, как проведение научной конференции, приведен на рисунке 20. Разработкой детального плана-графика работ по реализации завершается стадия конструирования системы. 405 Формирование организационного комитета Формирование программного комитета Рассылка информационных материалов Сбор и обработка тезисов докладов Формирование программы конференции Сбор и обработка докладов Издание сборника трудов Подготовка помещений Проведение конференции 1 янв 21 янв 10 2 мар 22 фев мар 11 1 май 21 апр май 10 июн 30 июн Рис. 20. Диаграмма Ганта Стадия технологической подготовки. Последняя стадия фазы проектирования систем – стадия технологической подготовки процесса реализации спроектированной системы в практике. Она заключается в подготовке рабочих материалов, необходимых для реализации спроектированной системы: учебнопрограммной документации, методических разработок, программного обеспечения и т.д., а также, например, должностных инструкций исполнителей при реализации сложного проекта и т.п. Поскольку технологическая подготовка процесса реализации системы целиком определяется его конкретным содержанием и в каждом конкретном случае она специфична, и подробно описать эту стадию в общем виде вряд ли возможно. Таким образом, мы рассмотрели всю последовательность проектирования систем во всей ее полноте. Естественно, в простых случаях вовсе необязательно выполнять весь этот набор процедур. Если, к примеру, учитель проектирует очередной урок, или хирург планирует очередную операцию, то, конечно же, большинство стадий и этапов процесса проектирования бу406 дет пропущено, свернуто, или будет осуществляться на интуитивном уровне. Но чем сложнее проект, чем больше заинтересованных участников он охватывает, тем все больше проектирование будет «вписываться» в эту общую схему. Далее, согласно логике настоящей работы, мы рассмотрим следующую фазу проекта как формы организации практической деятельности – технологическую фазу. Технологическая фаза проекта заключается в практической реализации спроектированной системы. Реализуется она посредством технологий – систем условий, форм, методов и средств решения поставленных задач. Последней, завершающей фазой любого проекта является его рефлексивная фаза. В этой фазе специалист-практик (или коллектив) должен отрефлексировать – «обратиться назад»: осмыслить, сравнить, оценить исходные и конечные состояния: – объекта своей продуктивной деятельности – итоговая оценка (самооценка результатов) реализации проекта; – субъекта деятельности, то есть самого себя – самооценка и рефлексия. Итоговая оценка. Начнем с итоговой оценки реализации системы. Как известно, оценка рассматривается как сопоставление полученного результата с поставленной целью по заранее установленным критериям. Основными методами оценки эффективности реализации проекта являются: – самооценка. В случае коллективного проекта – коллективная самооценка, получаемая в результате обсуждений, дискуссий; – экспертиза с привлечением независимых экспертов – специалистов со стороны, в том числе научных работников, представителей сторонних организаций, консалтинговых фирм и т.д. Кроме того, существуют формальные методы оценки с использованием математического аппарата. Помимо экспертных оценок, в качестве «точек отсчета» при оценке эффективности реализации проекта могут выступать: первоначальные цели проекта, результаты реализации аналогичных проектов, норма407 тивные (устанавливаемые нормативными документами) показатели. Рефлексия. Важнейшим, но далеко не каждому специалисту известным и используемым, компонентом в структуре профессиональной деятельности является рефлексия как познание и анализ человеком явлений собственного сознания и собственной деятельности (взгляд на собственную мысль и действия «со стороны»). Нередко рефлексию отождествляют с такой фундаментальной категорией кибернетики, как «обратная связь». Но, наверное, в отношении человека и социальных систем понятие рефлексии шире. Оно, естественно, поглощает в себя понятие обратной связи. То есть, если обратная связь позволяет системе, в том числе сложной, функционировать в заданном или самой ею установленном режиме, не меняя при этом своего состава, структуры и функций, то рефлексия дает возможность системе на основе предшествующего накопленного опыта порождать свои новые, ранее не имевшиеся у нее свойства, качества. 4.2.2. Классификация проектов Проекты подразделяют в зависимости от их назначения и содержания. Например, инвестиционный проект понимается как инвестиционная акция, предусматривающая вложение определенного количества ресурсов, в том числе интеллектуальных, финансовых, материальных, человеческих, для получения запланированного результата и достижения определенных целей в обусловленные сроки. Финансовым результатом инвестиционного проекта чаще всего является прибыль (доход), материально-вещественным результатом – новые или реконструированные основные фонды (объекты) или приобретение и использование финансовых инструментов или нематериальных активов с последующим получением дохода. В связи с тем, что методы управления проектами в значительной степени зависят от масштаба (размера) проекта, сроков реализации, качества, ограниченности ресурсов, места и условий реализации, рассмотрим основные виды так называемых специальных проектов, в которых один из перечисленных фак408 торов играет доминирующую роль и требует к себе особого внимания, а влияние остальных факторов нейтрализуется с помощью стандартных процедур контроля (рис. 21). Ниже рассмотрены «классические» типы «нормальных» проектов, классифицированные по масштабам, срокам реализации, качеству исполнения, ограниченности ресурсов, конструктивному исполнению, участникам. В ряде отраслей, таких как авиационнокосмическая или оборонная промышленность, создаваемые объекты являются настолько сложными, что работа над ними осуществляется не в составе проектов, а в составе Программ, которые можно определить как совокупность проектов или проект, отличающийся особой сложностью создаваемой продукции и/или методов управления его осуществлением. При таком подходе термин «проект», как правило, связывается с относительно краткосрочными целями. Следующим уровнем комбинирования проектов являются системы. В данном случае система – это группа элементов (включающих как людей, так и технические элементы), организованных таким образом, что они в состоянии действовать как единое целое в целях достижения поставленных перед ними целей. Программы являются подсистемами первого уровня, а проекты представляют собой часть программ. Малые проекты невелики по масштабу, просты и ограничены объемами ресурсов. Примеры типичных малых проектов: опытнопромышленные установки, небольшие (часто в блочномодульном исполнении) промышленные предприятия, модернизация действующих производств. Малые проекты допускают ряд упрощений в процедуре проектирования и реализации, формировании команды проекта (можно просто кратковременно перераспределить интеллектуальные, трудовые и материальные ресурсы). Вместе с тем затрудненность исправления допущенных ошибок в связи с дефицитом времени на их устранение требует весьма тщательного определения объемных характеристик проекта, участников проекта и методов их работы, графика проекта и форм отчета, а также условий контракта. 409 Классификационные признаки По уровню проекта По масштабу (размеру) По сложности Типы проектов Проект Программа Система Малый Средний Мегапроект Простой По срокам реализации По требованиям к качеству и способам его обеспечения По количественному составу По характеру проекта (уровню участников) По характеру целевой задачи проекта По главной причине возникновения проекта КомОрганизационно Технически Ресурсно плексно сложный сложный сложный сложный Краткосрочный Средний Мегапроект Бездефектный Модульный Стандартный Монопроект Международный (совместный) Антикризисный Мультипроект Отечественный Государственный Территориальный Местный Реформирование/ Реструктуризация Инновационный Чрезвычайный Маркетинговый Образовательный Открывшиеся Реорганизация возможности Необходимость структурно-функциональных Реструктурипреобразований Чрезвычайная зация Реинжиниринг Рис. 21. Классификация типов проектов Мегапроекты – это целевые программы, содержащие множество взаимосвязанных проектов, объединенных общей целью, выделенными ресурсами и отпущенным на их выполнение временем. Такие программы могут быть международными, государственными, национальными, региональными (например, развитие свободных экономических зон, малых народностей и т.д.), межотраслевыми (затрагивать интересы нескольких отраслей экономики), отраслевыми и смешанными. Как правило, программы формируются, поддерживаются и координируются на верхних уровнях управления: государственном (межгосударственном), республиканском, областном и т.д. Мегапроекты обладают рядом отличительных черт: − высокой стоимостью; 410 − капиталоемкостью – потребность в финансовых средствах в таких проектах, как правило, требует нетрадиционных (акционерных, смешанных) форм финансирования, обычно силами консорциума фирм; − трудоемкостью – 2 млн чел.ч на проектирование, 15-20 млн чел.ч на строительство; − длительностью реализации (5-7 лет и более); − необходимостью участия других стран; − отдаленностью районов реализации, а следовательно, дополнительными затратами на инфраструктуру; − влиянием на социальную и экономическую среды региона и даже страны в целом. Наиболее характерные примеры отраслевых мегапроектов – проекты, выполняемые в топливноэнергетическом комплексе, в частности в нефтегазовой отрасли. Сложные проекты подразумевают наличие технических, организационных или ресурсных задач, решение которых предполагает нетривиальные подходы и повышенные затраты на их решение. Естественно, на практике встречаются "скошенные" варианты сложных проектов с преобладающим влиянием какого-либо из перечисленных видов сложности, например использование нетрадиционных технологий строительства, значительное число участников проекта, сложные схемы финансирования и др. – все это суть проявления сложности проектов. Краткосрочные проекты обычно реализуются на предприятиях по производству новинок различного рода, опытных установках, восстановительных работах. На таких объектах заказчик обычно идет на увеличение окончательной (фактической) стоимости проекта против первоначальной, поскольку более всего он заинтересован в скорейшем его завершении. Бездефектные проекты в качестве доминирующего фактора используют повышенное качество. Обычно стоимость бездефектных проектов весьма высока и измеряется сотнями миллионов и даже миллиардами долларов, например атомные электростанции. Международные проекты обычно отличаются значительной сложностью и стоимостью. Их отличает также важная роль 411 в экономике и политике тех стран, для которых они разрабатываются. Такие проекты обычно основаны на взаимодополняющих отношениях и возможностях партнеров. Нередко для решения задач таких проектов создаются совместные предприятия, объединяющие двух или более участников для достижения некоторых коммерческих целей под определенным совместным контролем. При этом каждый партнер вносит свой вклад и определенным образом участвует в прибылях. 4.2.3. Управление проектами Проект функционирует в определенном окружении, включающем внутренние и внешние компоненты, учитывающие экономические, политические, социальные, технологические, нормативные, культурные и иные факторы. Проект всегда нацелен на результат, на достижение определенных целей, на определенную предметную область. Реализация проекта осуществляется полномочным руководством проекта, менеджером проекта и командой проекта, работающей под этим руководством, другими участниками проекта, выполняющими отдельные специфические виды деятельности, процессы по проекту. В работах по проекту (как правило, на условиях частичной занятости) могут участвовать представители линейных и функциональных подразделений компаний, ответственных за выполнение возложенных на них заданий, видов деятельности, функций, включая планирование, руководство, контроль, организацию, администрирование и другие общесистемные функции. Управление проектом представляет собой методологию организации, планирования, руководства, координации человеческих и материальных ресурсов на протяжении жизненного цикла проекта (говорят также – проектного цикла), направленную на эффективное достижение его целей путем применения системы современных методов, техники и технологий управления для достижения определенных в проекте результатов по составу и объему работ, стоимости, времени, качеству. 412 Для эффективного управления проектами система должна быть хорошо структурирована. Суть структуризации (говорят также – декомпозиции) сводится к разбивке проекта и системы его управления на подсистемы и компоненты, которыми можно управлять. Основной структурной единицей участников проекта является команда проекта – специальная группа, которая становится самостоятельным участником проекта (или входит в состав одного из этих участников) и осуществляет управление инвестиционным процессом в рамках проекта. Реализация проекта происходит в рамках организационной формы, структура которой в значительной степени влияет на сам проект. Жизненный цикл проекта (промежуток времени между моментом появления, зарождения проекта и моментом его ликвидации, завершения) является исходным понятием для исследования проблем финансирования работ по проекту и принятия соответствующих решений. Укрупненно жизненный цикл проекта можно разделить на четыре основные смысловые фазы: прединвестиционную, инвестиционную, эксплуатационную и ликвидационную. На прединвестиционной стадии проводятся: − анализ инвестиционных возможностей; − предварительное технико-экономическое обоснование; − технико-экономическое обоснование; − доклад об инвестиционных возможностях; − планирование; − организация финансирования. На инвестиционной стадии: − переговоры и заключение контрактов; − проектирование; − строительство; − маркетинг; − обучение. На стадии эксплуатации: − приемка и запуск; − производство; − замена оборудования; 413 − расширение, модернизация, инновация. На стадии ликвидации проекта проводится завершение проекта как одноразового мероприятия. Дальнейшее разбиение существенно зависит от специфики проекта. Так, жизненный цикл может делиться на ряд фаз: − концептуальную фазу, включающую формулирование целей, анализ инвестиционных возможностей, обоснование осуществимости (технико-экономическое обоснование) и планирование проекта; − фазу разработки проекта, включающую определение структуры работ и исполнителей, построение календарных графиков работ, бюджета проекта, разработку проектносметной документации, переговоры и заключение контрактов с подрядчиками и поставщиками; − фазу выполнения проекта, включающую работы по реализации проекта, в том числе строительство, маркетинг, обучение персонала; − фазу завершения проекта, включающую в общем случае приемочные испытания, опытную эксплуатацию и сдачу проекта в эксплуатацию; − эксплуатационную фазу, включающую приемку и запуск, замену оборудования, расширение, модернизацию, инновацию. Функции управления проектом включают: планирование, контроль, анализ, принятие решений, составление и сопровождение бюджета проекта, организацию осуществления, мониторинг, оценку, отчетность, экспертизу, проверку и приемку, бухгалтерский учет, администрирование. Подсистемы управления проектом включают: управление содержанием и объемами работ, управление временем, продолжительностью, управление стоимостью, управление качеством, управление закупками и поставками, управление распределением ресурсов, управление человеческими ресурсами, управление рисками, управление запасами ресурсов, интеграционное управление, управление информацией и коммуникациями. Отличие подсистем от функций управления проектом заключается в том, что подсистемы ориентированы на предметную область, а функции нацелены на специфические процессы, 414 процедуры и методы. Управление подсистемой включает выполнение практически всех функций. Так, планирование расходов и контроль расходов базируются на одной и той же предметной области – затратах, а планирование расходов и планирование качества базируются на одинаковых процедурах составления планов, сетевом моделировании и пр. Базовые варианты схем управления проектом Различают следующие варианты схем управления проектом: «Основная» система. Руководитель (менеджер) проекта – представитель (агент) заказчика финансовой ответственности за принимаемые решения не несет. Им может быть любое юридическое или физическое лицо участник проекта, имеющее лицензию на профессиональное управление. В этом случае менеджер проекта обеспечивает координацию и управление ходом разработки и реализации проекта, в контрактных отношениях с другими участниками проекта (кроме заказчика) не состоит. Преимущество системы – объективность проектменеджера, недостаток – риск за результаты проекта целиком возлагается на заказчика. Система «расширенного управления». Руководитель (менеджер) проекта несет ответственность за проект в пределах фиксированной (сметной) цены. Менеджер обеспечивает управление и координацию процессов проекта по соглашениям между ним, заказчиком и участниками проекта. Как и в «основной» системе, им может быть любое юридическое или физическое лицо – участник проекта, имеющее лицензию на профессиональное управление и способное отвечать по своим обязательствам перед заказчиком. Проект-менеджер управляет проектом, координирует поставки и работы по инжинирингу. В этом случае риск возлагается на менеджера проекта в пределах контрактных условий. Система «под ключ». Руководитель (менеджер) проекта – проектностроительная фирма, с которой заказчик заключает контракт «под ключ» с объявленной стоимостью проекта. Без преувеличения можно сказать, что в сегодняшней России происходят наиболее масштабные изменения в экономике, управлении, укладе жизни. Эти изменения не только масштаб415 ны, но и беспрецедентны – ни в одной другой стране мира за столь короткий срок не происходила коренная ломка одной экономической системы и формирование другой. Все многообразие процессов, происходящих при этом, можно представить как совокупность социальных, технических, организационных, экономических проектов. Если научиться этими проектами управлять, а руководители, призванные принимать решения, будут прислушиваться к рекомендациям профессиональных управляющих проектами, можно утверждать, что проводимые в стране реформы будут идти успешнее. Вместе с тем понятно, насколько сложно разработать и реализовать на практике систему управления, адекватную жизненным реалиям. Поэтому было бы преувеличением сказать, что методология управления проектами является панацеей от всех сбоев в механизме реформ. Отметим главные области изменений на сегодняшний день, являющиеся предпосылками применения: − ликвидация плановораспределительной системы, основанной на принудительном и волевом администрировании, начало формирования правовой системы регулирования; − изменение отношений собственности (разгосударствление предприятий и организаций, акционирование, приватизация и др.); − процесс демонополизации производителей различного рода товаров и услуг; − изменение рынка – переход к относительному балансу предложения и платежеспособного спроса; − изменение организационных форм (в соответствии с изменениями отношений собственности и рынка), сопровождающееся децентрализацией управления и постепенной передачей определенных функций на места; − изменение производственной системы, "подстраивающейся под рынок"; − изменение методов и средств управления, в частности переход на идеологию программного управления; − отмена государственной монополии в области внешней торговли; 416 − формирование рынка инвестиционных проектов, недвижимости, ценных бумаг, подрядных и других работ; − создание рынка инвестиционных компаний, инжиниринговых и консалтинговых фирм, предлагающих свои услуги в области экономической, управленческой, информационной поддержки проектов; − появление в инвестиционной сфере первых проектноориентированных структур, создаваемых как на основе государственных, так и частных предприятий и компаний; − определенные изменения в психологии управленцев; − развитие новых информационных технологий; − активное привлечение к реализации инвестиционных проектов иностранных подрядчиков и инвесторов, которые традиционно широко используют методологию управления проектами; − создание новых рыночных структур, работающих с проектами (инвестиционные фонды, финансовые компании, коммерческие банки и др.), которые свою работу строят на проектной основе. Объективно возрастает сложность управления экономикой в связи с увеличением числа субъектов управления, усложнением их действий, снижением уровня профессионализма управленческого персонала. Современная инвестиционная политика направлена на финансирование проектов, реализуемых в минимальные сроки и способных принести максимальную прибыль. В таких условиях новый метод становится проверенным инструментом реализации любых проектов необходимого качества, в установленные сроки, в рамках принятого бюджета. Вместе с тем имеется ряд ограничений, существенно сдерживающих распространение новой методологии как для управления крупными проектами, так и комплексными программами. К ним относятся: общий спад производства и неустойчивое функционирование экономики; недостаточная политическая стабильность (как дополнительный фактор риска); резкое сокращение государственных инвестиций и спад инвестиционной активности; устойчиво высокая инфляция; недостаточная развитость кредитнофинансовой и банковской систем, сдерживающая оборот инвестиций и капиталов; отсутствие надежной 417 системы обеспечения гарантий и льгот для инвесторов, в том числе иностранных. Управляемые параметры проекта Управляемыми параметрами проекта являются: − объемы и виды работ по проекту; − стоимость, издержки, расходы по проекту; − временные параметры, включающие сроки, продолжительность и резервы выполнения работ, этапов, фаз проекта, а также взаимосвязи работ; − ресурсы, требуемые для осуществления проекта, в том числе: человеческие или трудовые, финансовые ресурсы, материально-технические, разделяемые на строительные материалы, машины, оборудование, комплектующие изделия и детали, а также ограничения по ресурсам; − качество проектных решений, применяемых ресурсов, компонентов проекта и пр. Проект и процесс его реализации, осуществления являются сложной системой, в которой сам проект выступает как управляемая подсистема, а управляющей подсистемой является управление проектом. Проект имеет ряд свойств, о которых целесообразно помнить, так как это помогает методически правильно организовать работу по его реализации: − проект возникает, существует и развивается в определенном окружении, называемом внешней средой; − состав проекта не остается неизменным в процессе его реализации и развития, в нем могут появляться новые элементы (объекты) и из его состава могут удаляться некоторые его элементы; − проект, как и всякая система, может быть разделен на элементы, при этом между выделяемыми элементами должны определяться и поддерживаться определенные связи. Разделение всей сферы деятельности, в которой появляется и развивается проект, на собственно "проект" и "внешнюю среду" в определенной степени условно. Причины этого заключаются в следующем: 1. Проект не является жестким, стабильным образованием: ряд его элементов в процессе реализации проекта может ме418 нять свое местоположение, переходя в состав проекта из внешней среды и обратно. 2. Ряд элементов проекта может использоваться как в его составе, так и вне его. Типичным примером этому могут служить специалисты, одновременно работающие как над реализацией конкретного проекта, так и над решением некоторых других проблем (в частности, над выполнением какого-то другого проекта). Следует обратить внимание на переходную зону, через которую между ними осуществляется связь и перемещение элементов, тем или иным способом участвующих в работе по его реализации. Методы управления проектами Методы управления проектами включают такие методы, как сетевое планирование и управление, календарное планирование, логистику, стандартное планирование, структурное планирование, ресурсное планирование, имитационное моделирование на ЭВМ и др. Методы управления проектами позволяют: − определить цели проекта и провести его обоснование; выявить структуру проекта (подцели, основные этапы работы, которые предстоит выполнить); − определить необходимые объемы и источники финансирования; − подобрать исполнителей, в частности, через процедуры торгов и конкурсов; − подготовить и заключить контракты; − определить сроки выполнения проекта, составить график его реализации, рассчитать необходимые ресурсы; − рассчитать смету и бюджет проекта, планировать и учитывать риски; − обеспечить контроль за ходом выполнения проекта. Задачи и этапы проектного управления Реализация проекта должна позволить практически решить проблему перехода к проектноориентированной форме управления проектами. 419 В рамках проекта (программы) надлежит решить следующие задачи: 1. Создание новых (адаптация действующих) структур. Различают следующие схемы решения указанной задачи: − Создание наряду с традиционными, как правило, функционально ориентированными (производство, планирование, финансирование, контроль, учет, кадры и др.) подразделениями компаний новых – проектно-ориентированных структурных образований (проект А, проект Б и др.). Новые подразделения могут функционировать как на постоянной, так и на временной (проектной) основе. − Создание специализированных фирм – профессиональных управляющих проектами, выполняющих функции проектменеджера для заказчика; в данном случае под заказчиком подразумевается любой из участников проекта, "нанимающий" консультанта. Такие фирмы могут создаваться: − "на пустом месте" – с учетом реальной деловой конъюнктуры, определяемой на основе маркетинга; − на базе проектных институтов (предпочтительнее, выполняющих функции генерального проектировщика). Как известно, такие институты традиционно занимаются не только прединвестиционными исследованиями и проектноизыскательскими работами, но и авторским надзором, а также участвуют в формировании и защите заказных спецификаций на оборудование. При выборе такого решения вокруг этого ядра могут быть сформированы (на той или иной основе) остальные структурные элементы фирмы; − на основе одного из подразделений заказчика, например дирекции строящегося предприятия или отдела капитального строительства. Такое решение также потребует включения в состав фирмы необходимых специалистов "со стороны". 2. Разработка механизма функционирования. Наиболее важным вопросом механизма функционирования проектноориентированных структур является их статус, т.е. мера ответственности за результаты своей деятельности. Возможны следующие варианты схем, определяющих статус новых структур управления проектом: "основная", "расширенное управление", 420 "под ключ". Каждая из этих схем имеет, как известно, определенную область применения и определяет меру делегирования заказчиком (инвестором) своих полномочий руководителю проекта (проект-менеджеру). Очевидно, что на первых порах заказчик (инвестор) будет руководствоваться менее рискованной для него "основной" схемой и лишь со временем начнет делегировать проект-менеджеру полномочия распоряжаться от его имени финансовыми ресурсами и обеспечивать запуск проекта в эксплуатацию. 3. Подготовка кадров. В связи с тем, что речь идет о создании новой системы подготовки профессиональных руководителей проектов всех уровней, следует рассматривать следующие направления работы. − Высшие учебные заведения. Ряд вузов, в основном строительного, экономического и управленческого профилей, организовали соответствующие специальности/специализации, однако потребуется несколько лет для того, чтобы предприятия начали получать дипломированных молодых специалистов на регулярной основе. − Повышение квалификации/переподготовка специалистов. Целесообразно организовать целевую переподготовку дипломированных специалистов в специальных учебных центрах при авторитетных консалтинговых фирмах или профильных высших учебных заведениях. К сожалению, "пионерный" опыт некоторых вузов не нашел пока достойного развития. В этот же период должны быть подготовлены необходимые учебные программы и материалы. Установлено, что эффективность обучения, в том числе переподготовки специалистов-практиков, значительно повышается, если обучающиеся с самого начала объединены в команды с конкретным распределением ролей так, как это и делается на практике. С этой точки зрения предприятия и организации выиграют, если будут обучать своих работников не поодиночке, а группами, составленными из специалистов тех служб компании, которые в будущем станут управлять проектами. • Учет психологических аспектов кадрового обеспечения управления проектами. Имеется в виду необходимость организации квалифицированной помощи специалистам, осваивающим 421 проект-менеджмент, в адаптации к условиям работы в командах, принципиально отличающихся от принятых в командноадминистративной системе. 4. Правовое регулирование. В настоящее время действует ряд законодательных и нормативных актов, регламентирующих инвестиционную и в целом предпринимательскую деятельность. Специалистами признана необходимость разработки законодательных и нормативных документов, эффективно регламентирующих: − закупки и поставки; − сертификацию и лицензирование профессиональных руководителей проектов; − охрану окружающей среды. 5. Финансирование. До сих пор является открытым вопрос механизма финансирования деятельности профессиональных руководителей проектов (проект-менеджеров). Особенно острым является этот вопрос для проектов, финансируемых из средств госбюджета. В коммерческих проектах, финансируемых из собственных/привлеченных/заемных средств, заказчик в связи с очевидной эффективностью новой системы и упрощением функций дирекции строящегося предприятия и генерального подрядчика может принять решение направить на оплату услуг проектменеджера: − часть затрат на содержание дирекции строящегося предприятия; − часть накладных расходов генерального подрядчика. При заключении контракта по "расширенной" схеме заказчик может также направить на оплату услуг проектменеджера часть прибыли, образующейся по результатам завершения строительной фазы проекта, по фактическим затратам, против сметной стоимости работ. 6. Технология управления. Процесс управления проектами должен быть надлежащим образом информатизирован, поддерживаться современными технологиями, для чего необходимо: − создать и поддерживать в актуальном состоянии базы и банки данных по всем фазам и этапам жизненного цикла проектов; 422 − внедрить современные автоматизированные системы планирования и контроля, а также средства обработки и передачи данных. Следует помнить, что степень сложности (а значит, и цена) используемой информационной технологии должна соответствовать сложности и размеру проекта. Если это правило нарушить, заказчик понесет необоснованные потери как в случае необоснованной сложности используемой технологии, так и при недооценке важности этого весьма существенного фактора. Наиболее сложным для современного проект-менеджера является не автоматизация процесса управления (это лишь функция способности заказчика оплатить современные технические и программные средства), а информационный "вакуум", образовавшийся в инвестиционной сфере в результате распада старой системы технического нормирования и практической невозможности создания "в одиночку" новой, адекватной современным условиям информационной системы поддержки деятельности. В этих условиях крайне важно организовать процесс накопления опыта, разумеется, в машинно-ориентированной форме. Таким образом, особенности управления в современных условиях определяются переходным периодом становления рыночных отношений в экономике. Переходный период требует использования методов и механизмов, характерных как для рыночной системы, основанной на частной собственности и относительно свободных ценах, так и для системы планового регулирования. Особенности механизма управления переходного периода проявляются в концептуальных принципах построения, организационной структуре, целях и задачах управления, системе методов, исполнительных, экономических и организационных механизмах, законодательно оформленных правилах и условиях управления. Переход на проектные методы управления в первую очередь связан с ликвидацией организационной системы, основанной на плановораспределительных методах управления, и переходом к рыночным отношениям. Для государства основной формой программного управления являются целевые комплексные программы, они выступают в форме государственных целевых программ. 423 Раздел 4.3. ПРОЕКТЫ АГРОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ 4.3.1. Проектирование систем земледелия При разработке систем земледелия выделяют следующие основные этапы. 1. Анализ агроландшафтных, климатических и организационно-экономических условий хозяйства. Проведение агроэкологической группировки земель. Уточнение специализации хозяйства. 2. Разработка природоохранной организации территории землепользования. Проведение землеустроительных работ (выделение сенокосов, пастбищ, пашни, экологических рекреаций). Распределение пашни по агроэкологическим группам для организации адаптированных к агроландшафту севооборотов. 3. Обоснование структуры посевной площади. 4. Организация системы севооборотов. 5. Проектирование системы удобрений, химической мелиорации и воспроизводства органического вещества почвы. 6. Разработка системы почвозащитной ресурсосберегающей обработки почвы. 7. Обоснование и составление системы защиты растений. 8. Определение основных параметров системы семеноводства. 9. Обоснование экологически безопасных, наукоемких и гибких технологий производства продукции растениеводства. 10. Разработка системы обустройства природных (естественных) кормовых угодий, включающей в себя определение способов их использования, обоснование технологий поверхностного и коренного улучшения, графики эксплуатации сенокосов и пастбищ и мероприятия по их уходу. 11. Составление плана освоения системы земледелия. 4.3.2. Уточнение специализации хозяйства Высокоэффективное ведение хозяйства возможно лишь при условии выбора его рациональной специализации, учитывающей требования рынка, природные и экономические условия 424 и другие факторы. Многообразие факторов определяет многообразие специализации хозяйств. Значительная часть хозяйств специализируется на производстве продукции растениеводства: выращивании продовольственного или фуражного зерна, кормовых, культур для собственных нужд или для продажи, картофеля, различных видов овощей, плодов, ягод, цветов, а также на семеноводстве различных культур и т.д. Одни хозяйства имеют узкую специализацию в растениеводстве, другие развивают одновременно несколько сельскохозяйственных отраслей. Хозяйства, расположенные вблизи города, на транспортных магистралях с гарантированным круглогодовым движением, специализируются на производстве цельного молока. Там, где отсутствуют вышеперечисленные благоприятные для молочного скотоводства условия, хозяйства специализируются на выращивании нетелей, доращивании и откорме молодняка и взрослого крупного рогатого скота. Источником кормов в этом случае являются главным образом естественные кормовые угодья (сенокосы, пастбища). Основным инструментом, позволяющим определять наиболее эффективную специализацию хозяйства является математическое моделирование. В математическую модель помимо условий экономического характера обязательно должны включаться агроэкологические условия, учитывающие, например, меры по противоэрозионной или контурной организации территории землепользования. Принципы и основы контурного и контурно-мелиоративного земледелия необходимо разрабатывать и проектировать с учетом основных факторов формирования талого и ливневого стока и закономерностей проявления эрозионных процессов. Одним из обязательных условий противоэрозионной мелиорации на пашне является соответствие величины задержания талого и ливневого стоков оптимальным требованиям растений во влаге. Сущность контурной и контурно-мелиоративной организации территории заключается в том, что линейные рубежи (поля севооборотов, рабочие участки, полосные лесные насаждения, гидротехнические сооружения, направления обработки почвы на склонах) размещаются по контуру, то есть по горизон425 талям рельефа или с небольшими отклонениями от них. Сток талых и дождевых вод направляется по склонам перпендикулярно линейным рубежам, задерживается ими в расчетных объемах или безопасно сбрасывается по залуженным водотокам в прилегающие балки. Расстояние между полосами на пахотных склонах определяется необходимостью полного влияния полос на все межполосное пространство в целях оптимального снегораспределения и уменьшения скорости ветра. С точки зрения эффективного зарегулирования стока талых и ливневых вод эти расстояния велики. Поэтому в межполосные пространства вписываются земляные водозадерживающие или водоотводящие устройства разных конструкций. При организации территории необходимо обоснование способа размещения на склонах эколого-ландшафтных контурных полос, лесных насаждений и гидротехнических сооружений. При этом, учитывая технологичность приема и эффективность эксплуатации техники, наиболее приемлемо контурнопараллельное размещение линейных рубежей, которые размещаются параллельно друг другу. На сложных склонах допускаются некоторые отклонения от горизонталей, в результате чего сооружения и полосы на склоновых участках будут иметь небольшой уклон, обеспечивающий неразмывающие скорости водных потоков. На склонах с неравномерным уклоном при размещении контурных полос неизбежно образуются клинья, выключки различной величины. Их следует отводить под облесение или постоянное залужение многолетними травами. В годы с повышенным количеством осадков в мелиоративные сооружения будет поступать сток выше расчетного, который нужно отводить на дно балок. Возможны следующие способы отвода: по естественным хорошо задерненным ложбинам и лощинам, по искусственным водотокам, залуженным многолетними травами, на пологие склоны балок, в искусственные лесные насаждения на склонах балок, в приовражные и прибалочные лесные полосы и в естественные лесные массивы. Сложность контурной организации территории, насыщенность ее различными элементами зависит от характера рельефа, 426 формы, крутизны и длины склонов. Наиболее полное выражение она получает в хозяйствах с большим преобладанием сложных склонов, сильно расчлененных крупными балками и оврагами. С упрощением строения рельефа контурная организация территории также упрощается и может быть сведена в основном к проведению всех технологических приёмов поперек простых односкатных склонов. С целью рационального использования пахотных земель их разделяют на агроэкологические группы, которые на склонах в натуре выделяют стокорегулирующими полосами, размещенными по горизонталям их нижних границ: 1. Выделение водоохранных зон и экологических рекреаций (мест гнездования птиц, произрастания редких и лекарственных дикорастущих растений). 2. Определение экологических зон вблизи лесных массивов и способов их обустройства. 3. Обустройство водоразделов и крутых склонов (устройство водостоков, залужение, закладка кустарниковых полос и т.п.). 4. Определение мероприятий по предотвращению роста оврагов. 5. Разработка противоэрозионных мер на склоновых землях (водозадерживающие валы, канавы, борозды для отвода воды, валы-террасы). 6. Анализ состояния подъездных путей к земельным участкам, полевых дорог, их ремонт и необходимость дополнительного сооружения мостов, водоотводов, исключающих развитие эрозии и застоя воды в пониженных элементов рельефа. 7. Выделение на склонах эколого-ландшафтных контурных полос, лесных насаждений, устройство гидротехнических сооружений. 8. Обоснование структуры посевной площади и организация системы севооборотов. Расчет посевной площади хозяйства со сложившейся структурой животноводства осуществляют в следующей последовательности: 427 – определяют общую потребность хозяйства в продукции растениеводства, включающую объем продукции на корм скоту и реализацию внутри и за пределами хозяйства; − подбирают сельскохозяйственные культуры для производства различных видов кормов и рыночной продукции; − планируют среднюю урожайность каждой культуры; − определяют норму высева культуры для того, чтобы скорректировать урожайность с целью включения семенных участков в общую посевную площадь; − рассчитывают, посевную площадь по каждой культуре, группе культур и определяют общую. Расчет посевной площади вновь организуемого крестьянского (фермерского) хозяйства целесообразно проводить с организации наиболее приемлемых севооборотов для конкретного агроландшафта. Затем определяется структура посевной площади с последующим расчетом производства продукции растениеводства и поголовья скота. Расчет посевной площади хозяйства со сложившейся структурой животноводства начинают с обоснования и выбора нормативных затрат корма на производство животноводческой продукции. 4.3.3. Проектирование севооборотов Севооборот – научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур на полях и во времени, способствующее восстановлению и повышению плодородия почвы; важнейшая часть системы земледелия. В севообороте соблюдаются агротехнические мероприятия – обработка почвы, применение удобрений, химических средств защиты растений от сорняков, болезней и вредителей; мелиоративные мероприятия – орошение, осушение, химическая мелиорация. Период, в течение которого культуры и пар в установленной последовательности проходят через каждое поле севооборота, называется его ротацией; перечень групп сельскохозяйственных культур и паров в порядке их чередования – схемой севооборота. Рациональное сочетание в хозяйстве нескольких севооборотов составляет систему севооборотов. 428 Научные основы севооборота Задолго до научного обоснования севооборота практика земледелия показала, что при бессменном возделывании культурных растений на одном и том же участке, особенно без внесения удобрений, их урожаи снижаются. Изучение биологических особенностей растений и их влияния на свойства почвы позволило дать научное объяснение этому явлению и доказать необходимость чередования сельскохозяйственных культур. Химические основы севооборота связаны с особенностями питания растений (неодинаковая потребность в питательных веществах, различная способность корневых систем извлекать их из глубоких слоев почвы и труднодоступных форм, способность бобовых культур фиксировать атмосферный азот и обогащать им почву, способность некоторых видов сельскохозяйственных культур выделять в корнеобитаемый слой вещества, очищающие почву от фитопатогенов и вредителей и т.д.). Количество и соотношение питательных веществ в почве в соответствии с требованиями возделываемой культуры можно регулировать внесением удобрений. Однако удобрения более эффективны в севообороте, поскольку чередование растений обеспечивает наиболее полное их использование. Введение в севооборот бобовых культур значительно сокращает расход удобрений. После уборки сельскохозяйственных культур разных видов в почве остаётся неодинаковое количество растительных остатков. Этим и объясняется различное действие растений на физические свойства почвы, в том числе её структуру, и на устойчивость к водной и ветровой эрозии. Правильным подбором и чередованием культур в сочетании с внесением органических и минеральных удобрений можно регулировать процессы создания и разложения органического вещества в почве, добиваться его бездефицитного баланса. Размещение чередующимися полосами посевов многолетних трав или зерновых культур с пропашными уменьшает опасность возникновения эрозии почвы. Биологические факторы раньше других оказывают отрицательное действие при вторичных посевах ряда культур. Их влияние проявляется в увеличении засорённости посевов, распространении возбудителей болезней и вредителей, а также с накоплением в почве специфических химических веществ, ока429 зывающих угнетающее действие на ряд других видов культурных и сорных растений, а, иногда и на этот же вид, что, в комплексе с химическими и физическими факторами, вызывает почвоутомление. Чередованием культур на поле и соблюдением научно обоснованного севооборота предотвращают это явление (в севообороте не допускают вторичных посевов ряда культур, например льна по льну, не размещают последовательно растения, страдающие одинаковыми болезнями, и т.д.). Экономическая целесообразность севооборота заключается в рациональном использовании земли, обеспечении высоких и устойчивых урожаев, расширении ассортимента производимой продукции, уменьшении сезонности производства и снижении пиковых нагрузок на технику и людей за счет бóльших различий в сроках сева, обработки и уборки чередующихся культур. Культуры в севообороте Сельскохозяйственные культуры и чистый пар, занимавшие поле в предыдущем году, называются предшественниками. По степени влияния на свойства почвы и урожаи основных культур они объединяются в несколько групп. Многолетние бобовые травы (клевер, люцерна, эспарцет и др.) и их смеси со злаковыми травами, обладающие способностью повышать почвенное плодородие, при хорошем развитии (в районах достаточного увлажнения и при орошении) служат отличным предшественником для всех сельскохозяйственных культур, кроме бобовых; используются в первую очередь под наиболее ценные и продуктивные культуры – пшеницу, лён, просо, кукурузу, картофель, хлопчатник и др. Положительное последействие проявляется 3-5 лет; при слабом развитии ценность их как предшественника снижается. Зернобобовые культуры (люпин, вика, горох, соя, нут, чина и др.) при хорошем развитии затеняют почву, улучшают её структуру и заглушают сорняки; хороший предшественник для всех яровых и озимых культур (кроме растений семейства бобовых). Положительное последействие не менее 2 лет. Пропашные культуры (картофель, свёкла, кукуруза, подсолнечник, хлопчатник и др.) разнообразны по биологическим особенностям. Специфика их возделывания (многократные ме430 ждурядные обработки, очищающие почву от сорняков и способствующие сохранению почвенной влаги), обусловливает повышение жизнедеятельности полезной микрофлоры в почве, улучшение питания растений. Возможны вторичные посевы некоторых пропашных культур (кукурузы, хлопчатника, сахарной свёклы – особенно при орошении и отсутствии заболеваний; картофеля – в специальных овощекартофельных севооборотах, не более двух лет подряд). Пропашные – хороший предшественник для всех яровых зерновых культур, льна и конопли. Кукуруза и кормовые бобы на силос, ранние сорта картофеля – неплохие предшественники для озимых культур. Положительное последействие 2 года. Озимые зерновые культуры (рожь, пшеница, ячмень) хорошо кустятся, затеняют почву и угнетают многие сорные растения. Убираются раньше других культур, что создаёт благоприятные условия для накопления осадков в послеуборочный период. Удобренные озимые – хороший предшественник для пропашных культур, многолетних трав, яровых зерновых, зернобобовых, льна и т.д. Технические прядильные культуры сплошного сева (лён, конопля и др.) требовательны к плодородию почвы, так как используют влагу и элементы питания из самого верхнего её слоя; конопля хорошо усваивает труднорастворимые соединения фосфора. При оптимальной технологии возделывания эти культуры удовлетворительные предшественники для колосовых и пропашных культур. Яровые колосовые и крупяные культуры сплошного сева (пшеница, ячмень, овёс, просо, гречиха) примерно в одинаковой степени выносят из почвы элементы питания, слабо её затеняют и нередко бывают сильно засорены. Удовлетворительные предшественники для других растений той же группы, а также для пропашных культур. Чистые (чёрные и ранние) и кулисные пары хорошо сохраняют весенние и летние атмосферные осадки, обеспечивают успешную борьбу с сорняками, усиливают полезную микробиологическую деятельность почвы, увеличивают запас в ней питательных веществ; отличные предшественники во всех зонах РФ (особенно в засушливых и полузасушливых) для озимых куль431 тур. Положительное последействие не менее 2-3 лет. В районах с достаточным количеством осадков на чистых от сорняков почвах в качестве предшественников озимых и яровых зерновых культур часто применяют занятые пары. Классификация севооборотов Выделяют 3 типа севооборотов: полевые, кормовые и специальные. В полевых севооборотах большую часть площади занимают зерновые, картофель и технические культуры; в кормовых – более половины площади отводится под кормовые культуры; в специальных севооборотах выращивают культуры, требующие определённых условий и технологий выращивания (овощи, табак, конопля, хлопчатник, рис и др.). По соотношению сельскохозяйственных культур и паров типы севооборотов подразделяют на виды: зернопаровые, зернопаропропашные, зернотравяные, зернопропашные, травопольные, травяно-пропашные, сидеральные, зернотравяно-пропашные (плодосменные), пропашные. В зернопаровых севооборотах посевы зерновых культур прерываются чистым паром; зерновые занимают 50-70% севооборотной площади. В зернопаропропашных севооборотах посевы зерновых прерываются чистым паром и пропашными культурами; зерновые занимают половину и более площади севооборота. В зернотравяных севооборотах большая часть площади отводится под зерновые, меньшая – под однолетние и многолетние травы. В зернопропашных севооборотах половина и более площади отводится под зерновые, которые чередуются с пропашными. В травопольных севооборотах более половины площади занимают многолетние травы; на остальной части пашни высевают однолетние полевые культуры (зерновые, лён, однолетние травы и т.д.). В травяно-пропашных севооборотах возделывание пропашных культур прерывается многолетними травами, занимающими два поля и более. В сидеральных севооборотах выращивают культуры, возделываемые на зелёное удобрение (например, люпин) в занятых (сидеральных) парах. В зернотравяно-пропашных, или плодосменных, севооборотах возделываются зерновые, пропашные и бобовые культуры, причём зерновые занимают не более половины всей площади, что даёт возможность осуществлять плодосмен, т.е. ежегодно менять растения разных групп на каждом поле. Пропашные севообороты, в которых 432 половина или более площади занята пропашными культурами широкорядного, квадратного и квадратно-гнездового посева. Введение и освоение севооборотов В хозяйствах севообороты обычно проектируют одновременно с составлением организационно-хозяйственного плана. Подготовка к разработке проекта севооборотов заключается в изучении климатических и почвенно-гидрологических условий хозяйства. Пользуясь почвенными картами и агрохимическими картограммами, все пахотные земли делят на несколько производственных категорий. Одновременно обследуют и оценивают другие сельскохозяйственные угодья. На основании материалов обследования составляют план внутрихозяйственного землеустройства и план трансформации земельных угодий (выполняются землеустроителями). Затем в соответствии с главными показателями развития хозяйства и планом продажи сельскохозяйственной продукции разрабатывают структуру посевных площадей. Для решения вопроса о системе севооборотов сопоставляют их различные варианты с оценкой: по объёму производства продукции растениеводства на 1 га пашни, по производству кормов в целом, каждому их виду и по выходу протеина и обменной энергии, по степени использования тракторов и сельскохозяйственных машин, объёму внутрихозяйственных перевозок. В соответствии с оптимальным для хозяйства вариантом устанавливают число и площадь севооборота, количество полей и чередование культур в севообороте, размещение севооборотов на территории хозяйства. В каждом севообороте создают наилучшие условия для ведущей культуры. Севооборот осваивают обычно в течение 2-3 лет. Освоенным считают такой севооборот, в котором каждая культура занимает установленное проектом число полей с соблюдением их границ. 4.3.4. Система обработки почвы Обработка почвы – приёмы механического воздействия на почву, способствующие повышению её плодородия и созданию лучших условий для роста и развития растений. Применяя обработку почвы, придают пахотному слою оптимально рыхлое 433 мелкокомковатое строение, улучшают водный, воздушный и тепловой режимы почвы; активизируют микробиологические процессы в ней, очищают поля от сорняков, вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур, заделывают в почву удобрения и т.д. Выбор приёма обработки почвы обусловливается климатическими условиями, биологическими особенностями возделываемых культур и их назначением. Эффективность обработки почвы во многом зависит от технологических свойств почвы. Основные приёмы обработки почвы Оборачивание – перемещение в вертикальном направлении слоев почвы, различающихся по агрономическим свойствам, например заделка верхнего распылённого, бесструктурного и выворачивание нижнего, более структурного горизонта. Оборачиванием почвы заделывают также пожнивные остатки, дернину, удобрения, осыпавшиеся семена сорняков, зачатки вредителей и болезней сельскохозяйственных культур. Оно осуществляется при вспашке и лущении. Рыхление (крошение) – дробление крупных почвенных отдельностей на мелкие комочки, которые, располагаясь рыхло, увеличивают пористость почвы и её аэрацию. В результате усиливается биологическая активность почвы, и накапливаются доступные для растений питательные вещества. Рыхление уничтожает также почвенную корку, задерживающую рост растений и усиливающую потерю воды. Осуществляют эту операцию или одновременно с другими операциями (оборачиванием, перемешиванием) или отдельно. Поверхностное рыхление достигается при бороновании; более глубокое (10-12 см) – при культивации; глубокое (20 см и более) – при обработке плугами со снятыми отвалами, плоскорезами-глубокорыхлителями и другими орудиями. Крошение почвы одновременно с её оборачиванием происходит при вспашке плугами с предплужниками и лущении; крошение и частичное перемешивание – при фрезеровании почвы. Перемешивание создаёт однородный слой с равномерным распределением органических веществ, минеральных удобрений, извести или гипса. Этот приём применяют при углублении пахотного горизон434 та. Перемешивание осуществляют плугами без предплужников, а также рыхлящими, но не оборачивающими орудиями. Уплотнением достигается более тесное размещение почвенных комочков, увеличение капиллярной и уменьшение некапиллярной пористости. Разрушаются глыбы, пашня несколько оседает, уменьшается проветривание почвы и испарение из нее влаги, создаются лучшие условия для прорастания семян и т.д. Для уплотнения почвы применяется её прикатывание катками. Выравнивание обеспечивает лучшие условия для посева, ухода за посевами и уборки урожая, а также снижает испарение воды из почвы. Оно достигается при бороновании, культивации, прикатывании и шлейфовании, в орошаемом земледелии – также планировкой поверхности почвы. Подрезание сорняков совмещают с оборачиванием, рыхлением и перемешиванием почвы при вспашке, лущении и культивации или проводят отдельно, используя различные культиваторы. Борозды, гряды и гребни устраивают в условиях избыточного увлажнения для регулирования воздушно-термического и пищевого режимов почвы, а также на полях, подверженных водной эрозии, для задержания талых вод, предупреждения смыва почвы и в орошаемом земледелии (для бороздного полива). Различают основную, специальную и поверхностную обработку почвы. К основной обработке почвы относят обычную вспашку; к специальной – плантажную, ярусную и другие виды вспашки, глубокое рыхление, фрезерование, кротование, щелевание, обвалование склонов; к поверхностной – прикатывание, боронование, шлейфование, лущение, дискование, культивацию, окучивание, бороздование и др. Совокупность последовательно выполняемых приёмов механического воздействия на почву называется системой обработки почвы. Различают системы обработки почвы: под яровые и озимые культуры; земель, подверженных водной и ветровой эрозии; вновь осваиваемых земель; земель в условиях орошения. Система обработки почвы под яровые и озимые культуры складывается из основной, предпосевной и послепосевной обработки. Основная обработка почвы под яровые культуры – зяблевая обработка почвы, проводимая летом и осенью предшествующего посеву года. Она включает, например, на засорённых полях из-под 435 зерновых культур, послеуборочное лущение жнивья и зяблевую вспашку после появления всходов сорняков; в районах с продолжительной и тёплой осенью, кроме того, двух-, трёхкратную культивацию по мере отрастания сорняков. Под озимые культуры основную обработку почвы начинают с осени предшествующего посеву года (чёрный пар) или с весны и лета в год посева озимых (ранний, занятый, сидеральный, кулисный пары). Предпосевную обработку почвы под яровые культуры проводят в весенний период, под озимые – в весенне-летний. В системе предпосевной обработки почвы под яровые и озимые культуры преобладают приёмы поверхностной обработки – боронование, культивация, прикатывание; под картофель, хлопчатник и некоторые другие культуры применяют также глубокое рыхление почвы, а в зоне достаточного и избыточного увлажнения – перепашку зяби. Послепосевная обработка почвы охватывает период от посева до уборки сельскохозяйственных культур и состоит главным образом из прикатывания почвы, боронования посевов, междурядных обработок и окучивания растений. Система обработки почвы на землях, подверженных водной и ветровой эрозии, включает специальные приёмы. Например, против водной эрозии применяют глубокую вспашку плугом с почвоуглубителями, глубокое безотвальное рыхление и т.п. Все виды обработки почвы осуществляют поперёк склона (по горизонталям), т.е. перпендикулярно к направлению стока воды. На склонах свыше 2° применяют обвалование зяби, лункование, щелевание и другие водозадерживающие приёмы. Для предотвращения ветровой эрозии осуществляют безотвальную обработку почвы плоскорезами с сохранением стерни. 4.3.5. Система удобрения и химической мелиорации Система удобрения – это комплекс агрономических и организационных мероприятий, направленных на использование органических и минеральных удобрений с целью повышения урожая и его качества и воспроизводства плодородия почвы. Применение органических и минеральных удобрений в современных системах земледелия необходимо. 436 В агроценозах, в отличие от естественных биогеоценозов с относительно замкнутым циклом биогенных элементов, происходит разрыв этого цикла из-за отчуждения питательных веществ с урожаем, потерь в результате стока, эрозии, денитрификации, инфильтрации. Нарушение баланса питательных веществ приводит к уменьшению производства продукции и ухудшению ее качества, снижению плодородия почвы и устойчивости агроландшафта. Поэтому устранение дефицита биогенных элементов в земледелии осуществляют с помощью удобрений. Система удобрения, во-первых, включает разработку и выполнение организационно-хозяйственных и экономических мероприятий, связанных с производством, заготовкой, закупкой, перевозкой и хранением удобрений. К ним относятся: выявление всех ресурсов по производству местных удобрений, их заготовка и правильное хранение; определение потребности в различных компостах и их заготовка, в мелиоративных материалах для известкования кислых и гипсования солонцовых почв, в промышленных минеральных удобрениях, организация их завоза, правильное хранение и внесение в почву. Важно предусмотреть смешивание и внесение удобрений с заданным соотношением питательных элементов и с учетом плодородия почвы, требований культуры и агротехники. При планировании этих работ важно максимально задействовать комплексную механизацию всех технологических процессов по применению как органических, так и минеральных удобрений. Во-вторых, система удобрения – это рациональное размещение удобрений по севооборотам и внутри них под различные культуры, а также выбор оптимальных доз, сроков и способов использования удобрений. Эту часть системы удобрения разрабатывают с учетом местных почвенно-климатических условий и экономики хозяйства. Система удобрения в севообороте – составная часть общей системы удобрения в хозяйстве. Она основывается на планах применения органических и минеральных удобрений, извести и других удобрительных средств под культуры севооборота. В этих планах предусматривают дозы, сроки и способы внесения удобрений под отдельные культуры с учетом планируемого урожая, биологических особенностей питания культур и их че437 редования, технологии возделывания, почвенно-климатических и гидрологических условий, свойств удобрений, экономических условий хозяйства. В условиях интенсификации земледелия система удобрения в севооборотах способствует воспроизводству плодородия почвы, повышению урожайности отдельных культур и продуктивности севооборота в целом, улучшению качества сельскохозяйственной продукции, высокой экономической эффективности применяемых удобрений, сохранению и улучшению экологической обстановки. Учитывая низкий уровень естественного плодородия основных типов и разновидностей почв Нечерноземной зоны, воспроизводство их плодородия должно быть расширенным. На сложных эрозионноопасных агроландшафтах система удобрения должна учитывать разнообразие элементов рельефа и их морфологическую характеристику, степень смытости почвы, сток, литологические условия, чтобы не допустить смыва питательных веществ, превышающего экологически допустимые нормы. Наряду с ландшафтным подходом к распределению и использованию удобрений необходимо учитывать эффективность их взаимодействия с элементами и системами земледелия – обработкой почвы, севооборотом, сроками посева, нормами высева семян и т. д. Азотное удобрение в значительной мере выступает как решающий фактор минимизации обработки почвы, использования соломы в качестве мульчи, сокращения доли чистого пара в севооборотах, углубления их специализации. Без применения фосфорных удобрений резко снижается эффективность чистого пара, увеличиваются потери минерального азота из почвы из-за неполного его использования растениями при дефиците фосфора. Применением удобрений можно регулировать рост и развитие растений на различных этапах органогенеза, ускорять или замедлять их созревание с учетом сроков посева и формирования площади питания растений различными способами посева и нормами высева семян. Рядковое удобрение ускоряет рост вторичной корневой системы зерновых злаков, что нередко имеет решающее значение в формировании урожая. Применение удобрений позволяет предотвратить или смягчить воздействие на растения различных 438 стрессов, повышая приспособляемость культур к неблагоприятным условиям, их засухо- и морозоустойчивость и т. д. Удобрения влияют на устойчивость растений к болезням. В частности, фосфорные удобрения усиливают развитие корневой системы, повышают сопротивляемость растений болезням, развитию патогенов. Калийные удобрения, способствуя утолщению клеточных стенок, повышению прочности механических тканей, существенно сдерживают развитие грибных болезней. Противоположную роль в этом отношении играет избыточное азотное питание растений, стимулирующее возникновение болезней. Сбалансированное удобрение в интенсивных технологиях возделывания зерновых культур ослабляет патологический процесс, но нередко приходится прибегать к обработкам фунгицидами, особенно при низкой устойчивости сорта к болезням при высоком уровне азотного питания. Голодание растений при недостатке того или иного питательного элемента часто сопровождается развитием болезней. Система удобрения в севообороте зависит от уровня обеспеченности агрохимическими ресурсами. На первом этапе ее разработки решается задача регулирования питания растений в тех звеньях, где оно наименее сбалансировано: оптимизация фосфорного питания зерновых, размещаемых по пару, азотного – на фонах безотвальной и минимальной обработок, особенно при оставлении соломы; весенние подкормки озимых культур и многолетних трав, стартовое рядковое удобрение и др. При достижении необходимого уровня обеспеченности пашни минеральными удобрениями, требуемого для освоения противоэрозионных мероприятий, севооборотов с определенным соотношением культур, чистого и занятого паров, т. е. оптимизации систем земледелия, дальнейшее их применение должно осуществляться в расчете на планируемую урожайность сельскохозяйственных культур. При определении максимальной дозы удобрений, если в этом возникает необходимость, следует ориентироваться на максимальную прибыль с учетом экологических ограничений. Выбирая оптимальные дозы в зависимости от почвенно-климатических условий и обеспеченности ресурсами, важно иметь в виду, что чрезмерная концентрация удобрений на отдельных полях так же неразумна, как и распыление их по по439 лям. Наиболее эффективно совместное применение оптимальных доз органических и минеральных удобрений. Экологические негативные последствия особенно проявляются при производстве овощных культур, которые отличаются наибольшей способностью накапливать нитраты и другие остаточные химические соединения. Овощеводство нуждается в первоочередной биологизации, повышении доли перегноя в системе удобрения, многолетних трав в севооборотах, применении биологических препаратов для защиты растений. Большую опасность для окружающей среды представляет чрезмерная концентрация отходов животноводства. Основной путь их использования – удобрение многолетних трав. Серьезной экономической и экологической проблемой остается неравномерность внесения органических и минеральных удобрений. При этом наблюдаются пестрота стеблестоя, неравномерность созревания, снижается качество продукции, усиливается вымывание питательных веществ. Потери за счет инфильтрации возрастают с повышением доз удобрений. Для предотвращения потерь азота в окружающую среду следует оптимизировать дозы азотных удобрений под каждую культуру севооборота, вносить их в правильные сроки, равномерно распределять и заделывать в почву, грамотно выбирать формы удобрения. В процессе интенсификации земледелия усиливается экологическая роль органического вещества почв, их гумусового состояния. В отличие от экстенсивных систем земледелия, когда органическое вещество почв служило основным источником питания растений, в современном земледелии оно определяет границы интенсификации за счет обеспечения буферности почв и поглотительной способности по отношению к удобрениям, биологической активности, способствующей трансформации пестицидов и других химических веществ. Кроме того, органическое вещество почвы определяет возможность применения минимальной обработки и сокращения энергетических затрат, способствует повышению устойчивости земледелия в неблагоприятных погодных условиях. Поэтому при разработке системы удобрения воспроизводству органического вещества почвы должно быть уделено основное внимание. 440 Мелиорация (лат. melioratio – улучшение) – совокупность организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на коренное улучшение земель. М. даёт возможность изменять комплекс природных условий (почвенных, гидрологических и др.) обширных регионов в нужном для хозяйственной деятельности человека направлении: создавать благоприятные для полезной флоры и фауны водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы почвы и режимы влажности, температуры и движения воздуха в приземном слое атмосферы; способствует оздоровлению местности и улучшению природной среды. Наибольшее значение М. имеет для сельского хозяйства, придавая большую устойчивость этой отрасли народного хозяйства и обеспечивая более стабильные валовые сборы с.-х. культур; позволяет производительнее использовать земельный фонд. Мелиорация – важный фактор интенсификации сельскохозяйственного производства (совместно с механизацией и химизацией) и научно-технического прогресса в сельском хозяйстве, открывающий широкие возможности для повышения урожайности, создания прочной кормовой базы животноводства, освоения пустынных и заболоченных земель. Технический уровень мелиорации определяется характером производственных отношений, уровнем развития производительных сил страны, а также зональными условиями отдельных территорий и хозяйственными задачами. Классификация мелиорируемых земель и виды мелиорации Наиболее распространена мелиорация земель с неблагоприятным водным режимом. Мелиорация болот и избыточно увлажнённых земель направлена на усиление аэрации почвы, улучшение её температурного режима и стимулирование аэробных процессов разложения органического вещества, что достигается удалением избытка воды открытыми каналами и дренами из почвенного слоя в водотоки или водоёмы, т. е. осушением. В засушливых земледельческих районах, где осадков мало, а испаряемость высокая, запасы почвенной влаги пополняют водой, искусственно подаваемой на поля, т. е. применяют орошение, создавая открытые и закрытые оросительные системы. На пустынных, полупустынных и степных территориях, где развито 441 животноводство, проводят обводнение пастбищ, сочетаемое часто с выборочным (в пустынях) оазисным орошением. В маловодных районах для лучшего управления водными ресурсами осуществляют сезонное и многолетнее регулирование стока рек путём устройства водохранилищ, а также переброску его как в пределах одного и того же бассейна, так и из одного бассейна в другой. При недостаточной пропускной способности рек на отдельных участках проводят регулирование их русла, на пониженных местах применяют кольматаж. Комплекс мелиоративных мероприятий, улучшающих неблагоприятный водный режим территорий, называемый гидротехнической мелиорацией, или водной мелиорацией. Земли с неблагоприятными химическими и физическими свойствами улучшают агротехнической и химической мелиорацией. В степных и пустынных районах заселённые почвы и солонцы, содержащие избыток вредных для большинства сельскохозяйственных культур солей, улучшают промывками на фоне дренажа, гипсованием и глубокой обработкой. Некоторые химические мелиоранты (гипс, хлорид кальция, сульфат железа, серная кислота и др.) способствуют удалению из почвы соды – наиболее токсичной для культурных растений соли. Для повышения плодородия кислых почв их известкуют. На песчаных почвах вносят большие дозы органических удобрений, сеют сидераты, проводят глинование; тяжёлые почвы пескуют, на уплотнённых углубляют пахотный горизонт; неровные поверхности планируют. Мелиорация земель, подверженных вредному механическому действию ветра или воды, включает предупреждение смыва и размыва почв поверхностными водами, выдувания ветром, борьбу с сыпучими песками, оползнями и оврагами. Мелиорация этих земель направлена на уменьшение количества поверхностного стока и его скорости, повышение сопротивляемости почв размыву, развеиванию и сдвигу, создание препятствий перемещению грунта, действию воды и ветра. В этих целях применяют приёмы гидротехнической мелиорации: устраивают искусственные террасы, водозадерживающие валы и водосборные канавы, ликвидирующие смыв почвы на склонах, ловчие каналы по периферии оврагов и гидротехнических сооружений, 442 регулирующие сток и прекращающие рост оврагов, а также применяют приёмы агролесомелиорации. Особенности мелиорации. Основное отличие мелиорации от др. мероприятий, связанных с улучшением земель и повышением плодородия почв, – длительность её действия. Поэтому о мелиорации говорят как о "коренной", "прочной", "капитальной", в отличие от таких приёмов, как вспашка, боронование, текущая планировка поля и т.п., требующих ежегодного повторения. Например, осушительные системы всегда обеспечивают отвод избытка воды с осушаемой территории. Оросительные системы – долговременные сооружения; они подводят воду к полям в необходимом объёме и дают возможность поливать сельскохозяйственные культуры в нужные сроки. Агротехническая и лесотехническая мелиорации также положительно влияют на почвы и природные условия земель в течение длительного времени. Мелиорация наиболее эффективна при совместном применении её видов и тесно связана с культуртехническими работами и приёмами земледелия; в совокупности они составляют единый комплекс по улучшению природных условий земель. В зоне осушения оптимальный режим влажности почвы лучше всего обеспечивается при двустороннем его регулировании, для чего строят осушительно-увлажнительные системы, которые отводят воду весной и в период сильных дождей и увлажняют территории в засушливое время, т.е. дают возможность сочетать осушение с орошением. В районах орошения одновременно с оросительной сетью, как правило, создают коллекторнодренажную сеть, препятствующую избыточному подъёму грунтовых вод и возможному засолению почв. Осушаемые кислые почвы известкуют. Мелиорацию земель необходимо сочетать с их правильным освоением и сельскохозяйственным использованием (севообороты, подбор культур и сортов, технология возделывания и т.д.). Мелиорация земельных территорий влечёт за собой и улучшение климата, особенно в засушливых районах: орошение увеличивает влажность воздуха в приземном слое (благодаря испарению влаги с почвы и растительного покрова), что, в свою очередь, понижает его температуру и смягчает действие засух. 443 Для современного этапа развития мелиорации характерен охват ею земельных массивов в десятки и сотни тысяч гектар. В этих условиях возрастает значение научно обоснованного выбора комплекса мелиоративных мероприятий, не вызывающих отрицательных воздействий на природу и природные ресурсы. Например, при неправильной организации орошения возможны засоление, заболачивание и эрозия почв; осушения – пересушка земель под лесами, лугами и др. угодьями; создание водохранилищ без учёта режима грунтовых вод может вызвать повышение их уровня и повлечь за собой заболачивание земель и ухудшение санитарного состояния местности; при несоблюдении мелиоративных правил загрязняются воды рек и водоёмов, что затрудняет рыбоводство. Для составления проекта мелиорации территории предварительно проводят мелиоративные изыскания – комплекс топографо-геодезических, геологических, гидрогеологических, почвенных, геоботанических, климатологических и др. исследований. Огромное практическое значение при проектировании мелиорации имеют учения о биосфере, биоценозах, а также мероприятия, связанные с охраной природы. Известкование почв – внесение в почву извести и других известковых удобрений для устранения избыточной кислотности, вредной для многих сельскохозяйственных растений; способ химической мелиорации кислых почв. Известкование почв основано на замене в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция и магния. При известковании в результате нейтрализации кислотности почвы и увеличения содержания кальция усиливается жизнедеятельность полезных микроорганизмов (например, клубеньковых бактерий, микроорганизмов, минерализующих органические остатки и перегной) и почва обогащается доступными для растений элементами питания, улучшаются её физические свойства (структура, водопроницаемость и др.). Известкование почв повышает эффективность органических и минеральных удобрений. Известкование почв широко применяют на подзолистых, дерново-подзолистых и некоторых торфяных почвах, реже – на серых лесных почвах и краснозёмах. На подзолистых почвах при pH их в солевой вытяжке менее 4,5 необходимо известкование почв под все сельскохозяйственные культуры; при pH 4,5444 5,0 – под все культуры, кроме люпина; при pH 5,1-5,5 – под культуры, очень чувствительные к кислотности (свёкла, капуста, лук, чеснок, клевер, люцерна, смородина), нуждающиеся в слабокислой и близкой к нейтральной реакции (брюква, турнепс, вика, фасоль, кукуруза, пшеница, ячмень, огурцы, яблоня, вишня) и переносящие умеренную кислотность, но повышающие урожай при внесении высоких доз извести (овёс, рожь, тимофеевка, гречиха); при pH 5,6–6,0 – только под свёклу и люцерну; при pH более 6,0 почву известковать не следует. Дозы известковых удобрений зависят от величины кислотности почвы и её механического состава; они должны быть достаточны для поддержания в течение 10-12 лет слабокислой реакции почвы, обеспечивающей нормальные условия для роста и развития большинства сельскохозяйственных культур. Дозы известковых удобрений могут быть снижены при неглубокой заделке их в почву и применении вместе с органическими и минеральными удобрениями. Известковые удобрения обычно вносят 1 раз в ротацию севооборота. В некоторых случаях, например, если в севообороте культуры резко различаются по своей нуждаемости в известковании, целесообразно дробное внесение (в несколько приёмов) полной дозы. Известковые удобрения можно вывозить в поле весной, летом и осенью; на выровненных массивах – по мёрзлой земле и мелкому снегу. Эффективность И. п. в значительной степени зависит от равномерности распределения удобрений по поверхности и хорошей заделке их в почву. Известкование почв даёт значительную прибавку урожая (в среднем, в ц/га): зерновых культур (зерно) 0,5– 4; зернобобовых (зерно) 1–3; кормовой свёклы 30–60; картофеля 5–15; льна (солома) 1–3; клевера (сено) 7–15; капусты 30–70; моркови 15–45. Для планового известкование почв проводят специальные почвенные обследования и полевые опыты, составляют картограммы кислотности почв и известкования. Гипсование почв, внесение в почву гипса для устранения избыточной щёлочности, вредной для многих сельскохозяйственных растений; способ химической мелиорации солонцов и солонцеватых почв. Гипсование основано на замене натрия, поглощённого почвой, кальцием, в результате чего улучшаются её неблагоприятные физико-химические и биологические свойства 445 и повышается плодородие. Дозы гипса (устанавливают по количеству натрия в корнеобитаемом слое почвы, который необходимо заместить кальцием) от 3–4 до 10–15 т/га, наибольшие – на содовых солонцах. Гипс вносят в 2 приёма: перед вспашкой и после неё под культивацию. На солонцеватых почвах, содержащих меньшее количество натрия, чем солонцы, гипс (3–4 ц/га) вносят в рядки вместе с семенами. Гипсование почв проводят в комплексе с агротехническими мероприятиями: глубокая вспашка (на 40–50 см) с перемешиванием солонцового слоя (это даёт возможность переместить гипс, содержащийся в подпахотном слое, в пахотный слой), орошение, внесение органических удобрений, снегозадержание и задержание талых вод, посев многолетних трав. Для гипсования почв применяют в основном сыро-молотый гипс (из природных залежей), фосфогипс – отходы производства удобрений, отходы содовой промышленности. Продолжительность перехода солонцов под действием гипса в культурную почву, т. е. мелиоративный период, 8–10 лет в неорошаемых условиях и 5–6 лет при орошении. Средняя прибавка урожая зерна при внесении гипса составляет в чернозёмной зоне (без орошения) 3– 6 ц/га, в зоне каштановых почв 2–7 ц/га. На орошаемых землях эффективность гипсования почв повышается. 4.3.6. Система защиты растений На современном этапе разработки и освоения системы защиты растений от вредных организмов она рассматривается с точки зрения управления и регулирования фитосанитарного потенциала посевов и почвы. Регулирование численности вредных организмов осуществляют с помощью проведения взаимосвязанных организационных, агротехнических, биологических и химических мер. Значение каждой из них зависит от экологических, хозяйственно-экономических и погодных условий. Рациональная организация системы защиты растений от вредных организмов основана на учете их численности, вредоносности, прогнозе появления. Прогноз, в свою очередь, служит основой для планирования объемов проводимых работ, определения потребности в агротехнических, химических, биологиче446 ских средствах, технике, материальных и трудовых затратах. Целью и задачей защиты растений являются сохранение урожаев при широком использовании регулирующих механизмов внутри агроэкосистем и поддержание количества вредных организмов на уровне экологических и экономических порогов вредоносности. Большую роль в защите растений играет степень научной обоснованности других звеньев системы земледелия. Высокая их адаптивность к агроландшафтам позволяет максимально использовать регулирующие факторы обилия вредных организмов, присущие каждому элементу системы земледелия. При этих условиях защита растений будет более эффективной. Организационно-хозяйственные меры по защите растений включают: освоение севооборотов, использование высококлассных семян районированных сортов, устойчивых к болезням и вредителям, соблюдение сроков и качества проведения технологических приемов и предупредительных мер. Агротехнические методы в системе защиты растений используют при проведении предпосевных, послепосевных и послеуборочных обработок почвы с применением различных сельскохозяйственных машин. Методы провокации, истощения, удушения, вычесывания, механического удаления вегетирующих сорных растений и другие применяют как в системе обработки почвы, так и при уходе за посевами. Химические меры защиты растений предполагают протравливание семян, опрыскивание почвы и посевов пестицидами, дезинфекцию хранилищ и токов, применение отравленных приманок. При использовании химического метода важно соблюдать сроки, дозы и способы применения препаратов, меры по охране окружающей среды и технику безопасности. Роль химических мер возрастает с усилением специализации производства и повышением уровня интенсификации. Отказ от них в современном земледелии приводит к существенному уменьшению эффективности удобрений, мелиорации и других факторов. Биологический метод регулирования численности вредных организмов включает поддержание плотности природных энтомоагов с помощью биологических препаратов, интродукцию паразитов или хищников, искусственное наращивание численности энтомофагов, использование энтомопатогенов, ферро447 монов, гормонов насекомых, репеллентов или аттрактантов, выпуск стерильных насекомых и др. В целом эффективность системы защиты растений определяется уровнем интеграции существующих методов защиты и степенью адаптации их к биологии сельскохозяйственных культур и вредных организмов, погодным и хозяйственноэкономическим условиям. Обоснование и составление системы защиты растений Анализ фитосанитарной обстановки в последние годы показывает, что ситуация с вредителями, болезнями и засоренностью сельскохозяйственных культур серьезно осложняется. Особую роль в обострении фитосанитарной обстановки играют те биообъекты, которые характеризуются широкой региональной представленностыо, быстрыми темпами нарастания численности, высокой вредоносностью и определенными трудностями ликвидации отдельных видов вредных организмов. Проблема защиты от вредных организмов – одна из наиболее актуальных в современном земледелии. С учетом крайне неблагоприятного фитосанитарного состояния посевов и тенденции его ухудшения встает задача необходимости разработки методики проектирования и оценки системы защиты растений от вредных организмов. Разработка системы защиты растений должна осуществляться в следующей последовательности. 1. Анализ фитосанитарной обстановки сельскохозяйственных угодий. Этот этап включает организацию учета, методы выявления и обследования сельскохозяйственных угодий с целью определения численности вредных организмов, энтомофагов и энтомопатогенов. При обследовании посевов определяют видовой состав, степень обилия, плотность расселения, интенсивность развития, ареал карантинных и редко встречающихся видов. Для этой цели используют два основных способа обследования: маршрутное и детальные учеты. 2. Прогнозирование развития вредных организмов в посевах сельскохозяйственных культур. Этот этап включает составление прогнозов появления и распространения вредных орга448 низмов в условиях конкретной территории. Существуют долгосрочные, сезонные и краткосрочные прогнозы. Долгосрочные прогнозы. Разрабатывают на предстоящий год или определенную перспективу. Прогнозы содержат характеристику ожидаемой ситуации в конкретных условиях и рекомендации по защите растений от всех видов вредных организмов. Долгосрочные прогнозы разрабатываются институтами и областными станциями защиты растений, одновременно готовятся обзоры по распространению особо опасных объектов. В долгосрочных прогнозах даются анализ фактического положения дел за прошедший год и оценка эффективности проведенных защитных мероприятий. Сезонные прогнозы. Разрабатывают для динамичных объектов, развитие и распространение которых зависит от факторов среды и других условий. Краткосрочные прогнозы. Актуальны только для некоторых видов объектов. В зависимости от складывающейся ситуации обосновывают проведение защитных мероприятий, их сроки и виды. Краткосрочные прогнозы учитывают исходное состояние популяций, их вредоносность и экономические пороги вредоносности. 3. Составление фенологических календарей, климограмм и карт засоренности. На основании многолетних данных строят фенологические календари и Феноклимограммы развития вредных объектов. С учетом фенологических наблюдений устанавливают календарные сроки наступления стадий и фаз развития вредных организмов. Устанавливают и выявляют связи с культурными растениями, с одной стороны, и вредителями, болезнями и сорняками – с другой. На основании данных маршрутных обследований, фенологических наблюдений составляют карты засоренности. 4. Разработка моделей фитосанитарного состояния посевов и почвы. Модель представляет собой совокупность взаимосвязанных показателей, оценивающих состояние сельскохозяйственных культур на различных полях севооборотов по уровню засорения, повреждения вредителями и поражения болезнями согласно учетам. 449 5. Разработка предупредительных и истребительных мероприятий в системе защиты растений. 6. Составление годового плана проведения защитных мероприятий. Систему защиты растений уточняют ежегодно в связи с изменениями погодных условий, наличия материальных и финансовых средств в хозяйстве. 7. Расчет потребности в химических препаратах ведут по всем севооборотам и природным кормовым угодьям и периодам вегетации. 8. Расчет эффективности применения системы защиты растений. Эффективность системы защиты растений определяется по затратам энергии и финансовых средств на единицу продукции. 4.3.7. Система семеноводства Система семеноводства – это группа взаимосвязанных производственных единиц, обеспечивающих потребности сельскохозяйственных предприятий в сортовых семенах. Получение семян высокого качества зависит от уровня организации внутрихозяйственного семеноводства. Организация внутрихозяйственного семеноводства включает: планирование производства семян, технологии возделывания полевых культур на семена, сортовой и семенной контроль, послеуборочную обработку, хранение и подготовку семян к посеву, сортосмену и сортообновление. При планировании производства семян учитывают источники поступления семян, порядок сортосмены и сортообновления структуру посевных площадей, урожайность кондиционных семян, норму высева, создание основных, страховых и переходящих фондов семян, материально-техническое обеспечение семеноводства. При разработке технологии возделывания сельскохозяйственных культур на семена необходимо учитывать, что высокая насыщенность пестицидами и минеральными удобрениями, бессменная культура приводят к ухудшению всхожести и силы роста семян, а иногда и качества урожая. При выращивании высококачественных семян районированных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур осу450 ществляют сортовой контроль. Цель сортового контроля – установить соответствие посевов сорту, который значится в документах на высеянные семена, а также определить степень сортовой чистоты (типичности) и пригодности посева в целом на семена. Основной метод сортового контроля – полевая апробация, при которой кроме сортовой чистоты и типичности определяют засоренность посевов трудноотделимыми культурными и сорными растениями, устанавливают наличие карантинных, злостных и ядовитых сорняков, степень поражения посевов болезнями и повреждения вредителями, контролируют соблюдение технологии выращивания и ведение сортовой документации. Контроль за качеством семян бывает внутрихозяйственным и государственным. Внутрихозяйственный контроль проводят во время уборки, в момент поступления семян на ток, в период послеуборочной обработки и хранения. Государственный семенной контроль обеспечивает Государственная служба семенного контроля. Сортосмена предусматривает замену старых низкопродуктивных или низкокачественных сортов, выращиваемых в хозяйстве, новыми, а сортообновление – периодическую замену семян уже распространенных в производстве сортов низких репродукций более высокими. Основой обновления является элита. Срок сортообновления – раз в 4–6 лет. В идеале при плановом введении новых сортов в производство сортообновления быть не должно. Создание нового сорта должно проходить за период, в течение которого ухудшение сортовых качеств и урожайных свойств старого сорта достигает экономической значимости. Однако на практике постоянная сортосмена (через 4– 5 лет) пока невозможна. Обеспечение товарных посевов хозяйства семенами высокого качества – основная задача системы семеноводства хозяйства. Определение основных параметров системы семеноводства Основной целью семеноводства является массовое размножение сортовых семян с сохранением чистосортности и урожайных свойств. Организация внутрихозяйственного семеноводства включает расчет потребности и планирование источников поступле451 ния семян, порядок сортосмены и сортообновления, технологии возделывания полевых культур на семена и семенной контроль, послеуборочную обработку семян, создание основных страховых и переходящих фондов семян, хранение, реализацию, подготовку семян к посеву, организационно-экономическое обеспечение производства семян. Обоснование основных параметров внутрихозяйственного семеноводства осуществляют в следующей последовательности. 1. Расчет потребности хозяйства в семенах сельскохозяйственных культур с учетом страхового и переходящего фондов и площади семенного участка. Для этого для каждой культуры определяют репродукции семян, площадь товарного посева, норму высева. Страховые фонды для зерновых культур должны составлять 15 % картофеля – 30, переходящие для озимой ржи – 100 %. 2. Организация семеноводческих севооборотов. Под семеноводческие севообороты желательно отводить земли первой и второй агроэкологических групп, а также третьей группы с расположением на пологих склонах южной экспозиции. Кроме того, земельный участок семеноводческого севооборота должен располагаться не ближе 200 м от животноводческих ферм, автомагистралей, товарных посевов. Сельскохозяйственные культуры в семеноводческом севообороте размещают по наилучшим предшественникам, чтобы исключить поражение растений сорняками, болезнями, вредителями и улучшить минеральное питание растений. Примеры схем семеноводческих севооборотов: -пар занятый – озимые зерновые – картофель – яровые зерновые; -клевер 1-го г. п. – клевер 2-го г. п. – озимые зерновые – картофель – яровые зерновые с подсевом клевера; многолетние травы 1-го г. п. – многолетние травы 2-го г. п. озимые зерновые – горох (вика) – яровые зерновые с подсевом многолетних трав. По некоторым сельскохозяйственным культурам возможно получение семян в полевых севооборотах со сбалансирован452 ным минеральным питанием и интегрированной защитой растений. 3. Расчет производства семян нового сорта при проведении сортосмены. На начальных этапах размножения нового сорта можно обеспечить высокий коэффициент размножения, снижая нормы высева. 4. Порядок сортообновления. В процессе репродуцирования сорта происходит его постепенное ухудшение в результате механического, биологического засорения, расщепления и увеличения уровня заболеваемости. В связи с этим периодически возникает необходимость обновления семян сортов, используемых в хозяйстве. Основой обновления семян служит элита. Сортообновление может проводиться по мере надобности, исходя из данных апробации семенных посевов, или путем создания улучшенной элиты сортов. В первом случае объем элиты рассчитывают на основании сортообновления раз в 4-6 лет, во втором сортообновление оправдано в семеноводстве картофеля. 5. Обоснование перечня районированных и перспективных сортов сельскохозяйственных культур, возделываемых в хозяйстве. При выборе сорта обращают внимание наряду с урожайностью и качеством продукции на адаптационные свойства. продолжительность вегетации, устойчивость к болезням и вредителям, холодо- и морозоустойчивость, требования к уровню плодородия почвы. 6. Обоснование приемов повышения качества семян культур, по которым ведут семеноводство в хозяйстве. Среди них оптимальные сроки посева и уборки, проведение довсходового и послевсходового боронований, культивации, фитосанитарной прополки, применение пестицидов, регуляторов роста, подкормки минеральными удобрениями, апробация посевов, краевое обкашивание перед уборкой, послеуборочная обработка семян и др. 7. Разработка требований к условиям хранения семян различных культур. При этом обращают внимание на температурный режим в хранилищах и влажность воздуха, размер насыпи или партии затаренных семян и др. 453 Контрольные вопросы 1.Какие этапы выделяют при разработке систем земледелия? 2. Проектирование севооборотов? 3.Что понимается под терминами «обработка почвы» и «система обработки почвы»? 4. Назовите виды обработки почвы? 5.Что такое система удобрений? 6. Рассказать о гипсование и известкование почв? 7. Обоснование и составление систем защиты растений? 8. Определение основных параметров систем семеноводства? Раздел 4.4. ГИБКИЕ НАУКОЕМКИЕ СЕВООБОРОТЫ И ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР 4.4.1. Инновационные технологические системы Важнейшим интегратором в системе земледелия, обеспечивающим высокий эффект проявления синергизма и эмерджентности, является севооборот. Он в любой системе земледелия играет ключевую связующую роль между всеми её звеньями и, в частности, определяет направления специализации, соотношение культур, выбор технологических стратегий. Наши многолетние наблюдения и исследования показали, что ресурсный потенциал целинного земледелия отмобилизован не в полной мере. Одна из причин – это несовершенство схем вводимых севооборотов и нарушения чередования культур. Так, за прошедшие годы в крае были попытки освоения травопольных, зернопропашных, зернопаровых севооборотов с короткой ротацией (как правило, четырехпольных), но по организационным и погодным причинам их соблюдение не обеспечивалось и поныне остается проблематичным. Нарушения схем чередования ведут к бессменной культуре яровой пшеницы и одностороннему засорению полей. Исследования последних десятилетий позволяют сделать однозначные вы454 воды, что наиболее рационально возделывание: кукурузы на силос на бессменных хорошо и ежегодно удобряемых навозом участках; многолетних трав на постоянных участках с возделыванием их по новейшей энергоресурсосберегающей технологии; зерновых, кормовых и технических культур – в двухпольных звеньях (по опыту Т.С. Мальцева – сборное поле предшественников и поле яровой пшеницы) многопольных плодосменных севооборотов. При этом важнейшим условием успеха, как показали наблюдения в базовых хозяйствах, является освоение гибких наукоемких технологий возделывания сельхозкультур в плодосменных севооборотах. Здесь предлагаются наиболее эффективные варианты возможных и проверенных технологий бессменного возделывания кукурузы и многолетних трав, а также яровой пшеницы и её предшественников в двухпольных звеньях. Проект 1. Гибкая наукоемкая технология возделывания многолетних трав и их смесей на сено и сенаж в районах проявления засухи и эрозии почв. Основные отличия от зональных технологий: - летний беспокровный посев; - один раз в 2-3 года уборка на семена с одновременным самообсеменением участка; - послеуборочное рыхление почвы боронами БИГ-3 с предварительным разбрасыванием туков; - уборка в фазу созревания при средней влажности массы 60-70% на травяной силос и 50-60% – на сенаж прямым комбайнированием; - разделка пласта по истечении срока эксплуатации (6-8 лет) почвозащитными орудиями; - продолжительность пользования не менее семи лет при нарастающей продуктивности; - выход кормовых единиц с 1 га от 4,0 до 6,0 т и более. Это выше и дешевле, чем при возделывании по зональным технологиям в 1,5-2,0 раза и по примитивным – в 3-4 раза. Апробировано в СПК «Вперед» Зонального района, учхозе «Пригородное», СПК «Южное» и «Куйбышевское» Угловского района и других хозяйствах. 455 Проект 2. Гибкая наукоемкая технология возделывания раннеяровых кормосмесей на сенаж, зерносенаж и фураж в двухпольном звене плодосменного севооборота: первое поле – кормосмеси, второе поле – яровая пшеница. Основные отличия от зональных технологий: - сверхранний посев кормосмесей комбинированными агрегатами типа: а) почвообрабатывающий посевной агрегат ЭРА-П; б) культиватор «Смарагт» в агрегате с дисковой сеялкой СЗП-3,6; в) реконструированная сеялка СЗС-2,1; г) стерлитамакская сеялка – прямой посев; - варианты смесей: а) горох + овес (весовое соотношение семян 50 : 50, норма высева – не менее 220 кг на 1 га); б) горох (~ 80-120 кг/га) + овес (~ 50-70 кг/га) + ячмень (50-70 кг/га) + яровая пшеница (50-70 кг/га); - уборка (в зависимости от фазы спелости) на силос, зеленый корм (влажность массы 60-70 и до 80%), на сенаж (влажность 50-60%) и при влажности 45-55%, молочно-восковой спелости зерна на зерносенаж, а затем (при полной спелости зерна) – на фураж. Во всех вариантах – прямым комбайнированием. Преимущества: первое – урожай на 50-70% выше, чем в одновидовых и более поздних посевах; второе – нет необходимости в механических и химичских обработках посевов; третье – в целом ранняя уборка повышает выработку на комбайн и позволяет хорошо подготовить поле под посев яровой пшеницы. Минимальная технология возделывания яровой пшеницы по раннеяровым кормосмесям: - первое – раннеосеннее рыхление почвы боронами БИГ-3 в активном варианте, культиваторами типа «Смарагт», ОПТ-3-5, сеялками-культиваторами СЗС(-Л)-2,1, агрегатами ЭРА-П и др. на глубину до 14 см; - второе – посев в ранние сроки агрегатами ЭРА-П, серийными сеялками в агрегате с культиваторами и при необходимости в сочетании с последующей обработкой всходов гербицидами широкого спектра действия; 456 - третье – в зависимости от засоренности прямая или раздельная уборка с разбрасыванием соломы на мульчу; - четвертое – послеуборочное рыхление почвы почвозащитными культиваторами, боронами БИГ-3, БДТ-7, агрегатами ЭРА-П на глубину до 14 см. Выход кормовых единиц с 1 га посева смесей достигает 3,0-4,0 т и более, зерна яровой пшеницы – 1,5-3,0 т и более. Затраты на единицу продукции снижаются по сравнению с зональной технологией в 2-3 раза. Апробировано: в СПК «ГПЗ «Степной» Родинского района, СПК «ГПЗ «Победа» Кулундинского района, учхозе Каменского совхоза-техникума, СПК «Вперед» Зонального района, учхозе «Пригородное» и других хозяйствах края. Проект 3. Гибкая наукоемкая технология возделывания позднеяровых поливидовых кормосмесей на сенаж в двухпольном звене плодосменного севооборота: первое поле – кормосмеси, второе – яровая пшеница. Основные отличия от зональных технологий: В зональных технологиях рекомендуется возделывание однолетних трав на сенаж, кукурузы на силос, как правило, в чистом виде. Допускаются смешанные посевы двух-трех пропашных культур (соя, мальва, подсолнечник + кукуруза на силос). В предлагаемом проекте рекомендуются поливидовые многовариантные смеси на сенаж из злаковых, бобовых, крестоцветных, амарантовых, мальвовых, сложноцветных и других семейств и групп растений. Как правило, это мелкосемянные с малыми нормами высева, относительно коротким вегетационным периодом и мощной вегетативной массой растения. Их высевают в конце мая – начале июня и в конце июля – августе убирают на сенаж прямым комбайнированием. Предпосевная обработка почвы и посев выполняются агрегатами ЭРА-П или: а) обработка почвы – культиваторами, лущильниками (при необходимости – в два следа); б) посев – дисковыми сеялками СЗТ-3,6; СЗП-3,6 ведется вслед за культивацией. Посевы прикатываются кольчатыми катками. Уборка осуществляется кормоуборочными комбайнами напрямую при средней влажности вегетативной массы до 70%. 457 Влажность массы и соотношение компонентов обеспечиваются составом и соотношением соответствующих культур при посеве, а также выбором сроков уборки. Преимущества технологии в сравнении с возделыванием одновидовых посевов (например, проса кормового, суданской травы, рапса, амаранта, кукурузы, подсолнечника и др.): - прямо в посевах формируется полнорационная кормосмесь, в траншее идут ферментация и другие процессы, повышающие питательность и усвояемость кормов; - затраты на возделывание, закладку на хранение и скармливание значительно ниже; - более высокое качество корма обеспечивает более высокую продуктивность стада; потери кормов снижаются, оплата корма продукцией животноводства возрастает; - высокотехнологичная уборка позволяет без разрыва во времени вести осеннюю обработку почвы, которая выполняется как и в звене с раннеяровыми кормосмесями агрегатами ЭРА-П, почвозащитными культиваторами, дисковыми орудиями на глубину не более 14-18 см. Технология возделывания яровой пшеницы по позднеяровым мешанкам такая же, как и по ранним. Выход кормовых единиц с одного гектара посева смесей достигает 4-7 т и более, зерна яровой пшеницы – 1,5-3,0 т и более. Затраты на единицу продукции снижаются по сравнению с зональной технологией в 3-5 раз. Апробировано в СПК «Вперед» Зонального района, учхозах «Пригородное» (Барнаул) и «Тулинское» (Новосибирск) и других хозяйствах. Кстати, в «Тулинском» за три года работы по данной концепции надои поднялись с 4 до 7,5 тыс. л в год, урожай зерновых удвоился. Проект 4. Гибкая наукоемкая технология возделывания подсолнечника и яровой пшеницы в двухпольном звене плодосменного севооборота. Первое поле – подсолнечник, второе – яровая пшеница. Основные отличия от зональных технологий: - предпосевная обработка культиваторами в агрегате с боронами; 458 - посев подсолнечника в оптимальные сроки (15-25 мая) сеялкой точного высева с нормой высева 7 кг/га и междурядьями 45 см; - боронование после посева (не более 3 дней) и по всходам (на первой паре настоящих листьев). Преимущества: - можно избежать междурядной обработки посевов и обработки гербицидами; - затраты снижаются в 2-3 раза; - урожаи выше на 30-40%. Минимальная технология возделывания яровой пшеницы по подсолнечнику: - послеуборочное дискование стерни подсолнечника; - посев яровой пшеницы в ранние и средние сроки культиваторами СКСС-8,6 или дисковыми сеялками (СЗП-3,6) в агрегате с культиваторами; - обязательная обработка всходов гербицидами широкого спектра действия; - прямое комбайнирование с разбрасыванием соломы на мульчу; - послеуборочное рыхление почвы агрегатами ЭРА-П, культиваторами типа «Смарагт», дисковыми орудиями на глубину до 14-18 см. Технология возделывания яровой пшеницы по подсолнечнику такая же, как и по кормосмесям. Выход маслосемян подсолнечника в пределах 2,0-2,5 т/га и более, зерна яровой пшеницы –1,5-2,5 т/га и более (практически как по чистому пару). Затраты по сравнению с зональной технологией ниже в 2-3 раза. Апробировано в СПК «Огни» Павловского района, СПК «Совхоз «Кулундинский», фермерских хозяйствах Поспелихинского, Ключевского и других районов, учхозе «Пригородное». Возможен не менее эффективный вариант: ранняя яровая кормосмесь по подсолнечнику на зерносенаж. В этом варианте отпадает необходимость применения гербицидов. Проект 5. Гибкая наукоемкая технология возделывания гречихи и яровой пшеницы в двухпольном звене плодосменного севооборота. Первое поле гречиха, второе – яровая пшеница. Особенности возделывания гречихи: 459 - прямой посев агрегами ЭРА-П или второй вариант – предпосевная обработка почвы культиваторами в 2 следа и посев зерновыми сеялками СЗП-3,6 с последующим боронованием. Норма высева составляет 35 кг/га; - по всходам одно-два боронования; - раздельная уборка с разбрасыванием соломы на мульчу и последующая культивация поля на глубину до 14 см. Преимущества: - экономия затрат на семенах, гербицидных и междурядных обработках. Особенности возделывания яровой пшеницы по гречихе: - посев яровой пшеницы в средние сроки агрегатами ЭРАП или сеялками типа СЗЛ-2,1, СЗП-3,6 в агрегате с культиваторами и боронами; - обязательная обработка всходов гербицидами широкого спектра действия; - прямое комбайнирование с разбрасыванием соломы на мульчу; - послеуборочное рыхление почвы агрегатами ЭРА-П или культиваторами типа «Смарагт», ОПТ-3-5, дисковыми орудиями на глубину до 14-18 см. Выход зерна гречихи на 25-30% выше, чем по зональной технологии, зерна яровой пшеницы – на уровне 1,5-2,5 т/га и более (практически как по чистому пару). Затраты по сравнению с зональной технологией в 2-2,5 раза ниже. Апробировано в ОАО «Сорокинское» Заринского, СПК «Вперед» Зонального, СПК «Новообинцевское» Шелаболихинского районов, ОАО «Конезавод Алтайский» и в других хозяйствах края. Возможен вариант возделывания кормосмесей по гречихе без применения гербицидов. Проект 6. Гибкая наукоемкая технология ухода за парами и возделывания яровой пшеницы в двухпольном зернопаровом звене многопольного плодосменного севооборота. Первое поле чистый пар, второе –яровая пшеница. Основные отличия от зональных технологий парования: - обработанное с осени по минимальной технологии поле (мульчирование соломой + рыхление на глубину до 14-18 см) 460 весной не обрабатывается, а отдыхает до фазы начала цветения сорняков и без промедления обрабатывается агрегатами ЭРА-П. После подсыхания мульчирующей массы (до 8-10 дней) проводится повторная обработка боронами БДТ-7, лущильниками (по календарю это конец июня – начало июля). В случае отрастания сорняков во второй половине июля возможна третья поверхностная (или мелкая до 14 см) обработка почвы. Преимущества: - сокращается одна глубокая и 3-4 мелких обработки; - корневищные, корнеотпрысковые сорняки в плотной почве гибнут, а все семенные не успевают обсемениться. Тем самым достигается высокая очистка почвы от сорняков; - большая масса растительных остатков от сорняков обеспечивает хорошее мульчирование поверхности поля; - не распыленная чрезмерными обработками почва лучше противостоит эрозии, обеспечивает умеренную минерализацию органического вещества. Особенности технологии возделывания яровой пшеницы по паровым предшественникам: - посев в ранние сроки агрегатами ЭРА-П или СЗП-3,6 в агрегате с культиваторами или реконструированными сеялками СЗЛ-2,1; - боронование до и после всходов по необходимости; - уборка прямым комбайнированием с разбрасыванием соломы на мульчу; - послеуборочное мелкое (до 14 см) рыхление почвы боронами БИГ-3, агрегатами ЭРА-П или культиваторами типа «Смарагт». Урожаи зерна находится на уровне урожаев по чистому пару, обработанному по зональной технологии. Затраты в 2 раза ниже. Апробировано в СПК «Колыванское», СПК «Огни» Павловского, СПК «ГПЗ «Степной» Родинского, СПК ГПЗ «Победа»Кулундинского, фермерских хозяйствах Послелихинского, СПК «Искра» Топчихинского районов и в других хозяйствах. В целом необходимо подчеркнуть, что в основу предлагаемых моделей технологий возделывания полевых культур положены такие приемы, как: 461 - возделывание не отдельных кормовых культур, а полнорационных кормосмесей на сенаж и зерносенаж. Освоение однофазной уборки сенажной массы; - недопустимость размещения яровой пшеницы по яровой пшенице; - освоение двухпольных звеньев многопольных плодосменных севооборотов, где яровая пшеница размещается по зернобобовым, крупяным, техническим и кормовым культурам; - мульчирование полей соломой; минимализация обработки почвы; во всех полях севооборотов как обязательное условие успеха – мелкая ранняя с сохранением стерни зябь; - маневр сроками и способами сева, нормами высева, обеспечивающий в сочетании с правильно подобранными предшественниками и выборочным мелкодисперсным опрыскиванием угнетение и уничтожение сорняков. Нами разработан и успешно внедряется в базовых хозяйствах комплексный модульный проект, обеспечивающий повышение эффективности полеводства более чем в три раза. В проекте предлагаются новые подходы к формированию севооборотов, технологий возделывания культур в них. В проекте предлагается четыре варианта землепользования и севооборотов: два бессменных участка, 5 двухпольных звена в десятипольном зернокормовом плодосменном севообороте и 4 двухпольных в восьмипольном плодосменном севообороте по возделыванию крупяных, технических, зерновых и зернобобовых культур. Принципиальное отличие предлагаемого модуля от традиционных систем в том, что: вместо 4-польных зернопаровых вводятся многопольные плодосменные севообороты, в основе которых – двухпольные звенья, в которых в качестве предшественников яровой пшеницы выступают горох, овес, однолетние травосмеси на сенаж, гречиха, подсолнечник и другие культуры, обрабатываемые по специальной технологии, позволяющей рационально расходовать влагу и питательные вещества почвы, подавлять сорняки, болезни и вредителей при минимальных затратах удобрений, гербицидов и других ресурсов. Решающее условие структуры посевных площадей: не более 50% к пашне 462 должна занимать яровая пшеница. Ее повторные посевы не допустимы; - план размещения культур предельно прост: на полях, где были другие культуры, размещается яровая пшеница, а по пшенице эти культуры. На следующий год они меняются местами. В заключение необходимо обратить внимание на то, что все предлагаемые нами организационные и технологические решения менее затратны, чем в зональных технологиях советского периода, прошли производственную проверку, однако требуют строго соблюдения технологической дисциплины. Кажущаяся на первый взгляд простота решений обманчива. Без глубоких знаний теории и практики продукционного процесса в растениях теории и практики рационального использования ресурсов добро легко обратить во зло: вместо прибавок получить снижение урожаев. Простые (на первый взгляд) технологии носят глубокоинтегрированный характер. Их системное освоение позволяет включать в себя в качестве материальных ресурсов такие свойства систем, как синергизм и эмерджентность, то есть если грамотно действовать, то можно получать больше, чем вкладываем. Еще Аристотель определил системность как свойство, при реализации которого получаемое целое больше суммы составляющих его частей. Схемы севооборотов Однопольный севооборот № 1. Кукуруза на монокорм – 200 га (бессменно 8 лет). Выход: 4,0 т к.ед/га. Всего – 800 т к.ед. Однопольный севооборот № 2. Многолетняя травосмесь на зелёный корм, сенаж – 200 га (бессменно 8 лет). Выход: 3,0 т к.ед/га + 0,1 т/га семян. Всего = сена – 200 т к.ед., сенажа – 400 т к.ед., семян – 20,0 т физической массы. Двухпольные плодосменные звенья в десятипольном зернопаровом севообороте. Средний размер поля – 200 га. Общая площадь – 2000 га. 1-е звено: 1-е поле – горохоовсяная смесь на зерно –200 га. 2-е поле – яровая пшеница –200 га. 2-е звено: 3-е поле – однолетняя поздняя кормосмесь – 200 га. 4-е поле – яровая пшеница –200 га. 463 3-е звено: 5-е поле – горохоовсяная смесь на зерно – 200 га. 6-е поле – яровая пшеница –200 га. 4-е звено: 7-е поле – однолетняя поздняя кормосмесь –200 га. 8-е поле – яровая пшеница –200 га. 5-е звено: 9-е поле – однолетняя кормосмесь – 200 га. 10-е поле – яровая пшеница –200 га. Средний выход по севообороту -3,7 т к.ед./га. Всего с 2 тыс. га – 7400 т к.ед. Двухпольные плодосменные звенья восьмипольного севооборота по возделыванию крупяных, технических, зерновых и зернобобовых культур. Средний размер поля – 200 га. Общая площадь – 1600 га. 1-е звено: 1. Горохоовсяная смесь на зерно – 200 га. 2. Сахарная свёкла –200 га. 2-е звено: 3. Яровая пшеница твёрдых сортов – 200 га. 4. Гречиха –200 га. 3-е звено: 5. Горохоовсяная смесь на зерно – 200 га. 6. Яровая пшеница твёрдых сортов – 200 га. 4-е звено: 7. Горохоовсяная смесь на зерно – 200 га. 8. Подсолнечник на маслосемена –200 га. Средний выход по севообороту – 5,4 т к.ед/га. Всего с 1600 га – 8600 т 4.4.2. Пилотный модульный проект системы земледелия (автор д.с.-х.н., профессор Н.В. Яшутин) В настоящем проекте предполагаются новые подходы к формированию севооборотов, технологий возделывания культур в них, а также предложены некоторые наиболее эффективные решения с комментариями на примере инновационного модуля площадью 4 тыс. га. Начнем с комментариев. Первое. Решение современных проблем сельского хозяйства напрямую связано с объективной необходимостью повышения конкурентоспособности производства. Как показывает мировой опыт, это возможно только за счет освоения новых наукоемких приемов биологизации земледелия и минимализации обработки почвы. Экономико-биологическая сущность этих 464 приемов и технологий заключается в том, что в процессе производства обеспечивается решение триединой задачи: • сохранение и воспроизводство плодородия почвы и других природных ресурсов; • оптимизация условий продуцирования растений; • снижение затрат на производство единицы продукции, повышение их окупаемости. В зернопроизводящих районах Западной Сибири в качестве лимитирующих факторов выступают дефицит влаги в почве, засоренность посевов, водная и ветровая эрозия. На их оптимизацию (нейтрализацию) и направлены меры в энергоресурсосберегающем земледелии. Второе. Настоящий пилотный проект системного освоения гибких наукоемких технологий в земледелии разработан на основе полученных в производственных опытах показателей эффективности приемов биологизации севооборотов и минимализации обработки почвы. Он может быть определенным методическим и организационным пособием в практической работе руководителей и специалистов сельскохозяйственного предприятия. В нем заложены оригинальные авторские решения (ноухау) по сочетанию культур в двухпольных звеньях плодосменных севооборотов и агроценозах, адаптации к условиям среды технико-технологических комплексов, учету современных организационно-правовых и экономических норм. Третье. В проекте предлагаются четыре варианта землепользования и севооборотов: два бессменных участка, 5 двухпольных звеньев в десятипольном зернокормовом плодосменном, и 4 двухпольных в восьмипольном плодосменном севообороте по возделыванию крупяных, технических, зерновых и зернобобовых культур. Принципиальное отличие предлагаемого модуля от традиционных систем состоит в том, что: - вместо 4-польных зернопаровых вводятся многопольные плодосменные севообороты, в основе которых лежат двухпольные звенья. В них в качестве предшественников яровой пшеницы выступают горох, овес, однолетние травосмеси на сенаж, гречиха, подсолнечник и другие предшественники, обрабатываемые по специальной технологии, позволяющей рационально 465 расходовать влагу и питательные вещества почвы, подавлять сорняки, болезни и вредителей при минимальных затратах удобрений, гербицидов и других ресурсов. Таким образом, решающее условие структуры посевных площадей состоит в том, что не более 50% к пашне занимает яровая пшеница. Ее повторные посевы недопустимы; - отдельные культуры (кукуруза, многолетние травы) при освоении наших технологий могут возделываться с нарастающей продуктивностью до 10 и более лет на бессменных участках; - план размещения культур предельно прост: на полях, где были другие культуры, размещается яровая пшеница, а по пшенице – эти культуры, на следующий год они меняются местами. Четвертое. Нормы выработки, расхода горючего и оплаты труда в значительной мере отличаются от зональных типовых нормативов, потому что в проекте предлагаются более совершенные, более производительные орудия, выполняющие несколько технологических операций за один проход. Предлагаемые расценки значительно выше нормативных, потому что требуется более квалифицированная, более ответственная и качественная работа. Наиболее рациональной формой организации, исключающей обезличку, является звеньевая, бригадная, при которой за трудовым коллективом закрепляется необходимая для реализации производственной программы земля, техника, помещения, другие ресурсы. На период полевых работ могут создаваться посевные, уборочно-транспортные звенья. До каждого из них доводится конкретное задание. Оплата труда организуется на принципах сдельщика с повременным авансированием. Причем авансирование ведется только за фактически выполненные объемы работ, поделенные на норму выработки. Такой расчет человеко-часов стимулирует производительный труд, а не поденщину. Оплата человеко-часа должна быть не менее чем на 40% выше тарифной и может достигать на механизированных работах 100 и более рублей. Ее можно дифференцировать в зависимости от качества выполнения работ: при высоком качестве повышать на 10-15%, при низ466 ком – соответственно, понижать (при несущественных отступлениях от агротребований – на 10-15%, при существенных – на 50% и более). По состоянию посевов при их приемке могут быть назначены и выданы премиальные: при оценке «отлично» – до 100% от полученного аванса, при оценке «хорошо» – до 50%. Оценка «удовлетворительно» права на премиальные не дает, а также возможно наложение административного взыскания, которое влечет за собой и лишение премий по итогам года (в пределах забракованных объемов). На уборочно-транспортных работах звено может премироваться за намолот (сбор массы) в пределах 0,1% натурой или деньгами в пересчете по себестоимости. По итогам хозяйственного года премируются все работники звена или бригады из расчета до 25% прибыли (выручка минус затраты). При этом премиальная сумма делится на суммарную фактическую зарплату по звену. Полученная цифра и определяет размер премии на каждый заработанный рубль каждым работником. Размеры натурального поощрения всех работников хозяйства определяются коллективным договором администрации с коллективом, в установленном законом порядке. Пятое. Модуль обеспечит проектную эффективность только при условии строгого соблюдения всех без исключения параметров технологий на основе их оптимальных взаимодействий в процессе продуцирования растений. Для иллюстрации приводим схемы и ротационные таблицы разных вариантов гибких плодосменных звеньев севооборотов севооборотов и бессменно возделываемых культур. № 1. Кукуруза на монокорм – 200 га (бессменно 8 лет). Выход ≈ 4,0 т к.ед/га. Всего 800 т к.ед. № 2. Многолетняя травосмесь на зеленый корм, сенаж – 200 га (бессменно 8 лет). Выход: 3,0 т к.ед/га + 0,1 т/га семян. Всего = сена – 200 т к.ед., сенажа – 400 т к.ед., семян – 20,0 т физической массы. Двухпольные плодосменные звенья в десятипольном зернопаровом севообороте. Средний размер поля – 200 га. Общая площадь – 2000 га. 467 1-е звено: 1 поле – горохоовсяная смесь на зерно – 200 га. 2 поле – яровая пшеница – 200 га 2-е звено: 3 поле – однолетняя поздняя кормосмесь – 200 га. 4 поле – яровая пшеница – 200 га 3-е звено: 5 поле – горохо-овсяная смесь на зерно – 200 га. 6 поле – яровая пшеница – 200 га 4-е звено: 7 поле – однолетняя поздняя кормосмесь – 200 га. 8 поле – яровая пшеница – 200 га 5-е звено: 9 поле – однолетняя ранняя кормосмесь – 200 га. 10 поле – яровая пшеница – 200 га Средний выход по севообороту 3,7 т к.ед/га. Всего с 2 тыс. га – 7400 т к.ед. Двухпольные плодосменные звенья восьмипольного севооборота по возделыванию крупяных, технических, зерновых и зернобобовых культур. Средний размер поля – 200 га. Общая площадь – 1600 га. 1-е звено: 1) горохо-овсяная смесь на зерно – 200 га. 2) сахарная свекла – 200 га 2-е звено: 3) яровая пшеница твердых сортов – 200 га. 4) гречиха – 200 га 3-е звено: 5) горохо-овсяная смесь на зерно – 200 га. 6) яровая пшеница твердых сортов – 200 га 4-е звено: 7) горохо-овсяная смесь на зерно – 200 га. 8) подсолнечник на маслосемена – 200 га Средний выход по севообороту 5,4 т к.ед/га. Всего с 1600 га – 8600 т к.ед. 468 Таблица 8 Ротационная таблица 10-польного зернокормового плодосменного севооборота (для хозяйств, специализирующихся на производстве зерна и мясо-молочной продукции) 469 Годы 1-й Поля 1. Горохоовес на зерно 2. Яровая пшеница 3. Поздняя кормосмесь 4. Яровая пшеница 5. Горохоовес на зерно 6. Яровая пшеница 7. Позняя кормосмесь 8. Яровая пшеница 9. Ранняя кормосмесь 10. Яровая пшеница 2-й 3-й 4-й 5-й 6-й 7-й 8-й 9-й 10-й Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Поздняя кормосмесь Яровая пшеница Ранняя кормосмесь Таблица 9 Ротационная таблица 8-польного зернокормового плодосменного севооборота (для хозяйств, специализирующихся на крупяных, технических, зерновых, зернобобовых культурах и их смесях) Годы 1-й Поля 1. Горохоовес на зерно 2. Сахарная свекла 3. Яровая пшеница 4. Гречиха 470 5. Горохоовес на зерно 6. Яровая пшеница 7. Горохоовес на зерно 8. Подсолнечник 2-й 3-й 4-й Сахарная свекла Яровая пшеница Яровая пшеница Гречиха Гречиха Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Подсолнечник Горохо-овес на зерно Гречиха Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Подсолнечник Горохо-овес на зерно Сахарная свекла Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Подсолнечник Горохо-овес на зерно Сахарная свекла Яровая пшеница 5-й 6-й 7-й 8-й Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Горохо-овес на зерно Подсолнечник Горохо-овес на зерно Сахарная свекла Яровая пшеница Подсолнечник Горохо-овес на зерно Сахарная свекла Яровая пшеница Гречиха Подсолнечник Горохо-овес на зерно Сахарная свекла Яровая пшеница Гречиха Горохо-овес на зерно Подсолнечник Горохо-овес на зерно Сахарная свекла Яровая пшеница Гречиха Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Возможные схемы звеньев севооборотов с озимой рожью: 1-й вариант: черный пар озимая рожь 2-й вариант: горох озимая рожь 3-й вариант: черный пар озимая рожь озимая рожь яровая пшеница Гречиха Горохо-овес на зерно Яровая пшеница Горохо-овес на зерно Гибкие наукоемкие пооперационные технологии в севооборотах и их звеньях (автор – д. с.-х. н., профессор Н.В. Яшутин) Таблица 10 Технология № 1. Кукуруза на монокорм 200 га (по опыту ОПХ им. Докучаева) На бессменном прифермском участке (8 лет) Сорта: Коллективный 181 СВ, Порумбень 170 СВ и др. Норма высева – 30 кг/га № п/ п 1 Гибкие наукоемкие технологические операции Объем работ Вывозка и разбрасывание 10,0 тыс. навоза т Агротехническая норма Суточная производительность, га 50 т/га 20 471 2 Весновспашка 200 га На 18-20 см 9,5 3 Пунктирный посев 200 га 13,5 4 Боронование после посева 200 га 5 Боронование по всходам 200 га 6 Уборка 200 га Междурядье 45 см Скосом зуба вперед проросток менее 1 см На 3-4-м листе скосом зуба вперед Влажность массы 6065% Расход ГСМ Норма Затраты времени, Тип орудия всего, труда чел.-ч сроки на 1 га, кг т 15/IX1 РМГ 4 2 0,2 76,2 30/IX Плуг от10/V-20/V вальный, 15,5 3,1 231,9 борона 25/V-30/V «Оптима» 3,7 0,7 118,5 53 25/V-30V БЗС-1,0 1,5 0,3 30,2 53 1/VI-5/VI БЗС-1,0 1,5 0,3 30,2 16 10/IX15/IX КСК-100 10,3 2,1 125,0 Всего 6,7 612 Примечание. Планируемая урожайность 20,0 т/га зеленой массы. Выход монокорма не менее 12,0 т/га или 4,0 т к.ед. Всего – 800 т к.ед. В первый год перед весновспашкой необходимо убрать на мульчу и разбросать бурьянистую массу. Это можно сделать шредером или косилками-измельчителями типа КИР-1,5; КИК-3,0 Таблица 11 Технология № 2. Многолетние травы: участок 200 га (по опыту совхозов «Куйбышевский» и «Южный») Продолжительность бессменного возделывания – 8 лет. Состав смеси, кг/га: донник – 5, эспарцет – 50, люцерна – 5, кострец безостый – 20. Итого – 80 кг/га. № п/п Гибкие наукоемкие технологические операции Кошение, измельчение и разбрасывание бурьянистой массы 2 Лущение 3 Посев травосмесей Всего 1 472 1 Скашивание в валки 2 Обмолот валков 3 Разбрасывание туков 4 Обработка почвы Всего Объем работ, га Суточная производительность, га 1-й год Агротехническая норма 200 200 200 На 10-12 см На 3-5 см всего, т Затраты труда, чел.-ч 10,2 1,0 100 6,7 4,2 1,34 0,84 3,18 50 58 208 СК-6 4,2 0,42 47,0 Енисей 1 РМГ-4 БИГ-3А 5,9 2,1 2,8 0,59 0,21 0,28 1,5 48,5 13,6 19,0 128,1 Расход ГСМ Норма времени, сроки Тип орудия на 1 га, кг 20 10.VII-18.VII Шредер 21,9 27,5 10.VII-18.VII 10.VII-18.VII ЛДГ-15 СЗТ-3,6 Многолетние травы 2-й, 4-й, 6-й годы, ½ часть поля на семена Высота среза 100 17,0 15.VIII-30.VIII 18-20 см 100 16,5 20.VIII-30.VIII 100 0,5 т/га 58,8 1.IX-5.IX 100 42 1.IX-5.IX Многолетние травы 2-й, 4-й, 6-й годы, вторая ½ часть поля, убираемая на зеленую массу Высота среза 100 6,4 15.VII-20.VII КС-2,1 5,8 0,58 125,0 18-20 см 2 Разбрасывание азотно-фосфорных туков 100 0,3 т/га 58,8 1.IX-5.IX 1 РМГ-4 2,1 0,21 13,6 В пассивном 3 Обработка почвы 100 42 1.X-5.IX БИГ-3А 2,8 0,28 19,0 положении Всего 1,07 157,6 Технология разделки пласта 1 Лущение стерни 200 на 8-10 см 32 1.IX-5.IX ЛДГ-15 3,2 0,64 50,0 2 Плоскорезная обработка 200 на 18-20 см 16,8 3.IX-8.IX КПП-2,2 9,5 1,90 95,2 Всего 2,54 145,2 На восьмой год по состоянию травостоя или уборка с последующей разделкой пласта, или продолжение эксплуатации по вышеуказанной схеме. В 3-й, 5-й 7-й годы полуполя меняются местами: на первом полуполе технология начиняется с уборки на зеленую массу, на втором – с уборки на семена. Расчетный годовой выход: сенажа – 10 т/га, или 4000 т к.ед., смеси семян – 20-30 т и сена – по 5 т/ га 920 т к.ед.) = 200 т к.ед. 1 Уборка на корм Таблица 12 Технологии № 3 и 4. Первое и третье двухпольные звенья 10-польного плодосменного севооборота № 3. Горохо-овсяная смесь на зерно (1-е и 5-е поля – 400 га). Норма высева – 220 кг/га (в т.ч. горох – 100 кг, овес – 120 кг) № Гибкие наукоемкие технолоп/п гические операции Объем работ, га Агротехническая норма Суточная производительность, га Норма времени, сроки 400 Глубина 3-5 см 100 25.IV-30.IV Расход ГСМ на 1 га, всего, т кг Тип орудия Затраты труда, чел.-ч 2 Сверхранний посев комбинированными агрегатами Скашивание в валки 400 18,5 5.VIII-15.VIII а) СЗС-6,0 б) Смарагт + СЗП-3,6 Енисей 1200 3,8 1,52 173,0 3 Подбор и обмолот валков 400 10,2 10.VIII-20.VIII Енисей 1200 7,9 3,16 313,7 4 5 Стогование соломы Обработка почвы Всего 400 400 100 100 21.VIII-29.VIII 25.VIII-30.VIII Стогомет КТС-10-1 0,53 3,1 0,64 1,24 7,84 68,6 32,0 690,5 1 на 12-14 см 3,2 1,28 103,2 473 № 4. Яровая пшеница (2-е и 6-е поля – 400 га). Норма высева – 180 кг/га, сорт «Память Азиева» и другие № п/п Гибкие наукоемкие технологические операции Объем работ, га Агротехническая норма Суточная производительность, га Норма времени, сроки Глубина 3-5 см 37 10.V-15.V 16,8 25.VIII-30.VIII а) СЗС-6,0 б) «Смарагт»+ СЗП 3,6 Енисей 13,3 27.VIII-3.IX Енисей 1 Посев комбинированными агрегатами 400 2 Скашивание в валки 400 3 Обмолот волков 400 Измельчение и разбрасывание соломы На 16-18 см Тип орудия на 1 га, кг всего, т Затраты труда, чел.-ч 2,8 1,12 100,0 4,1 1,64 190,4 7 2,80 240 Расход ГСМ Обработка почвы 400 100 29.VIII-5.IX КТС-10-1 3,1 1,24 32 Всего 6,80 562,4 Примечание. Планируемая урожайность зерна горохо-овсянной смеси – 3,0 т/га, солома – 3,0 т/ га (1,5 т к.ед.). Всего 4,5 т к.ед. × 400 га = 1800 т к.ед. Зерна яровой пшеницы – 2,0 т/га (2,5 т к.ед.) Всего – 2,5 т к.ед. × 400 = 1000 т к.ед. Здесь и далее при посеве в первый год по бурьянистому перелогу растительные остатки прошлых лет убираются косилками типа КИР-1,5Б, шредерами. После обрабатывается на глубину 8-12 см КПО-4. 4 Таблица 13 Технологии № 5 и 6. Пятое двухпольное звено 10-польного плодосменного севооборота № 5. Однолетняя ранняя кормосмесь (поле № 9 200 га) Состав смеси, кг/га: горох – 120, овес – 70, ячмень – 70, яровая пшеница – 70. Итого – 330 кг/га № Гибкие наукоемкие техноп/п логические операции 1 Сверхранний посев комбинированными агрегатами Расход ГСМ Объем работ, га Агротехническая норма Суточная производительность, га Норма времени, сроки Тип орудия 200 Глубина 3-5 см 100 27.IV-30.IV 16 50 2 Уборка на сенаж 200 3 Обработка почвы 200 Напрямую при влажности массы 6575 % и менее На 12-14 см на 1 га, кг всего, т Затраты труда, чел.-ч а) КПО-4 + СЗП-3,6 б) СЗС-6,0 3,2 0,64 51,6 10.VIII-20.VIII КСК-100 10,3 2,06 100,0 20.VIII-25.VIII КТС-10-1 3,4 0,68 32 3,38 183,6 Итого 474 № 6. Яровая пшеница (поле № 10 – 200 га). Норма высева – 180 кг/га. Районированные сорта № Гибкие наукоемкие техноп/п логические операции Посев комбинированными агрегатами 2 Скашивание в валки 1 Объем работ, га Агротехническая норма Суточная производительность, га Норма времени, сроки 200 Глубина 3-5 см 37 10.V-15.V 200 3 Обмолот волков 200 Измельчение и разбрасывание соломы 4 Обработка почвы 200 На 16-18 см Расход ГСМ Тип орудия на 1 га, кг всего, т Затраты труда, чел.-ч 2,8 0,56 43,2 4,1 0,82 95,2 16,8 25.VIII-30.VIII а) СЗС 6,0 б) «Смарагт»+СЗП-3,6 Енисей 13,3 27.VIII-3.IX Енисей 7,0 1,40 120 31 29.VIII-5.IX КТС-10-1 3,7 0,74 51,6 3,52 310,0 Всего Планируемая урожайность кормосмеси 20,0 т/га (10 т к.ед.). Зерна яровой пшеницы – 2,0 т/га (2,5 т к.ед.). Всего – 2,5 × 200 т к.ед. Таблица 14 Технологии № 7, 8. Второе и четвертое поля двухпольного звена 10-польного плодосменного севооборота № 7. Однолетняя поздняя кормосмесь (3-е и 7-е поля – 400 га) Состав смеси, кг/га: подсолнечник – 5, рапс, редька масличная, горчица – 10, гречиха – 5, вика (соя, пелюшка) – 20, овес – 50, ячмень – 50. Всего масса семян – 125 кг № Гибкие наукоемкие техноло- Объем Суточная произ- Норма времени, Агротехническая норма п/п гические операции работ, га водительность, га сроки Посев травосмеси 400 2 Прикатывание посевов 400 3 4 Уборка на сенаж Обработка почвы Итого 400 400 475 1 Не более 1-2 дней после посева Напрямую На 16-18 см Расход ГСМ Тип орудия на 1 га, кг всего, т 0,96 Затраты труда, чел.-ч 42 100 25.V-30.V СЗТ-3,6 2,4 100 25.V-30.V 3 ККШ-6А 1,4 0,56 42 40 82 15.VIII-25.VIII 18.VIII-28.VIII КСК-100 КПШ-9 10,3 3,9 4,12 1,56 7,2 200 50 334 № 8. Яровая пшеница (4-е и 8-е поля – 400 га). Норма высева – 180 кг. Районированные сорта № Гибкие наукоемкие техноло- Объем п/п гические операции работ, га Посев комбинированными агрегатами 2 Скашивание в валки 1 3 Обмолот валков 400 Агротехническая норма Глубина 3-5 см 400 Суточная произНорма времени, водительность, сроки га 100 100 Измельчение и разбрасывание соломы На 16-18 см Тип орудия а) СЗС-6,0 б) «Смарагт» + СЗП-3,6 25.VIII-30.VIII Енисей 10.V-15.V Затраты Расход ГСМ на 1 га, всего, труда, чел.-ч кг т 2,8 1,12 100 4,1 1,64 190,4 27.VIII-3.IX Енисей 7 2,80 240 4 Обработка почвы 400 100 29.VIII-5.IX Всего Планируемая урожайность: сенажной массы – 20,0 т/ га (8 т к.ед.). Всего – 8 т к.ед. × 200 = 1600 т к.ед. Зерна яровой пшеницы – 2,0 т/га (2,5 т к.ед.). Всего – 2,5 × 200 = 500 т к.ед. КПШ 9 3,7 1,48 7,04 32 562,4 400 100 Технология № 9. Горохо-овсяная смесь на зерно (1-е, 5-е и 7-е поля 8-польного севооборота – 600 га); см. технологию № 3 10-польного севооборота Планируемая урожайность зерносмеси – 3,0 т/га, соломы – 3,0 т/га (1,5 т к.ед.). Всего 4,5 т к.ед. × 600 га = 2700 т к.ед. 476 Технология № 10. Яровая пшеница твердых сортов (3-е и 6-е поля 8-польного севооборота – 400 га); см. технологию № 4 10-польного севооборота. Норма высева – 180 кг/га, сорт «Память Азиева» и др. Планируемая урожайность яровой твердой пшеницы – 3,0 т/га (4,0 т к.ед.). Всего 4 т к.ед. × 400 га = 1600 т к.ед. Таблица 15 Технология № 11. Гречиха на зерно (4-е поле 8-польного севооборота – 200 га). Норма высева – 35 кг/га № п/п Гибкие наукоемкие технологические операции Объем работ, га 1 Посев 200 2 Боронование послепосевное 200 3 Боронование по всходам 200 4 Скашивание в валки 200 5 6 7 Обмолот валков Уборка соломы Культивация почвы 200 200 200 Агротехническая норма Норма высева 35 кг/га, глубина заделки 3-5 см Зуб скосом вперед Зуб скосом вперед, 3-4 пары настоящих листьев При побурении 1/3 бобиков Сволакивание, скирдование На 12-14 см Суточная производительность, га Норма времени, сроки 100 3.VI-4.VI 100 Расход ГСМ Тип орудия на 1 га, всего, кг т Затраты труда, чел.-ч 2,8 0,56 40 5.VI-6.VI а) СЗС-6,0 б) «Смарагт» + СЗП-3,6 БЗСС-1,0 1,1 0,22 40 56,2 10.VI-11.VI БЗСС-1,0 1,8 0,36 40 36 5.IX-10.IX Енисей-1200 2,7 0,54 44 21 100 100 8.IX-15.IX 12.IX–15.IX 15.IX-20.IX Енисей-1200 Стогомет КТС-10-1 3,3 0,53 3,1 0,66 0,32 0,62 100 50 30 х 3,28 344 Всего Планируемая урожайность зерна – 1,5 т/га, или 4,5 т к.ед., солома – 3,0 т/га (1 т к.ед.). Всего – 5,5 т к.ед. × 200 = 1100 т к.ед. Таблица 16 Технология № 12. Сахарная свекла (2-е поле 8-польного севооборота – 200 га) Одноростковая, районированный сорт, семена инкрустированные Гибкие наукоемкие технологические операции Суточная Объем производи- Норма времеАгротехническая норма работ, га тельность, ни, сроки га Предпосевная культивация 200 Посев с удобрением в рядок 200 Прикатывание посевов Глубина 4-5 см Расход ГСМ Тип орудия на 1 га всего, т Затраты труда, чел.-ч 477 50 15.V-18.V Компактор 2,8 0,56 28,47 Глубина 3-4 см при скорости 4,5 км/ч 50 15.V-18.V ССТ-12 Б 2,8 0,56 67,23 200 В день посева 50 15.V-18.V 3ККШ-6А 1,1 0,28 26,67 Боронование до всходов 200 На 4-5-й день после посева, поперек сева 3,0-3,5 км/ч 100 20.V-22.V ЗБП-0,6 2,8 0,56 28,47 Шаровка при образовании рядков 200 Глубина 3-4 см 50 24.V-27.V УСМК-5,4 2,4 0,48 134,45 Химическая обработка 2-3 раза мелкодисперсным распылителем 200 Баковые смеси 100 При необходимости ОПШ-15 0,4 0,08 8,89 Формирование густоты 200 В фазу 1-й пары настоящих листьев 50 27.V-30.V УСМП-5,4 вдоль рядков 7 1,40 32,00 Разборка букетов 200 Вручную 50 1.VI-5.VI Вручную 50 Июль-август УСМК-5,4А 4,4 0,88 134,45 20 20.IX-5.X Свеклокомбайн 14,2 2,84 218,53 50 5.X-10.X ПЛП-6-35 12,2 2,44 130,08 10,08 835,91 Междурядное рыхление 3-4 раза 200 Уборка 200 Обработка почвы 200 Второе с подкормкой (N20P30K20 ) Способ поточно- перевалочный Отвальная Итого Планируемая урожайность – 20,0 т/га (10 т к.ед.). Выход всего – 10 × 200 = 2000 т к.ед. 26,67 Таблица 17 Технология № 13. Подсолнечник на маслосемена (8-е поле 8-польного севооборота – 200 га) Норма высева 40 тыс. растений на 1 га. Сорт Енисей, Флагман. Предшественник – горохо-овес на зерно Гибкие наукоемкие технологи- Объем ческие операции работ, га Агротехническая норма Суточная производительность, га Норма времени, сроки Тип с.-х. орудий Расход ГСМ на 1 га всего, т Затраты труда, чел.-ч 478 Предпосевная культивация 200 8-10 см 50 12.V-15.V «Смарагт» 3 0,6 42,1 Посев с междурядьями 45 см 200 5-7 см 50 12.V-15.V Сеялки точного высева 2,9 0,58 100 Прикатывание 200 Вслед за посевом 50 12.V-15.V 3ККШ-6А 1,4 0,28 18,4 200 Первое на 4-5 день после сева, второе на 1-й-2-й паре настоящих листьев 50 16.V-19.V БЗСС-1,0 1,1 0,22 81,6 200 50 22.V-25.V БЗСС-1,0 скосом вперед 2,8 0,56 28,5 Уборка прямым комбайнированием с измельчением и разбрасыванием стеблей 200 50 5.X-10.X Зерновой комбайн с приспособлением ПСП1,5, или 34-103А 7,0 1,4 44,4 Обработка почвы 200 50 10.X-15.X КПШ-5;9 3,9 0,78 53,3 4,42 368,3 Боронование до и по всходам 16-18 см Итого Планируемая урожайность маслосемян – 2 т/га (6 т к.ед.). Выход всего 6 т к.ед. × 200 = 1200 т к.ед. Таблица 18 Калькуляция затрат и выход продукции по полям севооборотов и культурам по модулю – 4000 га пашни 185,2 4. Яровая пшеница 1400 24,5 2100 5. Ранняя кормосмесь 200 3,3 190 6. Поздняя кормосмесь 7. Гречиха на зерно 8. Подсолнечник 400 200 200 7,0 3,3 4,4 375 344 368 9. Сахарная свекла Автоперевозка, т/км Итого Стоимость продукции, тыс. руб. 1852 кормоединиц, всего, т 20,4 сенажа, т 1000 соломы, сена, т 3. Горохо-овес на зерно зерна, т 612 200 сумма, тыс. руб. 6,7 7,6 цена 1 т, тыс. руб. 200 200 61,2 20,0 20 20 8 5 6 120 320 800 600 1380 семян 20 5000 800 1000 800 600 2400 1960 3000 3000 - 4500 13500 210,0 6,0 16,0 горох 100 овес 120 230 3200 - - 4000 12000 19,0 66 6 396 - - 4000 2000 6000 37,5 34,4 36,8 50 7 1,4 6 10 20 300 70 28 300 400 8000 - 3200 1100 1200 9600 3300 3600 6 20 120 - 600 Корнеплоды 4000 - 2000 6000 4140 6920 13800 19400 58200 200 10,0 836 83,6 438000 43,8 8760 876,0 4000 131,0 15637 1563,7 Всего затрат по модулю – сводный расчет: Расход ГСМ = всего 131 т, стоимость – 1965,0 тыс. руб. Амортизация – 3930,0 тыс. руб. Зарплата с начислениями – 3127,4 тыс. руб. Семена – 4140 тыс. руб. Итого затрат по проекту – 13162,0 тыс. руб. Накладные расходы 20% – 2632,0 тыс. руб. Всего: 15794 тыс. руб. Выход продукции – всего требуется семян, т чел.-ч 1. Кукуруза бессменно 2. Многолетняя травосмесь Затраты на семена сумма, тыс. руб. Расход ГСМ, всего, т 479 Севооборот, звено, поле Площадь, га Зарплата с начислениями 602,4 8600 + сах. св. 4000 Справка: Если всю продукцию направить на корма, то можно получить 1000 т мяса в убойном весе на сумму 100 млн руб., а затраты по модулю не превышают 16,0 млн руб. РАЗДЕЛ 4.5. ЭКОНОМИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЛИ И ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР (по Пупонину А.И., Захаренко А.В., 1998) При освоении энергосберегающих технологий необходимость анализа биоэнергетической эффективности севооборотов, технологий и отдельных приемов возделывания сельскохозяйственных культур имеют особую актуальность. Количественный учет, анализ и оптимизация энергетических потоков в земледелии дают основания для поиска перспективных, экологически безопасных технологий, обеспечивающих максимальное использование агрофитоценозами естественных потоков энергии для достижения высокой продуктивности, сохранения и повышения почвенного плодородия. С его помощью можно исследовать процессы, имеющие биологическую природу, оптимизировать изменение потоков вещества и энергии при достижении хозяйственной эффективности. Экономический анализ этого сделать не в состоянии. Система энергетических показателей в отличие от системы стоимостных показателей не нуждается в сведении к неизменным (при сопоставлении по времени) ценам, не зависит от курса валют, от информационных факторов и ценовых искажений пропорций. Расчет энергозатрат начинается с анализа технологической карты возделывания сельскохозяйственной культуры. На основе технологической карты составляется таблица, включающая в себя по всему перечню технологических операций показатели объема работ в физическом выражении, состав агрегата, осуществляющего выполнение операции, затраты труда и горючего. В соответствии с данными технологической карты и дополнительными нормативными материалами производится расчет энергетических затрат и их эффективности. Суммарные энергетические затраты на всю технологию возделывания сельскохозяйственной культуры (Ес) определяют480 ся суммой энергозатрат на выполнение отдельных технологических операций по формуле: Eс. = Е1 + E2 ... Еn, где Е1, E2, Еn – энергозатраты при выполнении 1, 2, ... n-ной технологической операции, МДж. По каждой технологической операции учитываются прямые и косвенные энергозатраты по формуле: ( ) ( ) ( ) E c = E1n + E1k + E n2 + E k2 + E nn + E kn , где E , E , E – прямые энергозатраты при выполнении 1, 2, … n-ной технологической операции, МДж; E1k , E k2 , E kn – косвенные энергозатраты при выполнении 1, 2, … n-ной технологической операции, МДж; или E1 = E nn + E kn , n 1 k 1 n n ∑( ) где n – число технологических операций; E nn – прямые энергозатраты при выполнении n-ной технологической операции, МДж; E kn – косвенные энергозатраты при выполнении n-ной технологической операции, МДж; В свою очередь, прямые энергозатраты при выполнении nной технологической операции ( E nn ) рассчитываются по формуле: Enn = Згn × Кгn + Зnт × Кnт + Зэn × Кэn , где Згn – затраты горючего при выполнении n-ной технологической операции, кг; З nт – затраты труда при выполнении n-ной технологической операции, чел.-ч; З эn – затраты электроэнергии при выполнении n-ной технологической операции, кВт-ч; К гn , К nт , К эn – энергетические эквиваленты горючего, затрат труда и электроэнергии при выполнении n-ной технологической операции, МДж/кг; МДж/чел.-ч; МДж/кВт-ч. 481 Косвенные энергозатраты материально-технических средств длительного функционирования (сельскохозяйственная техника, трактора и др.) представляют затраты энергии в расчете на единицу времени работы или на единицу объема выполненной работы (га, т и др.). Поэтому для расчета косвенных энергозатрат используется время работы, годовой загрузки, годовой выработки технических средств и соответствующий энергетический эквивалент, устанавливаемый исходя из затрат энергии на их изготовление. Косвенные энергозатраты при выполнении n-ной технологической операции ( E kn ) рассчитываются по формуле: E kn = Tno × K on + Tnm × K mn , где Tno – время работы движителя (трактора) при выполнении nной технологической операции, ч: Tnm – время работы сельскохозяйственной машины (орудия) при выполнении n-ной технологической операции, ч; K on , K mn – энергетические эквиваленты в расчете на 1 час работы движителя и сельскохозяйственной машины, МДж/час. Значения энергетических эквивалентов в расчете на 1 час работы тракторов и сельскохозяйственных машин представлены в таблице 65. Если при выполнении n-ной технологической операции используются материальные средства, энергосодержание которых переносится на продукцию, производимую в текущем году (удобрения, семена, пестициды, известь, поливная вода и др.), они суммируются с косвенными энергозатратами при выполнении данной технологической операции. Энергосодержание материальных средств, используемых на производство в текущем году (МДж), рассчитываются по формуле: д E ok n = Mn × Kм , где M дn – масса (объем) материальных средств при выполнении n-ной технологической операции, кг (м3); Км – энергетический эквивалент материальных средств, МДж/кг, МДж/м3. 482 Энергетические затраты на ремонт и техническое обслуживание сельскохозяйственных машин, тракторов, транспортных средств, электродвигателей определяются с учетом массы техники и уровня ее годовой загрузки. Энергозатраты на ремонт и техническое обслуживание, по обобщенным данным, составляют 10-15% от уровня прямых энергозатрат при выполнении технологических операций. Таким образом, суммарные энергозатраты при возделывании сельскохозяйственных культур включают в себя прямые энергозатраты, косвенные энергозатраты, энергосодержание материальных средств, используемых в текущем году, и энергозатраты на ремонт и техническое обслуживание. При расчете суммарных энергозатрат, значения затрат горючего, затрат труда, времени работы тракторов и сельскохозяйственных машин (орудий), массы (объема) материальных средств, используемых на производство в текущем году, извлекаются из технологических карт. Одним из основных критериев оценки энергетической эффективности возделывания сельскохозяйственных культур является коэффициент энергетической эффективности (Ке), который рассчитывается по формуле: Ке = Еу , Ее где Еу – энергосодержание урожая, МДж/га; Ее – суммарные энергозатраты на его производство, МДж/га. Для адекватной биоэнергетической оценки эффективности возделывания сельскохозяйственных культур рассчитываются коэффициенты использования посевами энергии фотосинтетически активной радиации (КФАР, %) и энергетической эффективности использования ФАР (Кефар, %) по формулам: Е K фар = у ×100; Е фар К фар = Е у − Ее Е фар 483 × 100, где Еу – энергосодержание биологического урожая, МДж/га; Ее – суммарные энергозатраты на всю технологию возделывания культуры, МДж/га; Ефар – энергия ФАР, приходящаяся на посевы за период вегетации, МДж/га. Биоэнергетическая оценка основных звеньев системы земледелия Севооборот. Для оценки энергетической эффективности севооборота необходимо знать продуктивность сельскохозяйственных культур и количество оставляемого в почве органического вещества в виде пожнивно-корневых остатков. Известно, что главным компонентом, определяющим биоэнергетический потенциал почвы, является гумус. Запасы энергии, сосредоточенные в гумусе, достигают 30-50×105 МДж/га в слое почвы 020 см. Поэтому для адекватной энергетической оценки севооборота необходимо знать вклад выращиваемых культур в баланс органического вещества почвы. Непосредственный вклад сельскохозяйственных культур в приходную часть баланса органического вещества оценивается по количеству и качеству пожнивно-корневых остатков, остающихся в почве и на ее поверхности после уборки урожая. По количеству оставляемого в почве органического вещества сельскохозяйственные культуры можно расположить в такой убывающей последовательности: для Нечерноземной зоны России – многолетние травы – кукуруза – озимые зерновые – яровые зерновые – зернобобовые – картофель; для ЦентральноЧерноземной зоны – многолетние травы – озимая пшеница – кукуруза – яровые зерновые – подсолнечник – зернобобовые – сахарная свекла. Количество растительных остатков, поступающих в почву, можно значительно увеличить за счет посева промежуточных культур, которые способствуют более эффективному использованию энергии ФАР агроценозами. Основными критериями, характеризующими биоэнергетическую эффективность севооборота, являются коэффициент ис484 пользования ФАР сельскохозяйственными культурами за ротацию севооборота, энергосодержание урожая культур, их пожнивно-корневых остатков, поступающих в почву, изменение энергосодержания гумуса за ротацию севооборота. Для определения энергосодержания основной (Ео, МДж/га) и побочной продукции (Еn МДж/га) сельскохозяйственных культур их урожаи (Уо, Уn, ц/га) умножаются на соответствующие энергетические эквиваленты ( К ео , K en , МДж/га): E o = У о × К ео , Е n = У n × K en . Значения энергетических эквивалентов основной и побочной продукции сельскохозяйственных культур приведены в таблице 19. Количество пожнивно-корневых остатков определяют в зависимости от урожайности основной продукции по уравнениям регрессии (табл. 66). Энергосодержание пожнивно-корневых остатков (Епко, МДж/га) определяется по формуле: Епко=Упко × Епко, где Упко – количество пожнивно-корневых остатков, остающихся в почве, ц/га; Епко – энергетический эквивалент пожнивно-корневых остатков, МДж/ц. Энергетические эквиваленты урожая сельскохозяйственных культур и пожнивно-корневых остатков определяются колориметрическим методом или берутся из справочной литературы. Энергетические эквиваленты пожнивно-корневых остатков сельскохозяйственных культур приводятся в таблице 61. Коэффициент использования энергии ФАР урожаем сельскохозяйственных культур определяется по формуле: K фар = Еу Е фар ×100. Для определения энергосодержания гумуса его запасы (т/га) умножают на энергетический эквивалент гумуса (23,045 ГДж/т). Например, на основании полученных А.П. Дробышевым (2008 г.) данных по возделыванию полевых культур в севообо485 ротах на опытном поле в учхозе АСХИ / АГАУ «Пригородное» за 1971-1985 гг., методических пособий и нормативных материалов сделаны расчеты энергетических затрат, выхода валовой энергии, коэффициентов энергетической эффективности и приращения валовой энергии по основной продукции. Установлено, что затраты совокупной энергии на 1 гектар площади при производстве зерновых культур в 1,5 раза выше, чем при возделывании кукурузы на силос, и в 15-20 раз больше, чем на многолетних травах. Применение дополнительных средств химизации приводит к значительному росту энергозатрат. Затраты совокупной энергии в посевах пшеницы по паровым предшественникам несколько выше за счет дополнительных обработок почвы, чистым парам в посевах яровой пшеницы получено самое высокое приращение валовой энергии и коэффициент энергетической эффективности (табл. 19). Применение минеральных удобрений снизило коэффициент на 0,06. Повторные посевы яровой пшеницы, особенно на неудобренном фоне, резко снизили эффективность использования солнечной энергии (до 1,74). Самые высокие коэффициенты энергетической эффективности получены на многолетних травах, где не требуется ежегодных больших энергетических затрат на обработку почвы (табл. 19). Промежуточное положение между яровой пшеницей и многолетними травами по этим показателям занимают кукуруза на силос (10,14) и однолетние травы (7,55). На кукурузе, особенно на фоне минеральных удобрений, получено и самое высокое приращение валовой энергии. Оно превышает посевы яровой пшеницы в 5-9 раз за счет затрат на семена пшеницы и в 2,52,6 раза – посевы многолетних трав. Разное сочетание изучаемых культур и их место в севооборотах дает возможность дать энергетическую оценку эффективности использования пашни. Наиболее высокими коэффициентами энергетической эффективности характеризуются севообороты без повторных посевов яровой пшеницы по непаровым предшественникам. Увеличение коэффициента энергетичечской эффективности по сравнению с севооборотами, где имеются повторные посевы яровой пшеницы до 2-3 лет и более высокое насыщение зерновыми, составило 0,16 в зернопаровом, 1,25 – в 486 Сумма накопленной энергии, МДж/га Коэффициент энергетической эффективности Приращение валовой энергии, МДж/га 1. Яровая пшеница: а) по чистому пару б) по чистому пару на фоне N50P50К50 в) по занятому пару г) по кукурузе д) по кукурузе на фоне N50P50K50 е) по пласту многолетних трав ж) по пшенице з) по пшенице на фоне N50P50K50 2. Кукуруза на силос Кукуруза на силос на фоне N50P50K50 3. Многолетние травы на сено: 1-го года пользования 2-го года пользования 4. Однолетние травы на сено Затраты совокупной энергии, МДж/га Вариант Урожайность, т/га зернопропашном, 1,61 – в зернотравянопропашном и 2,11 – в зернотравяном. При этом приращение валовой энергии возрастает в севооборотах с кукурузой на силос и с увеличением ее доли в севооборотах (табл. 20). Таблица 19 Энергетическая оценка возделывания полевых культур в зависимости от предшественника и фона удобрения (Дробышев А.П., 2008) 1,84 12568 30516 2,43 17948 2,12 14731 34970 2,37 20239 1,55 1,55 12707 11699 25568 25568 2,01 2,19 12861 13869 1,89 13862 31176 2,25 17314 1,57 11976 25897 2,16 13921 1.24 11742 20454 1,74 8712 1,70 14495 28042 1,93 13547 18,2 6998 70951 10,14 63953 24,0 9161 93562 10,21 84401 2,00 2,09 2,41 858 632 4813 29921 31267 36361 34,87 49,47 7,55 29063 30635 31548 Применение минеральных удобрений способствует росту коэффициента энергетической эффективности на всех полях зернопаропропашного севооборота за исключением паровой 487 Затраты совокупной энергии, МДж/га Сумма накопленной энергии, МДж/га Коэффициент энергетической эффективности Приращение валовой энергии, МДж/га 1. Зернопаротравяной 2. То же З. Зернопаропропашной 4. То же 5. 3ернопаропропашной на фоне NPK 6. То же 7. Зернотравянопропашной 8. То же 9. Пшеница бессменно 10. То же на фоне NPK % зерновых Севооборот Количество полей культуры яровой пшеницы по чистому пару. В целом по севообороту приращение валовой энергии от применения удобрений увеличилось на 3991 МДж/га, а в бессменных посевах яровой пшеницы – на 2620 МДж/га, т.е. в 1,5 раза энергетическая целесообразность применения удобрений в бессменных посевах ниже, чем в севооборотах. Таблица 20 Энергетическая оценка полевых севооборотов, бессменных посевов яровой пшеницы и применения удобрений (Дробышев А.П., 2008г.) 7 6 7 5 57,1 50,0 71,4 60,0 7414 6476 9667 8719 23375 23669 27670 30424 3,24 3,65 2,86 3,49 16161 17193 18003 21705 7 71,4 11606 35045 3,02 23439 5 7 5 1 1 60,0 57,1 40,0 100,0 100,0 10450 7983 6432 11742 13905 37880 32733 36721 17980 22763 3,62 4,10 5,71 1,53 1,64 27430 24750 30289 6238 8858 Таким образом, энергетическая оценка продуктивности и эффективности культур и основных видов полевых севооборотов позволяет оптимизировать изменения потоков вещества и энергии независимо от изменяющихся цен на продукцию и затрат на ее производство. Включение кормовых культур в севообороты, исключение повторных посевов зерновых и оптимизация питательного ре- 488 жима почвы обеспечивают значительный рост энергетической эффективности использования пашни. Система обработки почвы. Обработка почвы по уровню прямых энергозатрат является самым энергоемким элементом в современных системах земледелия. На ее проведение расходуется до 40% энергетических и до 25% трудовых затрат всего объема полевых работ при возделывании сельскохозяйственных культур [9]. Основные направления совершенствования систем обработки почвы определяются необходимостью разработки и внедрения энергосберегающих, адаптивно-ландшафтных технологий механической обработки. Современные интенсивные системы обработки в ряде случаев не соответствуют агроландшафтным условиям и не имеют достаточно убедительного агроэнергетического обоснования. В современном земледелии широкое распространение получают более экономичные приемы и технологии минимальной обработки почвы. Под минимальной понимают такую обработку почвы, при которой снижаются энергетические затраты в результате уменьшения числа, глубины и площади обработок, совмещения и выполнения нескольких технологических операций (рыхление, уплотнение почвы, внесение удобрений, посев и др.) в одном рабочем процессе. Необходимость минимализации обработки почвы обуславливается ее чрезмерным уплотнением и ухудшением свойств, а следовательно, и плодородия под действием тяжелых тракторов и сельскохозяйственных орудий, усилением эрозионных процессов из-за ускоренного разложения органического вещества почвы. Биоэнергетическая эффективность систем обработки оценивается по уровню энергозатрат на их проведение и влиянию на энергетический потенциал органического вещества почвы. Энергетическая оценка систем обработки включает в себя определение энергозатрат на проведение технологических операций основной и предпосевной обработки почвы. Для этого по каждой технологической операции рассчитываются прямые и косвенные энергозатраты с учетом состава почвообрабатывающих агрегатов. При расчетах пользуются формулами определе489 ния прямых и косвенных энергозатрат. Действие систем обработки на энергетический потенциал органического вещества определяется по изменению энергосодержания гумуса в пахотном слое в зависимости от их интенсивности и характера воздействия на почву. Система защиты растений. Химическая защита растений была и остается важнейшим резервом увеличения валовых сборов продукции растениеводства, а в ряде случаев – и единственным условием рентабельного ведения сельского хозяйства. При грамотном, экологически обоснованном применении гербицидов (рекомендуемые агротехнические сроки, оптимальные нормы, рациональная технология внесения) достигается высокая эффективность их регулирующего воздействия на сорный компонент агрофитоценоза. Система гербицидов в севообороте разрабатывается с учетом численности и видового состава сорного компонента агрофитоценоза. Для оценки энергетической эффективности мероприятий, регулирующих сорный компонент агрофитоценоза, используется принцип сопоставления полученного эффекта в результате их применения в виде энергетического эквивалента дополнительного урожая с учетом его качественных показателей, энергетических эквивалентов экономии материально-технических и трудовых ресурсов и энергетических затрат, связанных с осуществлением регулирующих мероприятий. Энергетическая оценка дополнительного урожая (прибавки урожая), полученного в результате проведения регулирующих мероприятий, выполняется в два этапа: - на первом этапе определяется дополнительный урожай, полученный в результате применения регулирующих мероприятий; - на втором этапе дополнительный урожай пересчитывается в энергетические единицы. Для оценки величины дополнительного урожая используется один из методов: - сопоставление урожайности культуры на полях с применением защитных мероприятий и аналогичных – (без способов защиты) мероприятий (контроль) в соответствии с требованиями методики полевого опыта; 490 - расчет дополнительного урожая с учетом фактических данных об исходной численности сорняков, их вредоносности, данных об эффективности защитных мероприятий и фактической урожайности на анализируемых полях в хозяйстве. Расчетные усредненные данные доли урожая основных сельскохозяйственных культур, полученного в результате проведения регулирующих мероприятий с технической эффективностью на уровне 80%, представлены в таблице 21. Таблица 21 Прибавка урожая от применения гербицидов при технической эффективности 80%, к общему урожаю (%) Культуры Зерновые Кукуруза на зерно Лен-долгунец (волокно) Свекла кормовая Подсолнечник Картофель Овощные культуры Плодовые Засоренность (х) слабая средняя сильная 6,7 12,6 17,0 8,3 15,6 21,9 7,4 14,8 21,3 3,4 16,9 25,3 6,5 12,3 17,4 5,7 13,0 19,4 6,0 14,7 23,1 6,3 15,2 24,0 Дополнительный урожай в результате применения регулирующих мероприятий (Ду, МДж/га) рассчитывается по формуле: Д у = У × к х × к1 , где У– фактический урожай, ц/га; кх – коэффициент, харктеризующий снижение урожая при засоренности посевов с баллом х; к1 – коэффициент эффективности, отражающий отношение фактического показателя технической эффективности к табличному. Энергосодержание дополнительного урожая (Дуэ, МДж/га) рассчитывают по формуле: Д уэ = к э × Д у , 491 где кэ – энергетический эквивалент 1 ц урожая основной продукции. Мдж/ц; Ду – дополнительный урожай, ц/га. Энергосодержание дополнительного урожая, полученного в результате применения гербицидов (Дуг, МДж/га), можно рассчитать по формуле: У × К у × Д г × Эф Д уг = ф , Э р ×100 где Уф – фактическая урожайность, ц/га; Ку – энергетический эквивалент 1 ц урожая, Мдж/га; Дг – доля урожая, полученного в результате применения гербицида, %; Эф– фактическая техническая эффективность применения гербицида, %; Эр – 80% (табличное значение технической эффективности применения гербицида). Пример. На посевах озимой пшеницы, характеризующихся средним уровнем засоренности, в результате применения гербицида симазин в норме 0,25 кг/га д.в. при технической эффективности препарата 50% (гибель 50% сорняков) получена урожайность 32 ц/гa. С учетом нормативных данных энергосодержание дополнительного урожая зерна озимой пшеницы в результате применения симазина составит: 32 ц / га × 1336 МДж / ц × 12,6% × 50% = 3367 МДж / га. Д уг = 80% × 100% Таким образом, применение симазина при данных условиях обеспечивает энергосодержание прибавки урожая от применения гербицида 3367 МДж/га. При расчете суммарных энергозатрат на применение гербицидов учитываются прямые и косвенные энергозатраты на их внесение, а также энергетические эквиваленты препаратов. Обобщающими показателями энергетической эффективности регулирующих мероприятий являются энергосодержание дополнительного урожая, совокупные энергетические затраты на их применение и коэффициент энергетической эффективности регулирующих мероприятий (Kэ), который определяется как отношение энергосодержания дополнительного урожая и энер492 гетического эквивалента экономии затрат на работу по уходу за культурами к суммарным энергозатратам на проведение регулирующих мероприятий: Д + Сэ К э = уэ , Зэ где Ду – энергосодержание дополнительного урожая, полученного в результате регулирующих мероприятий, МДж/га; Сэ – экономия энергозатрат на работах по уходу за посевами, уборке и доработке урожая, МДж/га; Зэ – суммарные энергозатраты на применение регулирующих мероприятий, МДж/га. Значение Кэ > 1 свидетельствует об энергетической эффективности регулирующих мероприятий. Более высокий коэффициент отражает их более высокую энергетическую эффективность. По обобщенным данным, экономия энергозатрат на работах по уходу за посевами, уборке и доработке урожая (Сэ) составляет 10-15% от уровня суммарных энергозатрат на применение гербицида. Система удобрения. Рациональная система удобрения должна обеспечивать воспроизводство плодородия почвы, повышение урожайности сельскохозяйственных культур, улучшение качества сельскохозяйственной продукции при условии сохранения экологического потенциала агрофитоценоза. Анализ структуры техногенных энергетических потоков свидетельствует, что на долю удобрений приходится до 50% от уровня суммарных энергозатрат на всю технологию возделывания сельскохозяйственных культур. При расчете суммарных энергозатрат на применение удобрений сначала учитывают энергосодержание самих удобрений (Еу, МДж/га) по формуле: Еу = Ну × Эу где Ну – норма применения удобрений, кг/га; Эу – энергетический эквивалент удобрений, МДж/га. Затем определяются прямые и косвенные энергозатраты на внесение удобрений по формулам: E nn = Згn × К гn + Зтn × К nт + Зэn × К эn ; 493 Ekn = Tno × K on + Tnm × K mn . При расчете совокупных энергозатрат энергосодержание удобрений суммируется с косвенными энергозатратами на их внесение. Действие удобрений на энергетический потенциал органического вещества почвы определяется по изменению энергосодержания гумуса в пахотном слое. В качестве примера приведем данные биоэнергетической оценки возделывания яровой пшеницы в зависимости от предшествующего вида пара и различных доз минеральных удобрений, полученные в исследованиях М.И. Мальцева (1997 г.) Исследования проводили на территории опытнопроизводственного хозяйства им. В.В.Докучаева, расположенного в Приобской природно-экономической зоне Алтайского края. В звене севооборота пар (чистый, занятый, сидеральный) – пшеница изучалась схема опыта с удобрениями: 1) P20; 2) N20P20; 3) P60; 4) N20P60; 5) N20P60K60; 6) N20P180K180; 7) N60P180K180 кг/га. Уровень удобрений по 5 варианту (N20P60K60) был определен как оптимальный, рассчитанный на получение урожая в зависимости от обеспеченности почвы продуктивной влагой и элементами минерального питания. Варианты 1-4 рассматривались как с недостатком того или иного элемента, варианты 6 и 7 – с избытком этих элементов. Минеральные удобрения: аммиачная селитра – 34%, двойной гранулированный суперфосфат – 46%, хлористый калий – 60% действующего вещества. В качестве парозанимающей культуры использовали рапс летнего срока посева. Совокупную антропогенную энергию, затраченную на возделывание яровой пшеницы включая затраты трудовых ресурсов, горюче-смазочных материалов, минеральных удобрений, пестицидов, сельхозмашин, электроэнергии и т.д., рассчитывали согласно применяемой технологии выращивания пшеницы в условиях лесостепной зоны Алтайского края по нормативам, разработанным лабораторией экономики и информационных технологий АНИИСХ. Накопление энергии в хозяйственно-полезной части урожая пшеницы и зеленой массы сиде494 рата, парозанимающей культуры, рассчитывали исходя из энергетических эквивалентов, предложенных И.С. Шатиловым, М.Н. Каюмовым (1975). Количество энергозатрат на подготовку парового поля (в МДж/га) составило: по чистому пару – 2435, по занятому пару – 3696, по сидеральному пару – 3526. Количество энергозатрат, связанных с применением минеральных удобрений, по вариантам опыта следующие: 1) P20 – 252 МДж/га; 2) N20P20 – 1988 МДж/га; 3) P60 – 756 МДж/га; 4) N20P60 – 2492 МДж/га; 5) N20P60K60 – 2990 МДж/га; 6) N20P180K180 – 5498 МДж/га; 7) N60P180K180– 8970 МДж/га. Возделывание яровой пшеницы по чистому, занятому и сидеральному парам с применением исследуемых доз минеральных удобрений требует затрат энергии (табл. 22). Таблица 22 Количество совокупной энергии, затраченной на производство яровой пшеницы, в зависимости от вида пара и доз минеральных удобрений, МДж/га (Мальцев М.И., 1997) Вариант P20 N20P20 P60 N20P60 N20P60K60 N20P180K180 N60P180K180 Чистый пар 16731 18467 17235 18971 19469 21977 25449 Занятый пар 17992 19728 18496 20232 20730 23238 26710 Сидеральный пар 17822 19558 18326 20062 20560 23068 26540 Расчеты показывают, что совокупные затраты энергии, необходимые для выращивания яровой пшеницы, по чистому пару несколько меньше, чем по занятому и сидеральному парам (соответственно, на 7,5 и 6,5%). Это обусловлено проведением дополнительных работ, связанных с посевом, уходом за посевом и уборкой парозанимающей культуры. Для того чтобы только компенсировать затраченную энергию на производство пшени495 цы, необходимо получать ее урожайность от 5 до 7 ц/га, в зависимости от предшественника и доз минеральных удобрений. Полученные коэффициенты энергетической эффективности производства яровой пшеницы в зависимости от вида предшествующего пара показывают достаточно высокую эффективность применяемой технологии. Так, энергия, содержащаяся в полученном урожае (зерно + солома) яровой пшеницы при уровне урожайности 17-22 ц/га больше энергии, вложенной в технологический процесс возделывания и уборки культуры по чистому пару в 4,9 раза, по занятому пару – в 3,6 и по сидеральному пару – в 3,7 раза. Необходимо отметить, что с учетом совокупной биоэнергии, полученной с единицы площади, использование занятого пара (рапс летнего срока посева) значительно увеличивает коэффициент энергетической эффективности гектара пашни и доводит его с 3,6 до 5,8. В среднем за годы проведения исследований получение продукции в виде зеленой массы парозанимающей культуры (на уровне 255 ц/га) сопровождалось формированием дополнительной биоэнергии в количестве 39317 МДж/га, что, например, равносильно содержанию энергии в пшенице при урожайности около 10 ц/га. Оставление же данного количества энергии в почве в виде зеленого удобрения является хорошим источником пополнения почвенной биоэнергетики и служит одним из основных ресурсов стабилизации ее плодородия. Оценка эффективности изучаемых доз минеральных удобрений показывает, что с увеличением дозы минеральных удобрений отмечается рост прибавки урожая, но при этом коэффициент энергетической эффективности снижается. Это связано с большими энергетическими затратами на производство и применение минеральных удобрений, в особенности азотных туков. Так, по сопоставимым затратам на производство только 1 кг минерального азота требуется затратить энергии, содержащейся в 2,4 кг зерна пшеницы. Наибольшее значение отношения энергии, полученной в прибавке урожая, к антропогенным нагрузкам, связанным с применением минеральных удобрений, получены на вариантах N20P20 и N20P60K60, соответственно, 2,3 и 2,2 – по чистому пару; 496 3 4 5 6 7 Урожайность, ц/га 2 Приходящая на посевы ФАР, ×106 МДж/га 1 Система обработки почвы Засоренность посевов 1 Культура Содержание гумуса в слое почвы 0-20 см Вариант 3,5 и 2,4 – по занятому пару; 3,3 и 3,1 – по сидеральному пару. Это говорит о большей эффективности этих доз удобрений из числа изучаемых. Таблица 23 Задания по энергетической оценке основных звеньев системы земледелия 2 Вико-овсяная смесь Озимая пшеница Картофель Картофель Кукуруза на силос Яровая пшеница Вико-овсяная смесь Озимая пшеница Картофель Горох Озимая рожь Картофель Ячмень Вико-овсяная смесь Озимая рожь Озимая пшеница Картофель Овес Озимая пшеница Картофель Ячмень 3 Традиционная Комбинированная Поверхностная Традиционная Поверхностная Комбинированная Поверхностная Традиционная Комбинированная Традиционная Поверхностная Комбинированная Поверхностная Традиционная Комбинированная Поверхностная Традиционная Комбинированная Комбинированная Поверхностная Традиционная 4 1,78 1,82 1,75 1,59 1,61 1,59 1,43 1,50 1,46 1,29 1,33 1,31 1,18 1,20 1,23 1,08 1,10 1,14 1,92 1,95 1,90 5 Слабая Сильная Средняя Сильная Слабая Средняя Средняя Средняя Сильная Слабая Средняя Сильная Сильная Сильная Слабая Слабая Сильная Средняя Сильная Сильная Средняя 6 5,9 11,3 9,2 10,7 9,3 10,9 6,4 12,0 10,1 9,5 12,6 11,0 10,0 7,3 11,9 11,4 10,7 12,3 12,5 10,3 10,9 7 42 25 200 180 250 30 45 35 170 25 32 150 23 34 36 40 115 28 24 137 29 Исследования показали, что независимо от вида предшествующего пара наибольшая окупаемость минеральных удобрений на 1 кг действующего вещества зерна яровой пшеницы получена при использовании дозы N20P20. 497 Окупаемость зерном 1 кг действующего вещества туков составила по чистому пару 3,0 кг, по занятому – 4,5, по сидеральному – 4,3 кг. Варианты для энергетической оценки предшественников, системы обработки почвы, доз минеральных удобрений приведены в таблицах 23-30. Таблица 24 Система обработки почвы Обработка почвы Отвальная (традиционная) Поверхностная Комбинированная Зерновые, зернобобовые, однолетние бобово-злаковые смеси Основная 1. Лущение стерни на глубину 56 см; 2. Вспашка на 20-2,2 см 1. Боронование 2. Культивация на 6-8 см Предпосевная 3. Прикатывание 1. Лущение стерни на глубину 5-6 см; 2. Дискование на 5-6 см 1. Боронование 2. Фрезерование на 6-8 см 1. Лущение стерни на глубину 5-6 см; 2. Вспашка на 20-22 см – один раз в 3 года; в остальные годы – дискование на 5-6 см 1. Боронование 2. Фрезерование на 6-8 см (один paз в 3 года вместо фрезерования проводится культивация и прикатывание) Картофель, кукуруза, кормовые корнеплоды Основная Проводится аналогично основной обработке почвы под зерновые культуры 1. Боронование 1. Боронование 1. Боронование 2. Перепашка 2. Фрезерование 2. Фрезерование на 20-22 на 16-18 см На 20-22 см см (один раз в 3 года вмеПредпосевная 3. Культивация сто фрезерования провона 6-8 см дится перепашка, культи4. Прикатывание вация и прикатывание) 498 Таблица 25 Нормы применения удобрений Минеральные, кг/га д.в. N Р К 70 90 70 65 85 65 75 95 75 60 75 60 60 80 60 30 85 80 70 70 40 60 40 70 90 70 70 70 70 50 70 50 Культура Озимая пшеница Яровая пшеница Озимая рожь Ячмень Овес Горох Клевер Вико-овсяная смесь Кукуруза Картофель Кормовая свекла Навоз, т/га 30 30 15 Таблица 26 Энергетические затраты на механическую обработку почвы в звене севооборота Культура Агротехнический прием Состав агрегата двис.-х. житель орудие Энергозатраты, МДж/га прякосвенсуммармые ные ные 499 суммарные косвенные Энергозатраты, МДж/га прямые с.-х. машина Состав агрегата для внесения гербицида движитель препарата Норма применения гербицида, кг/га д.в. Способ и сроки применения Гербицид Засоренность посевов Культура Таблица 27 Энергетические затраты на применение гербицидов в звене севооборотов Коэффициент энергетической эффективности Экономия энергозатрат на работах по уходу за посевами, уборке и доработке урожая, МДж/га Суммарные энергозатраты на применение гербицида, МДж/га Энергосодержание прибавки урожая, МДж/га Культура Прибавка урожая от применения гербицида, ц/га Техническая эффективность применения гербицида, % Таблица 28 Оценка энергетической эффективности применения гербицидов в звене севооборота Таблица 29 Энергозатраты на применение удобрений в звене севооборота Энергосодержание удобрений, МДж/га Культура N P K навоз Состав агрегата для внесения удобрений движис.-х. тель машина Энергозатраты, МДж/га прякоссуммые венные марные Коэффициент использования ФАР Коэффициент энергетической эффективности использования ФАР Операция ФАР, приходящаяся на посевы, ×107 МДж/га основной продукции Энергосодержание урожая, МДж/га биологического на посев и уборку с.-х. культур на применение гербицидов на внесение удобрений всего Культура на обработку почвы Суммарные энергозатраты, МДж/га в том числе Изменение энергосодержания гумуса, ×105 МДж/га Таблица 30 Энергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в звене севооборота Примечание. 1. Суммарные энергозатраты на посев и уборку урожая сельскохозяйственных культур составляют 35% от суммарных энергозатрат на обработку почвы, внесение удобрений и применение гербицидов. 2. Энергосодержание гумуса: Эг = 23,045 × 30% содержания гумуса. 500 РАЗДЕЛ 4.6. ФОРМЫ ТАБЛИЦ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ ХОЗЯЙСТВА (разработаны д.с.-х.н., профессором Н.В. Яшутиным, 2006 г.) Далее приведены таблицы, ориентируясь на которые, можно проектировать системы земледелия (табл. 31-41). Таблица 31 Общие объемы освоения гибких наукоемких энергоресурсосберегающих технологий в хозяйстве Факт на По про01.01. Основные приемы технологии грамме текущего _____ г. года 1 2 3 1. Почвоводоохранная организация территории землепользования, га Обвалование и сполаживание растущих оврагов Поддерживание почвозащитных и полезащитных лесонасаждений в рабочем состоянии Строительство прудов, водоемов, орошаемых участков и других гидротехнических сооружений Залужение эродированных участков пашни Химическая и биологическая мелиорация солонцов и кислых почв Другие меры комплексного агрономического окультуривания полей 2. Размещение яровой пшеницы по предшественникам, га Чистый пар Горох Сахарная свекла Кукуруза Однолетние травосмеси Пласт многолетних трав Озимая рожь Яровые зерновые Другие предшественники 3. Биологизация парового поля, га Всего паров в т.ч. мульчированых соломой кулисных сидеральных обработанных гербицидами с минимальной обработкой почвы 501 Окончание табл. 31 1 2 3 4. Биологические, агротехнические и организационные приемы снижения затрат и повышения урожаев, га Разделка пласта многолетних трав дисковыми орудиями Осенняя обработка почвы бороной БИГ-3 Химпрополка технических и зерновых культур Обработка семян и посевов биостимуляторами Уборка зерновых культур прямым комбайнированием Сдваивание валков при косовице Скашивание зерновых культур на свал поперек посева Оборудование комбайнов стеблеподъемниками Мульчирование полей соломой Мелкая раннеосенняя обработка почвы вслед за уборкой на глубину до 12-14 см Обработка почвы на глубину заделки семян непосредственно перед посевом (разрыв не более 60 мин.) Посев комбинированными сеялками, сеялкамикультиваторами, посевными комплексами Прямой посев Снижение нормы высева при минимальных технологиях до 30% Боронование посевов до всходов Боронование посевов по всходам Обработка посевов инсектицидами Обработка посевов фунгицидами Локальное внесение минеральных удобрений Регулирование снеготаяния (в т.ч. с известкованием кислых почв) Внесение дешевого удобрения сульфата аммония Заринского завода «Алтай-кокс»: в физическом весе на площадь, га 502 Таблица 32 Система охраны окружающей среды Стоимость затрат Факти- По пров т.ч. отчисчески грамме общая ления на 1 год Мероприятия Подкормка озимых зерновых культур внекорневым способом, га Внесение удобрений при междурядных обработках, га Внесение удобрений сеялками в почву, га Комплексная система защиты растений от вредителей, болезней и сорняков: ультрамалообъемное и малообъемное опрыскивание с.-х. культур пестицидами, га краевые обработки, га ленточное внесение гербицидов, га биологический метод защиты растений открытый грунт, всего га сохранение полезной энтомофауны, закрытый грунт, м2 оборудование транспорта: пологами на перевозках пылящих и сыпучих грузов, шт.; искрогасителями машин и тракторов на уборке сена и хлебов, шт. оборудование опрыскивателей ветрозащитными щитками использование установок для получения биогаза на животноводческих фермах Объекты материально-технической базы химизации: склады емкостью, т пункты химизации, шт. взлетно-посадочные полосы, шт. растворные узлы, шт. Площадки и цехи компостов на фермах, шт. Обеспечение технического обслуживания специальными агрегатами ТО Сбор, очистка, повторное использование отработанных масел Организация звеньев и отрядов по защите растений всего, шт. 503 Необходимо приобрести, шт. 2 3 4 в т.ч. годовая амортизация Имеется, шт. 1 Стоимость, тыс. руб. всего Марка машины, ее реконструкция и агрегатирование Требуется, шт. Таблица 33 Техническое обеспечение инновационной программы 5 6 Машины и агрегаты для предпосевной обработки почвы и посева, шт. Культиватор дисковый КД-6,2 Посевной почвообрабатывающий комплекс (культиватор дисковый КД-7,2 в агрегате с двумя сеялками СЗП-3,6) Сеялка СЗС-2,1 и ее модификация с разбросным и ленточным севом Посевной почвообрабатывающий комплекс ППК-8,2; ППК-12,4 Пружинная борона Сеялка технических культур СТК-1 Сеялка-культиватор СКСС-3,6 Почвообрабатывающий выравнивающий агрегат ПАВ-6 Культиватор КТС-10-1-2; КПЭ-3,8 с регулировкой глубины хода, в агрегате с катками СибИМЭ или универсальными Катки СибИМЭ и универсальные для комплектации всех почвообрабатывающих и посевных агрегатов Машины для ухода за посевами, шт. Опрыскиватели ОПН-18 и другие Легкие и средние зубовые бороны марок Пропашные культиваторы 504 Окончание табл. 33 1 2 3 3 4 Машины, агрегаты для осенней обработки почвы, разделки пласта многолетних трав и уходов за парами Культиваторы КТС-10-1-2; КПЭ-3,8 в агрегате с катками СибИМЭ или универсальными Культиваторы дисковые КД-6,2; 7,2 5 Бороны игольчатые БИГ-3 Для разделки пласта мн. трав и сидератов в парах – лущильники ЛДГ-10; 15; дисковые бороны БДТ-7 Измельчение соломы и сидератов, измельчители-разбрасыватели навесные на комбайн, а также КИР-1,5; шредер-культиваторы и др. На солонцах, сильноэродированных, заплывающих почвах ОПТ-3-5; КПШ-5; КПШ-9 в агрегате с боронами БИГ-3 Уборочные машины, шт. Зерноуборочные комбайны Кормоуорочные комбайны Мехтока общей производительностью, т/час Сушилки зерновые СЗ-10; СЗ-12 Другие сельскохозяйственные машины, шт. Клин-снегоочиститель Машины для заготовки кормов Таблица 34 План укрепления материально-технической базы зернового хозяйства 505 объем в т.ч. годовая амортизация, тыс. руб. 1 Склады для хранения зерна, т В т.ч. склады для хранения семян, т Хранилища для семян картофеля, т Крытый ток с твердым покрытием, м2 Требуется Объект Имеется Построить (приобрести) 2 3 4 5 Окончание табл. 34 1 Сушильные установки для семенного зерна, т/ч Семяочистительный пункт, т/ч Семяочистительные машины, т/ч Пневматический сортировальный стол, т/ч Семяочистительная электромагнитная машина, т/ч Протравитель семян, т/ч Механизированные средства для погрузки зерна, шт.: зернопогрузчики зернометы ленточные транспортеры автокары Восстановление работоспособности мех. токов 2 3 4 5 Таблица 35 Организационно-экономические мероприятия по обеспечению освоения инновационной программы № I II III IV V VI Фактически Мероприятия Совершенствование форм организации труда: закрепление пашни за бригадами (звеньями), работающими по принципу коллективного подряда, га; внедрение полного хозрасчета в подразделения растениеводства, кол-во; премирование за высокие намолоты, своевременное и качественное выполнение работ, экономию ГСМ, руб. Система контроля за качеством и своевременностью выполнения полевых работ: ежемесячная, ежедневная приемка работ; наличие площадок для регулировки с.-х. машин, шт.; контрольный обмолот по каждому полю зерновых культур, га; присуждения полям знака качества, га Крупногрупповое использование техники Организация передвижных звеньев ТО Восстановление радиосвязи, диспетчерских служб Подготовка кадров: в вузах, чел.; в техникумах, чел.; в профтехучилищах, чел.; стажировка в передовых хозяйствах, чел; курсовая переподготовка кадров 506 По программе Таблица 36 Урожайность, валовые сборы и стоимость продукции растениеводства 507 5 6 7 8 9 стоимость 1 т продукции, руб. общая стоимость, тыс. руб. 4 По программе площадь, га урожайность, т/га валовый сбор, т 3 стоимость 1 т продукции, руб. общая стоимость, тыс. руб. валовый сбор, т 1 2 1. Зерновые, всего из них озимые зерновые озимая пшеница озимая рожь, тритикале Яровые зерновые, крупяные и зернобобовые в т.ч. яровая пшеница ячмень овес просо гречиха горох вика горох + овес зерносмеси 2. Технические и овощные культуры, всего в т.ч. лен-долгунец сахарная свекла подсолнечник картофель овощи 3. Кормовые культуры, всего в т.ч. кукуруза кормовые корнеплоды однолетние траво- и зерносенажные смеси многолетние травосмеси урожайность, т/га Культура площадь, га Средняя за последние 3 года 10 11 Окончание табл. 36 1 4. Промежуточные культуры на корм (донник, рапс) 5. Сенокосы: естественные улучшенные 6. Пастбища: естественные улучшенные 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Таблица 37 Затраты на производство продукции растениеводства всего затрат, тыс. руб. площадь, га затраты, руб/га всего затрат, тыс. руб. 1 1. Зерновые, всего из них озимые зерновые озимая пшеница озимая рожь, тритикале Яровые зерновые, крупяные и зернобобовые в т.ч. яровая пшеница ячмень овес просо гречиха горох вика горох + овес зерносмеси 2. Технические и овощные культуры, всего в т.ч. лен-долгунец сахарная свекла подсолнечник затраты, руб/га Культуры По проекту площадь, га Факт за последний год 2 3 4 5 6 7 508 Окончание табл. 37 1 2 3 4 5 6 7 картофель овощи 3. Кормовые культуры, всего в т.ч. кукуруза кормовые корнеплоды однолетние траво- и зерносенажные смеси многолетние травосмеси 4. Промежуточные культуры на корм (донник, рапс) 5. Сенокосы всего в т.ч. улучшенные 6. Пастбища, всего в т.ч. улучшенные Итого Таблица 38 Расчет максимально возможного выхода мясопродукции на полученные по программе корма Возможный объем производства мяса в натуре, на все в т к.ед. на 1 т к.ед. т корма 2 3 4 5 Валовой сбор Культура 1 1. Зерновые, всего из них озимые зерновые озимая пшеница озимая рожь, тритикале Яровые зерновые, крупяные и зернобобовые в т.ч. яровая пшеница ячмень овес просо гречиха горох вика горох + овес зерносмеси 509 Окончание табл. 38 1 2. Технические и овощные культуры, всего в т.ч. лен-долгунец сахарная свекла подсолнечник картофель овощи 3. Koрмовые культуры, всего в т.ч. кукуруза кормовые корнеплоды однолетние траво- и зерносенажные смеси многолетние травосмеси 4. Промежуточные культуры на корм (донник, рапс) 5. Сенокосы: естественные улучшенные 6. Пастбища: естественные улучшенные 2 3 4 5 Таблица 39 Расчет экономической эффективности инновационной программы Фактически за базовый период Показатель 1. Затраты на производство продукции растениеводства всего, тыс. руб. 2. Стоимость продукции растениеводства всего, тыс. руб. 3. Прибыль от реализации продукции растениеводства, тыс. руб. 4. Уровень рентабельности в целом по растениеводству, % Подписи: ________________________ Руководитель СПК ________________________ Гл. агроном ________________________ Гл. экономист ________________________ Научный консультант 510 По проекту Таблица 40 Нормативный расход кормов на единицу основных видов животноводческой продукции, к.ед. (справочно) Вид продукции Всего В т.ч. концентрированных Молоко 1,0 0,30 Говядина 8,0 2,54 Свинина 4,8 3,50 Баранина 7,2 2,70 Мясо птицы 2,5 2,30 Яйцо (на 10 яиц) 2,0 1,96 Примечание. Нормативы по затратам кормов на поголовье разных возрастных групп и продуктивность берутся из справочника зооинженера. Таблица 41 Среднее содержание к.ед. в 1 кг корма (справочно) Зерно пшеницы 1,1-1,3 Зерносмеси 1,0-1,3 Комбикорма 0,98 Травяная мука 0,65-0,85 Сенаж травяной 0,45-0,65 Зерносенаж 0,60-0,70 Сено 0,46-0,50 Солома 0,20 Силос травяной, кукурузный 0,25 Силос кукурузно-амарантовый 0,45-0,60 Картофель, корнеплоды 0,3-0,4 Зеленый корм 0,2 511 *** В заключение необходимо обратить внимание на то, что в целом направление биологизации севооборотов, формирования агрофитоценозов с высокой продуктивностью и устойчивостью, низкими затратами на механическую обработку почвы весьма перспективно. Оно может эффективно развиваться только на основе глубоких знаний о законах продуцирования растений, внимательном изучении и обобщении местного опыта оптимизации всех условий и факторов среды. Предлагаемые нами разработки позволяют при их творческом освоении получать существенные реальные прибавки урожаев, снижать производственные затраты. С этой точки зрения научные решения становятся товаром и нашим реальным даром работающим крестьянам. Однако не всякий поймет и сумеет правильно распорядиться полученными знаниями, многие секреты мастерства остаются между строк. При желании получить отдачу от предлагаемых решений и предельно уклониться от негативных результатов, необходимо найти возможность для творческого сотрудничества с нашей научной школой. Консультации по вопросам реализации конкретных положений проекта можно получить по адресу: 656910, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98 кафедра общего земледелия и защиты растений, кабинет № 305, тел. 8-385-2-62-64-30, e-mail: [email protected]. 512 20 513 2 Весновспашка 200 га На 18-20 см 9,5 3 Пунктирный посев 200 га Междурядье 45 см 13,5 4 Боронование после посева 200 га 5 Боронование по всходам 200 га 6 Уборка 200 га Скосом зуба вперёд проросток менее 1 см. На 3-4 листе скосом зуба вперёд Влажность массы 6065% 53 53 16 15/IX30/IX 10/V20/V 25/V30/V 25/V30V 1/VI5/VI 10/IX15/IX Затраты труда чел/час 50 т/га Тип орудия всего, т Вывозка и разбрасывание 10,0 тыс. т навоза Расход ГСМ на 1 га, кг 1 Норма времени, сроки № Гибкие наукоёмкие техно- Объём рап/п Агротехническая норма логические операции бот Суточная производительность, га Пооперационные технологии в севооборотах и их звеньях Технология №1 Кукуруза на монокорм 200 га. На бессменном прифермском участке (8 лет) Сорта: Коллективный 181 СВ, Порумбень 170 СВ и др. Норма высева 30 кг/га 1 РМГ 4 2 0,2 76,2 Плуг отвальный, борона 15,5 3,1 231,9 «Оптима» 3,7 0,7 118,5 БЗС-1,0 1,5 0,3 30,2 БЗС-1,0 1,5 0,3 30,2 10,3 2,1 125,0 КСК-100 Всего 6,7 612 Планируемая урожайность 20,0 т/га зелённой массы. Выход монокорма не менее 12,0 т/га или 4,0 т. к. ед. Всего = 800 т.к.е. Примечание. В первый год перед весновспашкой необходимо убрать на мульчу и разбросать бурьянистую массу. Это можно сделать шредером или косилками – измельчителями типа КИР – 1,5; КИК – 3,0 Технология № 2 Многолетние травы: участок 200 га, продолжительность бессменного возделывания – 8 лет. Состав смеси: донник – 5 кг/га, эспарцет – 50 кг/га, люцерна – 5 кг/га, кострец безостый – 20 кг/га. Итого 80 кг/га № Гибкие наукоёмкие технологические п/п операции Суточная Объём Агротехни- произво- Норма вреработ, ческая норма дитель- мени, сроки га ность, га 1-й год Расход ГСМ Тип орудия Затраты на 1 всего, труда чел/час га, кг т Кошение, измельчение и разбрасыва1,0 200 20 10VII-18 VII Шредер 10,2 ние бурьянистой массы 2 Лущение 200 На 10-12 см 21,9 10VII-18 VII ЛДГ-15 6,7 1,34 3 Посев травосмесей 200 На 3-5 см 27,5 10VII-18 VII СЗТ-3,6 4,2 0,84 Всего 3,18 Многолетние травы 2й ,4й , 6й года ½ часть поля на семена Высота среза 1 Скашивание в валки 100 4,2 0,42 17,0 15 VIII-30 VIII СК-6 18-20 см 2 Обмолот валков 100 16,5 20 VIII-30 VIII Енисей 5,9 0,59 3 Разбрасывание туков 100 0,5 т/га 58,8 1 IX-5 IX 1 РМГ-4 2,1 0,21 4 Обработка почвы 100 42 1 IX-5 IX БИГ-3А 2,8 0,28 Всего 1,5 Многолетние травы 2й ,4й , 6й вторая ½ часть поля, убираемая на зелёную массу Высота среза 6,4 15 VII-20 VII КС 2,1 1 Уборка на корм 100 5,8 0,58 18-20 см 2 Разбрасывание азотно-фосфорных туков 100 0,3 т/га 58,8 1 IX-5 IX 1 РМГ-4 2,1 0,21 В пассивном 3 Обработка почвы 100 42 1 IX-5 IX БИГ-3А 2,8 0,28 положении Всего 1,07 На восьмой год по состоянию травостоя или уборка с последующей разделкой пласта или продолжение эксплуатации шеуказанной схеме. 1 100 50 58 208 514 47,0 48,5 13,6 19,0 128,1 125,0 13,6 19,0 157,6 по вы- Технология разделки пласта № Гибкие наукоёмкие техно- Объём Агротехническая п/п логические операции работ, га норма 1 Лущение стерни 2 Плоскорезная обработка Всего 200 200 Суточная производительность, га Норма времени, сроки 32 16,8 1 IX-5 IX 3 IX-8 IX на 8-10 см на 18-20 см ЗатраРасход ГСМ ты труТип оруда дия на 1 га, всего, чел/час кг т ЛДГ-15 3,2 0,64 50,0 КПП-2,2 9,5 1,90 95,2 2,54 145,2 В 3-й, 5-й 7-й года полу поля меняются местами: на первом полуполе технология начиняется с уборки на зелёную массу, на втором с уборки на семена. Расчётный годовой выход: сенажа – 10 т/га или 1 т.т. (4000 т.к.е.). Смеси семян 20 – 30 т и сена по 5 т/ га 920 т.к.е.) = 200 т.к.е. 515 Технология № 3 и 4. Первое и третье двухпольные звенья 10-польного плодосменного севооборота. №3. Горохо-овсянная смесь на зерно (1-е и 5-е поля – 400 га) Норма высева 220 кг/га (в т.ч. горох 100 кг, овёс 120 кг) Гибкие наукоёмкие № технологические опеп/п рации Сверхранний посев 1 комбинированными агрегатами 2 Скашивание в валки Подбор и обмолот 3 валков 4 Стогование соломы 5 Обработка почвы Всего 100 25 IV-30 IV 400 га 18,5 5VIII-15 VIII Расход ГСМ Затраты Тип орудия на 1 га, всего, труда чел/час кг т а) СЗС-6,0 б) Смарагт + 3,2 1,28 103,2 СЗП-3,6 Енисей 1200 3,8 1,52 173,0 400 га 10,2 10VIII-20 VIII Енисей 1200 7,9 3,16 313,7 100 100 21 VIII-29 VIII 25VIII-30 VIII Стогомёт КТС 10-1 0,53 3,1 0,64 1,24 7,84 68,6 32,0 690,5 Суточная произОбъём АгротехничеНорма времени, водительность, работ ская норма сроки га 400 га 400 га 400 га Глубина 3-5 см на 12-14 см №4. Яровая пшеница (2е и 6 е поля – 400 га) Норма высева 180 кг, сорт « Память Азиева» и другие Гибкие наукоёмкие Объём Суточная проАгротехническая технологические работ, изводительнорма операции га ность, га 1 Посев комбиниро400 Глубина 3-5 см 37 ванными агрегатами № п/п 2 Скашивание в валки 400 3 Обмолот волков 400 4 Обработка почвы 400 Всего Измельчение и разбрасывание соломы На 16 – 18 см Норма времени, сроки Тип орудия Расход ГСМ Затраты на 1 га, Всего, труда чел/час кг т 2,8 1,12 100,0 16,8 25 VIII-30 VIII а) СЗС 6,0 б) «Смарагт» + СЗП 3,6 Енисей 4,1 1,64 190,4 13,3 27 VIII-3 IX Енисей 7 2,80 240 100 29 VIII – 5 IX КТС – 10 – 1 3,1 1,24 32 6,80 562,4 10V-15 V 516 Планируемая урожайность зерна горохо-овсянной смеси – 3,0 т/га, солома – 3,0 т/ га (1,5 т.к.е.) Всего 4,5 тк.е. х 400 га=1800 т.к.ед. Зерна яровой пшеницы – 2,0 т/га (2,5 т.к.ед) Всего 2,5 т.к. ед.х400=1000 т.к.ед. Примечание. Здесь и далее при посеве в первый год по бурьянистому прелогу растительные остатки прошлых лет убирается косилками типа КИР 1,5Б, Шредерами. После обрабатывается на глубину 8-12 см. КПО – 4. Технология №5 и №6. Пятое двухпольное звено 10-ти польного плодосменного севооборота №5. Однолетняя ранняя кормосмесь (поле №9 200 га) Состав смеси: горох – 120 кг/га овёс – 70 кг/га, ячмень – 70 кг/га, яровая пшеница 70 кг/га. Итого – 330 кг/га. № Гибкие наукоёмкие Объём п/п технологические работ, операции га Агротехническая норма Суточная Норма времени, производисроки тельность, га Тип орудия Расход ГСМ Затраты на 1 всего. т труда га, кг чел./ час 517 Сверхранний посев 1 комбинированными агрегатами 200 Глубина 3-5 см 100 27 IV-30 IV а) КПО 4 + СЗП 3,6 б) СЗС – 6,0 3,2 0,64 51,6 2 Уборка на сенаж 200 Напрямую при влажности массы 65-75 % и менее 16 10 VIII-20 VIII КСК – 100 10,3 2,06 100,0 3 Обработка почвы Итого 200 На 12 – 14 см 50 20VIII-25 VIII КТС – 10 – 1 3,4 0,68 3,38 32 183,6 №6. Яровая пшеница (поле № 10 – 200 га) Норма высева 180 кг. Районированные сорта. № Гибкие наукоёмкие п/п технологические операции 1 Посев комбинированными агрегатами Суточная Объём Агротехническая произво- Норма времеработ, дительнорма ни, сроки га ность, га 200 518 2 Скашивание в валки 200 3 Обмолот волков 200 4 Обработка почвы 200 Всего Глубина 3-5 см 37 а) СЗС 6,0 б) «Смарагт»+ СЗП 3,6 25 VIII – 30 Енисей VIII Енисей 27 VIII – 3 IX на 1 га, всего, т кг Затраты труда чел/час 2,8 0,56 43,2 4,1 0,82 95,2 7,0 1,40 120 3,7 0,74 51,6 10V – 15 V 16,8 Измельчение и разбрасывание соломы На 16 – 18 см Расход ГСМ Тип орудия 13,3 31 29 VIII – 5 IX КТС – 10 – 1 3,52 310,0 Планируемая урожайность кормосмеси 20,0 т га (10 т.к.е.) Зерна яровой пшеницы – 2,0 т/га(2,5т.к.е.) Всего 2,5 х 200 т.к.е. Технология № 7, 8 второе и четвёртое поле двухпольного зверна10- ти польного плодосменного севооборота. №7. Однолетняя поздняя кормосмесь (третье и седьмое поля – 400 га) Состав смеси: подсолнечник – 5 кг/га, рапс, редька масличная, горчица – 10 кг/га, гречиха – 5 кг/га, вика (соя, пелюшка) – 20 кг/га, овёс – 50 кг/га, ячмень – 50 кг/га. Всего масса семян 125 кг № п/п Гибкие наукоём- Объём Норма Агротехническая Суточная произвоТип кие технологиче- работ, времени, норма дительность, га орудия ские операции га сроки Расход ГСМ Затраты труда на 1 чел/час всего, т га, кг 519 1 Посев травосмеси 400 100 25 V-30 V СЗТ 3,6 2,4 0,96 42 2 Прикатывание посевов 3 Уборка на сенаж 400 Не более 1-2 дней после посева 400 На прямую 100 0,56 42 4,12 200 4 Обработка почвы 400 На 16 – 18см 82 25 V-30 V 3 ККШ 1,4 6А 15 VIII-25 КСК-100 10,3 VIII 18 VIII-28 КПШ – 9 3,9 VIII 1,56 50 7,2 334 Итого 40 №8 Яровая пшеница (4-е и 8-е поле – 400 га). Норма высева 180 кг. Районированные сорта. 520 Расход ГСМ № Гибкие наукоёмкие Объём Суточная Норма вреАгротехническая Тип оруп/ технологические работ, производи- мени, сронорма дия на 1 га, операции га тельность, га ки Всего, т кг 1 Посев комбиниро400 Глубина 3-5 см 100 10V – 15 V а) СЗС 2,8 1,12 ванными агрегата6,0 ми б) «Смарагт» +СЗП 3,6 4,1 1,64 2 Скашивание в вал400 100 25 VIII – 30 Енисей VIII ки 3 Обмолот волков 400 Измельчение и 100 27 VIII – 3 Енисей 7 2,80 разбрасывание IX соломы 4 Обработка почвы 400 На 16 – 18 см 100 29 VIII – 5 КПШ 9 3,7 1,48 IX Всего 7,04 Планируемая урожайность: сенажной массы 20,0 т/ га (8 т.к.е.) Всего 8 т.к.е. х 200 = 1600 т. к.е. Зерна яровой пшеницы – 2,0 т/га (2,5 т. к.е.) Всего 2,5 х 200 = 500 т. к.е. Затраты труда чел/час 100 190,4 240 32 562,4 Технология № 9. Горохо-овсянная смесь на зерно (первое, пятое и седьмое поля восьмипольного севооборота – 600 га). Смотри технологию № 3 десятипольного севооборота. Планируемая урожайность зерносмеси – 3,0 т/га соломы – 3,0 т/га (1,5т.к.е.) Всего 4,5 т.к.е. х 600 га =2700 т.к.е Технология №10. Яровая пшеница твердых сортов (третье и шестое поля восьмипольного севооборота 400 га). См. аналогично технологию №4 десятипольного севооборота. Сорт «Память Азиева» и другие. Планируемая урожайность твёрдой пшеницы – 3,0 т/га (4,0 т.к.е.) Всего 4 т.к.е. x 400 га = 1600 т.к.е. Технология №11. Гречиха на зерно (четвёртое поле восьмипольного севооборот – 200 га) Норма высева – 35 кг/га Гибкие наукоёмкие технологические операции 1 Посев № п/п 521 2 Боронование после посевное 3 Боронование по всходам 4 Скашивание в валки 5 Обмолот валков 6 Уборка соломы 7 Культивация почвы Всего Расход ГСМ Затраты Объём Суточная Агротехническая Норма вреработ, производиТип орудия на 1 всетруда норма мени, сроки га тельность, га га, кг го, т чел/часы 100 3VI-4 VI а) СЗС 6,0 2,8 0,56 200 га Норма высева 35 кг/га 40 глубина заделки 3-5 б) «Смарагт» см +СЗП 3,6 200 га Зуб скосом вперёд 100 5 VI-6 VI БЗСС 1,0 1,1 0,22 40 200 га Зуб скосом вперёд 3-4 настоящих листьев 200 га При побурении 1/3 бобиков 200 га 200 га Сволакивание, скирдование 200 га На 12 – 14 см 56,2 10 VI-11 VI 1,8 0,36 40 2,7 0,54 44 36 5 IX-10 IX БЗСС 1,0 Енисей 1200 21 100 8 IX-15 IX 12 IX-15 IX Енисей 1200 Стогомёт 3,3 0,53 0,66 0,32 100 50 100 15 IX-20 IX КТС – 10- 1 3,1 х 0,62 3,28 30 344 Планируемая урожайность зерна 1,5 т/га или 4,5 т.к.е. солома 3,0 т/га (1 т.к.е.). Всего 5,5 т.к.е. х 200 = 1100 т.к.е. Технология №12. Сахарная свёкла (второе поле восьмипольного севооборота – 200 га) Одноростковая, районированный сорт, семена инкрустированные. Норма высева 20 клубочков на 1 п. м. Предшественник – горохо-овёс. Урожайность 250 ц/га. Расстояние до 20 км. Гибкие науко- ОбъСроки Марки Норма Нормосмен Тариф за Оплата за АвтоГСМ ёмкие техноём выранорму объем транспорт логические работ, дата дни тр-ра машины ботки трак прицеп- тракто- при- трак- при- на 1 на на т/км руб. операции га тощик рист цеп- то- цеп- га, л весь сумрист щик рист щик объ- му ем, л 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 522 Боронование 200 25.04 ДТ- С-18 75 10 МТЗ- МЖТ-6 82 Подвоз воды 50 10.05 Опрыскивание гербицидами 200 10.05 4 Культивация 200 10.05 5 Подвоз семян 0,6 10.05 5 Засыпка и посев Подвоз воды 200 10.05 5 50 10.06 4 1-я хим. прополка Подвоз воды 200 10.06 2 50 25.06 2 5 79 - 200 - 600 - 2,6 520 12,5т 4 - 200 - 800 - 1,6 л/т 80 МТЗ- ОП 82 22.2500 50 4 4 200 150 800 600 1,1 220 МТЗ- УСМК82 5,4 УАЗ 16,6 12 - 200 - 2400 - - - - - - - - - - "Оптима" 16,6 12 12 200 1800 3,8 760 МЖТ-6 31,3 2 - 200 - 400 - 1,6 80 МЖТ-6 125 2 2 200 150 400 300 1,1 220 МЖТ-6 31,3 2 - 200 - 400 - 1,6 80 МТЗ82 МТЗ82 МТЗ82 МТЗ82 150 2400 600 523 1 2-я хим. прополка Междурядная культивация Подвоз воды 2 200 Опрыскивание инсектицидами Осветление ботвы Уборка корня 200 Погрузка 5000 16.0910.10 5000 16.0910.10 Вывозка 200 50 3 25.06 5 МТЗ82 15.07 10 МТЗ82 4 МТЗ82 июнь 2 МТЗ-июль 82 100 25.07 200 15.099.10 4 2 4 6 ОП 22.2500 УСМК5,4 МЖТ-6 ОП 22.2500 МТЗ- "Миксер" 82 СФ-20 "МАУС" КамАЗ 7 125 8 2 9 2 10 200 11 150 12 400 13 300 14 1,1 15 220 16.6 12 - 200 - 2400 - 3,2 640 31,3 2 - 200 - 400 - 1,6 80 125 2 2 200 150 400 300 1,1 220 25 4 - 200 - 800 - 20 20 - 200 - 4000 - 40 8000 600т 10 20 200 3000 0,3 1500 20 250 - - - 1,3 6500 Итого Стоимость удобрений 1 ц = 800 руб/га = 1.60000 руб 150 2000 - - 18600 6300 3 16 17 18 600 20320 15 100 руб/ 000 км Гибкие наукоёмкие технологические операции Объем работ, га Технологическая карта подготовки пара под сахарную свеклу 200 га. Расстояние до 20 км. Сроки Марки дата дни трактора машины Лущение Боронование 200 25.04 4 200 25.04 3 Т-150 ДТ-75 ЛДГ-15 С-18 Подвоз воды 50 13.07 2 МТЗ-80 МЖТ-6 524 Опрыскивание 200 11.01 2 MTЗ-80 ОП.22.2500 Норма Нормосмен Тариф за норму Оплата за объем ГСМ выра- трак- прицеп- тракто- при- трак- прицеп- на ботки тощик рист цеп- тощик 1 рист щик рист га, л 50 4 200 800 2,7 79 3 200 600 2.6 31.5 2 125 2 2 200 400 200 150 400 Автотранспорт на на т/км руб. весь сумобъ- му ему 540 520 1,6 80 300 1,1 220 Дискование 200 13.01 б К-700 БДТ-7 33 Б 200 1200 7,5 1500 Лущение 200 1.09 Т-150 ЛДГ-15 50 4 200 800 2,7 540 Культивация 200 15.09 10 МТЗ-80 УСМК-5,4 16,6 12 - 200 2400 Культивация Итого: 200 1.10 10 МТЗ-80 УСМК-5,4 16,6 12 - 200 2400 9000 4 Стоимость гербицидов 700 руб/га = 140000. 300 3 600 3 600 4600 Калькуляция затрат и выход продукции по полям севооборотов и культурам по модулю – 4000 га пашни Севооборот, звено, поле Площадь, га 1. Кукуруза бессменно 2. Многолетняя травосмесь 200 3. Горохо-овес на зерно 1000 4. Яровая пшеница 5. Ранняя кормосмесь 6. Поздняя кормосмесь 7. Гречиха на зерно 8. Подсолнечник 1400 200 400 200 200 525 9. Сахарная свекла Автоперевозка, т/км Итого 200 200 Расход Зарплата с начисл. Затраты на семена Выход продукции – всего Стоимость ГСМ сумма, требуется цена 1 т, сумма, зерна, соломы, сенажа, корм. ед. продукции, всего, т чел. час тыс. руб. семян, т. тыс. руб. тыс.руб. т сена, т т всего, т тыс. руб. 6,7 612 61,2 6,0 120 800 800 2400 семян 7,6 200 20,0 16,0 20 320 5000 1000 600 1960 20 горох 100 8 20,4 1852 185,2 800 600 3000 3000 4500 13500 овес 120 5 24,5 2100 210,0 230 6 1380 3200 4000 12000 190 19,0 66 6 396 4000 2000 6000 7,0 375 37,5 50 6 300 8000 3200 9600 344 34,4 7 10 70 300 600 1100 3300 4,4 368 36,8 1,4 20 28 400 1200 3600 корнеплоды 25 404 34,2 1,4 160 202 2000 6000 5000 438000 т/км 43,8 8760 876,0 4000 146,0 15189 1514,3 Всего затрат – сводный расчет: Расход ГСМ = всего 131 т., Стоимость – 1965,0 тыс. руб. Амортизация – 3930,0 тыс. руб. Зарплата с начислениями – 3 127,4 тыс. руб. Семена – 4140 тыс. руб. Итого затрат по проекту – 13162,0 тыс. руб. Накладные расходы 20% – 2632,0 тыс. руб. Всего: 15794 тыс. руб. 597,8 4222 6920 8600 + св. 5000 13800 19400 58200 Справочно: Если всю продукцию направить на корма, то можно получить 1000 т. мяса в убойном весе на сумму 100 млн руб., а затраты по модулю не превышают 16,0 млн руб. Библиографический список 1. Агроклиматические ресурсы Алтайского края. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 155 с. 1. Аллен Х.П. Прямой посев и минимальная обработка почвы / пер. с англ. М.Ф. Пушкаревой. М.: Агропромиздат, 1985. 208 с. 2. Андреев Н.Г. Луговое и полевое кормопроизводство: Учеб. для вузов по агроном. спец. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1989. 540 с. 3. Базаров К.И. Методические рекомендации по оценке топливно-энергетических затрат на выполнение механизированных процессов в растениеводстве. М.: ВАСХНИЛ, 1985. 33 с. 4. Балаур Н.С., Тетю А.В. Применение энергетического анализа для оценки эффективности технологий возделывания полевых культур. Кишинев: МолдНИИНТИ, 1983. 23 с. 5. Бараев А.И. и др. Почвозащитное земледелие. М.: Колос, 1975. 304 с. 6. Берзин А.М. Зональные особенности обработки почвы в Приенисейской Сибири. Красноярск, 2001. 191 с. 7. Булаткин Г.А. Эколого-энергетические аспекты продуктивности агроценозов. Пущино, 1986. 208 с. 8. Булаткин Г.А. Энергетическая эффективность применения удобрений в агроценозах: методические рекомендации. Пущино, 1983. 48 с. 9. Вильямс В.Р. Земледелие с основами почвоведения. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Сельхозгиз, 1939. 447 с. 10. Волков С.Н. Землеустройство: Экономикоматематические методы и модели. Т. 4. М.: Колос, 2001. 695 с. 11. Воробьев С. А. Теоретические основы обработки почв. М., 1958. 12. Ворожейкина Т.М., Игнатова В.Д. Логистика в АПК: учебное пособие для вузов. М.: Колос, 2005. 184 с. 13. Гладских А.И., Льянов Х.-М.М. Математико-статистическое моделирование в агробиологии. Целиноград, 1989. 85 с. 14. Жученко А.А., Афанасьев В.Н. Энергетический анализ в сельском хозяйстве. Кишинев, 1988. С. 45-53. 526 15. Заславский М.Н. Эрозиоведение. Основы противоэрозионного земледелия: учебн. для геогр. и почв. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1987. 376 с. 16. Захаренко В.А., Пупонин А.И., Захаренко А.В., Дебердеев К.Ш. Методика оценки энергетической эффективности применения средств защиты растений. М.: ВАСХНИЛ, 1991. 50 с. 17. Земледелие в Сибири: учебное пособие для студентов высших учебных заведений по агрономическим специальностям / под ред. Н.В. Яшутина. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2004. 414 с. 18. Земледелие. Проектирование систем земледелия хозяйства: учебное пособие / В.В. Манейлов. Пенза: РИО ПГСХА, 2001. 50 с. 19. Зональные системы земледелия: учебник / под ред. акад. РАСХН А.И. Пупонина. М.: Колос, 1995. 287 с. 20. Кант Г. Земледелие без плуга / пер. с нем. Е.А. Кошкина. М.: КолосС, 1980. 158 с. 21. Каштанов А.Н., Макаров И.П. и др. Научные основы современных систем земледелия. М.: Агропромиздат, 1988. 255 с. 22. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996. 366 с. 23. Коренев Г.В., Подгорный П.И. и др. Растениеводство с основами селекции и семеноводства. М.: Колос, 1983. 511 с. 24. Кравченко Р.Г., Попов И.Г., Толпекин С.З. Экономикоматематические методы в организации и планировании сельскохозяйственного производства. Изд. 2-е. М.: Колос, 1973. 25. Кундиус В.А., Мочалова Л.А., Кегелев В.А., Сидоров Г.С. Математические методы в экономике и моделирование социально-экономических процессов в АПК. М.: Колос, 2001. 286 с. 26. Ларин И.В. Луговодство и пастбищное хозяйство. Л., 1966. 20 с. 27. Логистика: методическое пособие по курсу для специальности 061500 «Маркетинг» / И.В. Ковалева, Ю.А. Бугай. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003. 216 с. 28. Мальцев Т.С. Новая система обработки почвы и ее эффективность // Земледелие. 1958. № 11. С. 21-24. 527 29. Матошко И.В. Жизненные ресурсы Земли. Минск: Ураджай, 1989. 30. Методические указания по расчету баланса органического вещества почвы в Алтайском крае на XII пятилетку / под общ. ред. д.с.-х.н., проф. Л.М. Бурлаковой. Барнаул, 1985. 14 с. 31. Миротин Л.Б., Ташбаев Н.Э. Системный анализ в логистике: учебник для вузов. М.: Экзамен, 2002. 480 с. 32. Научные основы систем земледелия / В.П. Нарциссов. М.: Колос, 1982. 325 с. 33. Николайчук В.Е. Логистика: учебное пособие. СПб.: Питер, 2003. 160 с. 34. Новиков Ю.Ф. Энергобаланс АПК и биоэнергетика агросистем // Докл. ВАСХНИЛ. 1984. № 5. С. 7-9. 35. Новиков А.М., Новиков Д.А. Методология. М.: СИНТЕГ, 663 с. 36. Образцов А.С. Системный метод, применяемый в земледелии. М.: Агропромиздат, 1990. 303 с. 37. Овсинский И.Е. Новая система в земледелии. Киев, 1899. 174 с. 38. Овцинов В.И. Экономико-математические методы и моделирование: применение в почвенно-агрохимических исследованиях, землеустройстве и кадастре: электронный учебнометодический комплекс. Барнаул, 2011. 39. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа, 1989. 40. Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР / под ред. А.Н. Каштанова. М., 1983. 336 с. 41. Проектирование систем земледелия: учебно-методическое пособие / Н.В. Яшутин, А.П. Дробышев, М.И. Мальцев, М.Л. Цветков, П.В. Шумов. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005.151 с. 42. Пупонин А.И. Обработка почвы в интенсивном земледелии Нечерноземной зоны. М.: Колос, 1984. 184 с. 43. Пупонин А.И., Захаренко А.В. Оценка энергетической эффективности возделывания сельскохозяйственных культур в системе земледелия: учебно-методическое пособие. М.: Изд-во МСХА, 1998.40 с. 528 44. Сдобников С.С. Пахать или не пахать? (новое в обработке и удобрении полей). М., 1994. 228 с. 45. Синягин И.И., Тютюнников А.И. Справочник агронома Сибири. М.: Колос, 1978. 527 с. 46. Система ведения земледелия АПК в Алтайском крае / РАСХН. Сиб. отделение. АНИИЗиС. Новосибирск, 1992. Т. 1. 144 с. 47. Система земледелия в Алтайском крае / РПО, СО ВАСХНИЛ; под ред. Н.В. Яшутина. Новосибирск, 1981. 326 с. 48. Системы земледелия: учебное пособие для практических занятий по специальности 310200 – «Агрономия») / М.Г. Сираев, И.П. Юхин. Уфа, 2005. 128 с. 49. Сортовое районирование сельскохозяйственных культур в Алтайском крае на 2008 г. / В.Ф. Скорощека, Г.П. Пастухов, А.С. Кудашкин, А.А. Серебрякова; под ред.В.Ф. Скорощека. Барнаул, 2008. 61 с. 50. Справочник агронома Сибири / под ред. И.И. Синягина, А. Тютюнникова. М.: Колос, 1978. 527 с. 51. Тулайков Н.М. Избранные произведения. Критика травопольной системы земледелия. М.: Сельхозиздат, 1963. 312 с. 52. Федоров В.М. Биосфера – земледелие – человечество. М.: Агропромиздат, 1990. 239 с. 53. Фукуока Масанобу. Революция одной соломинки (Введение в натуральное земледелие). Челябинск, 2001. 107 с. 54. Хадсон В.Д., Хач Д. Основные принципы адаптивного земледелия. По заказу МСХ США (Пер. Центра Гражданских инициатив / Служба развития фермерства). 2000. 55. Шатилов И.С., Каюмов М.К. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. М.: Колос, 1975. 429 с. 56. Эффективность логистического управления: учебник для вузов / под ред. Л.Б. Миротина. М.: Экзамен, 2004. 448 с. 57. Яшутин Н.В., Дробышев А.П., Хоменко А.И. Биоземледелие. Научные основы, инновационные технологии и машины. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. 191 с. 58. Яшутин Н.В., Дробышев А.П. Земледелие в Сибири. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2004. 520 с. 529 59. Яшутин Н.В., Дробышев А.П., Иост Н.Д. Земледелие на Алтае: учебно-методическое и практическое пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2001. 736 с. 60. Яшутин Н.В., Бивалькевич В.И., Иост Н.Д. Системное земледелие. Барнаул, 1996. 392 с. 61. Яшутин Н.В., Дробышев А.П. и др. Системы земледелия: учебное пособие для студентов высших учебных заведений по агрономическим специальностям. Барнаул: ГИПП «Алтай», 2003. 592 с. 62. Яшутин Н.В. Факторы успешного земледелия. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. 523 с. 63. Яшутин Н.В. Энергоресурсосбережение в земледелии. Барнаул, 2000. 266 с. 64. Яшутин Н.В., Дробышев А.П., Мальцев М.И., Цветков М.Л. Практикум по курсу «Системы земледелия» (на примере Сибирских регионов). Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. 252 с. 65. http://sumdu.telesweet.net. 66. www.logistics.ru. 67. www.trizland.ru. 68. www.tumidpo.ru/bibl/umk. 530 Учебное издание НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ АГРОНОМИИ Составители: Яшутин Николай Власович – доктор с.-х. наук, профессор. Дробышев Алексей Петрович – кандидат с.-х. наук, профессор. Мальцев Михаил Ильич – кандидат с.-х. наук, доцент кафедры общего земледелия и защиты растений. Овцинов Владимир Иванович – кандидат с.-х. наук, доцент кафедры почвоведения и агрохимии. Капичникова Елена Васильевна – ученый-агроном. Подписано в печать 29.12.2011 г. Формат 60×84/16. Бумага для множительных аппаратов. Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 33,3. Уч.-изд. л. 26,6. Тираж 100 экз. Заказ № . Издательство АГАУ 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, тел. 62-84-26 531
