CC BY
94
ВОСПРОИЗВОДСТВО ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ
К.И. Привало, Л.Г. Мамонова, Е.В. Малышева, Н.А. Костенко
Аннотация. С использованием математических методов системы массового обслуживания обосновывается невозможность возделывания сахарной свеклы в применяемых в настоящее время, так называемых, «коротких» севооборотах. Это приводит к деградации почв за короткий промежуток времени.
Ключевые слова: почвенное плодородие, баланс азота, интенсивность, посевная площадь, севооборот, марковский циклический процесс, предельные вероятности состояний системы.
Известно, что сахарная свекла является далеко не самой выгодной для выращивания сельскохозяйственной культурой. Но следует указать на значение сахарной свеклы, как в жизни человека так и животных. При заводской переработке корнеплодов выход сахара составляет 12-14%; патоки и жома- 3,5-5,0%; БЭВ-15% и золы-8-9%. Для человека, по медицинским нормам, в сутки требуется 100 граммов сахара. Сахар быстро усваивается, являясь при этом стимулятором силы, ума, памяти и выносливости.
Кроме того, сахарная свекла относится к ценной кормовой культуре и по питательным веществам превосходит кормовую свеклу в 2,2 раза. Жом является ценным кормом для скота. Дефекационная грязь (дефе-кат) - отход при свеклосахарном производстве, содержащий 40 -50% извести, применяется для известкования кислых почв. Важным является и то, что сахарная свекла более других сельскохозяйственных культур поглощает СО2 и высвобождает кислород, что дает положительный экологический эффект.
Сахарная свекла предъявляет большие требования к условиям выращивания. Получение высоких и стабильных урожаев сахарной свеклы, как и любой другой сельскохозяйственной культуры, - это рациональное использование земельных угодий при сохранении и повышении плодородия почвы. При этом научной основой земледелия при ее возделывании были и остаются севообороты.
Севооборот - это первоначальный, самый основной агротехнический приём накопления влаги, питательных веществ, а также снижения засоренности посевов сельскохозяйственных культур, эффективного использования минеральных удобрений.
Возделываемые в свеклосеющих хозяйствах такие культуры, как сахарная свекла, озимая пшеница, многолетние и однолетние травы, ячмень, кукуруза и другие, различаются по требованиям к условиям произрастания, реакцией на состав и качество органического вещества, а также водным режимом. Поэтому важнейшим агроприёмом для возделывания сахарной свеклы, обеспечивающим наименьшую засорённость полей, является правильное размещение её в севообороте. Кроме того, размещение сахарной свеклы в севообороте, при интенсивной технологии ее выращивания, способствует получению более высоких урожаев всех культур севооборота [1].
По мнению ряда ученых, лучшим предшественником для сахарной свеклы является озимая пшеница, а для озимых - чистые пары, многолетние травы на один укос или однолетние травы на зелёный корм. Однако, во многих свеклосеющих хозяйствах сахарная свекла размещается по озимой пшенице, идущей после гороха на зерно, кукурузы на силос, ячменя. Это приводит к
сильному засорению посевов и значительному снижению урожайности корнеплодов.
Возделывание сахарной свеклы вне правильного севооборота (в особенности в бессменных посевах) приводит к резкому снижению микробиологической и биохимической активности почв. Чередование культур в севообороте, особенно с многолетними или однолетними бобовыми травами, а также внесение минеральных удобрений, навоза, зелёных удобрений усиливает мобилизацию источников почвенного плодородия и способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур, особенно сахарной свеклы.
Одним из важнейших источников увеличения органических веществ в почве являются корневые и пожнивные остатки растений. Наибольшее количество их у многолетних трав, а количество пожнивных и корневых остатков озимой пшеницы после чёрного пара составляет 80 ц/га. От наличия многолетних трав в почве накапливается 130- 150 кг/га биологического азота. Многолетние травы оказывают положительное влияние на физические свойства почвы, улучшая её водопроницаемость, агрегатный состав и водопрочность агрегатов.
При насыщении севооборота сахарной свеклой до 20% урожайность её не снижается, и общая продуктивность севооборота значительно увеличивается, а увеличение площадей свеклы в севообороте свыше 25% снижает её продуктивность и севооборота в целом.
Сахарная свекла является одной из наиболее отзывчивых на удобрение культур, отличается повышенной требовательностью в питательных веществах и большим выносом их с урожаем. На 10 тонн биомассы (корнеплоды + ботва) сахарная свекла потребляет 45-50 кг азота,15-20 кг фосфора, 55-60 кг калия. Вынос питательных веществ с урожаем сильно колеблется. Так, при урожайности 35 т/га вынос азота с одного гектара составляет 109,2 кг, калия - 22, 75 кг и фосфора - 13,65 кг. Если урожайность сахарной свеклы составит 45 т/га, то вынос питательных веществ с одного гектара увеличится в 1,3 раза. Это очень высокие показатели выноса при 7-8 ц / га сухих остатков.
Для сравнения приведем данные о выносе питательных веществ с одного гектара озимой пшеницы при урожайности 3,5 тонн: азота - 81,2 кг; калия - 21 кг и фосфора - 8,7 кг. При этом масса корневых и пожнивных остатков озимой пшеницы после черного пара, как уже отмечалось, составляет 80ц/га.
Таким образом, с одной стороны - сахарная свекла важная продовольственно-техническая культура, а с другой стороны - вызывающая истощение плодородных земель, на которых она может давать высокие урожаи. Проведенный авторами подробный анализ значения сахарной свеклы для народного хозяйства и ее влияния на эффективное плодородие почвы - бесценного для человечества ресурса, поставил перед нами задачу: исследовать технологию эффективного возделывания сахарной свеклы в современных условиях, способствующую воспроизводству плодородия почвы.
Для оценки интенсивной технологии возделывания сахарной свеклы был взят рекомендованный многими учеными шестипольный севооборот: чистый пар, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень яровой, кукуруза на зеленый корм, горох. Выбор севооборота связан с тем, что разные предшествующие сахарной свекле культуры оставляют поля с разным количеством пита-
тельных веществ, кроме того, предшественники часто оказывают более существенное влияние на содержание питательных веществ в самой сахарной свекле, чем в почве.
Для повышения урожайности сахарной свеклы при ее выращивании в условиях неустойчивого увлажнения Центрального Черноземья рекомендуется вносить полуперепревший навоз не непосредственно под сахарную свеклу, а под ее предшественник в объеме 60т/га. Так как в 1 т такого навоза содержится 5 кг азота, то это равносильно внесению 300 кг азота на гектар. Особое значение в получении высоких урожаев сахарной свеклы и с повышенной сахаристостью играют минеральные удобрения. По данным ВНИИСС для получения 35-40 т/га фабричной свеклы необходимо внести в дозах по 150-180 кг/га действующего вещества №К (1:1:1).
С учетом этих рекомендаций, а также прогнозируемых урожайностей сельскохозяйственных культур севооборота, нами выбрана следующая система удобрений: под озимую пшеницу должно быть внесено 60т/га полуперепревшего навоза; под сахарную свеклу одноразово - минеральные удобрения в дозах 150 кг/га действующего вещества (1:1:1); под яровой ячмень -минеральные удобрения М120Р50К90; под кукурузу на силос и горох - 8 т/га полуперепревшего навоза и минеральные удобрения М80Р50К30.
В каждом звене севооборота был просчитан баланс азота, с учетом его выноса и накопления (в остатках пожнивных и корневых) культурами севооборота.
Процесс возделывания сахарной свеклы в севообороте рассматриваем как марковский циклический процесс с дискретными состояниями, который можно представить в общем виде графом состояний:
>1,2 Л^з ЙЗ
Ап-2,п-1Рп-2 к-1,пРп-1 = 0 К-\,пРп-\ - К,\рп = 0
А2Р1 - Ап,1Рп = 0
Из системы следует, что вероятности состояний находятся по формулам:
Рк =
А
-р, к = 1, п -1
к+1
А2 1 —— р, к = п
А 1
Таким образом, с учетом нормировочного условия Р+ Р + Рз+---+ Рп = 1, получим:
Рк =
1
А
(п-1 1 1 ^
Е ^ А
1=1 А,
_1
А
V - ^',¿+1 (п-1 1 1
Е— + 1
=1 А,,,+1
, к = 1, п -1
-1
V '
А
, к = п
п1 у
Марковский циклический процесс с дискретными состояниями дает возможность оценить интенсивную технологию возделывания сахарной свеклы в шестипольном севообороте. Размеченный граф состояний системы имеет вид:
в! »12=! 7.4 Ан==46.4 «5 Л+-8=7 5=20.1
Характерным признаком данного процесса является кольцевая (циклическая) связь возможных состояний с односторонними переходами. Согласно виду размеченного графа состояний одного циклического процесса можно записать однородную систему алгебраических уравнений относительно вектора предельных вероятностей состояний:
Л2Р1 - АзР2 = 0
А23Р2 - А4РЗ = 0
1я=121,1
Здесь 81 - исходное состояние системы (потенциальное плодородие почвы, представленной черноземом типичным с обеспеченностью азотом в среднем 170 мг/кг почвы);
82 - состояние системы после выращивания озимой пшеницы, описывающееся балансом азота в звене: чистый (занятый) пар^ озимая пшеница после внесения органических удобрений (в пересчете на действующее вещество);
83 - состояние системы после выращивания сахарной свеклы, описывающееся балансом азота в звене: озимая пшеница^ сахарная свекла;
84, 85, 8б- состояние системы после выращивания ярового ячменя; кукурузы на силос; гороха, соответственно.
Переход от одного состояния к другому характеризуется соответствующими плотностями потоков:
Х12 - интенсивность изменения потенциального плодородия почвы до внесения удобрений;
^23, ^34, ^45, ^5б, интенсивность изменения эффективного плодородия почвы после сбора урожая озимой пшеницы, сахарной свеклы, ярового ячменя, кукурузы на силос, гороха соответственно;
Р - предельные вероятности системы, ' = 1,6 .
Интенсивность изменения эффективного плодородия почвы в каждом звене рассчитаны с учетом внесенных удобрений, урожайности севооборотных культур и величины выноса азота с урожаем. При составлении баланса азота в каждом звене учтены также корневые и пожнивные остатки.
По размеченному графу с учетом величин интен-сивностей составлена система вида: 17,4р1 - 46,4Р2 = 0 46,4Р2 - 59,9Р3 = 0 59,9Р3 - 8,7р4 = 0 8,7р4 - 20,1 р5 = 0 20,1р5 -121,1 р6 = 0 17.4р1 -121,1 р6 = 0 Решая эту систему, получим:
р1 = 0,21 р2 = 0,08 р3 = 0,06
<
Р 4 = 0,43 р5 = 0,19 р6 = 0,03
Данные вероятности указывают на то, что при использовании научных основ земледелия интенсивное возделывание сахарной свеклы целесообразно, как с точки зрения сохранения плодородия почвы, так и экономической. Об этом свидетельствует вероятность третьего состояния 83 - состояние системы после выращивания сахарной свеклы, равная р3 = 0,06, которой соответствует среднее время пребывания системы в данном состоянии.
Для сравнения была дана оценка возделывания сахарной свеклы в «коротком» севообороте: черный пар -озимая пшеница - сахарная свекла. Выбор севооборота связан с тем, что в сельскохозяйственных организациях различных форм собственности и уровня их экономического развития, на современном этапе, практически не соблюдаются научно-обоснованные севообороты. Конечная цель хозяйствования на земле - прибыль.
Предполагается, что под озимую пшеницу внесено 60т/га полуперепревшего навоза, а под сахарную свеклу - одноразово минеральные удобрения в дозах по 150 кг/га действующего вещества №К (в соотношении 1:1:1) для получения 35 - 40 т корнеплодов. В этих условиях изучение процесса воспроизводства плодородия почвы при возделывании сахарной свеклы моделируются, как циклический размеченный граф состояний, что позволяет оценить интенсивную технологию возделывания сахарной свеклы в анализируемом трехпольном севообороте. Тогда размеченный граф состояний системы имеет вид:
Si Xl2=17,4 S: А.; з=4 6.4 s3
h 1=32,4
Здесь 81 - исходное состояние системы (потенциальное плодородие почвы, представленной черноземом типичным с обеспеченностью азотом в среднем 170мг/кг почвы);
82 - состояние системы после выращивания озимой пшеницы, описывающееся балансом азота в звене: чистый (занятый) пар^ озимая пшеница после внесения органических удобрений (в пересчете на действующее вещество);
83 - состояние системы после выращивания сахарной свеклы, описывающееся балансом азота в звене озимая пшеница^ сахарная свекла;
Х12 - интенсивность изменения потенциального плодородия почвы до внесения удобрений;
Х23 - интенсивность изменения эффективного плодородия почвы после сбора урожая озимой пшеницы;
Х31- интенсивность изменения эффективного плодородия почвы после сбора урожая сахарной свеклы;
р - предельные вероятности системы, / = 1,6 .
По данному графу составим систему для нахождения вероятностей состояний:
17,4Pi - 46,4р2 = 0 < 46,4р2 - 32,4р3 = 0 17.4р1 - 32,4р3 = 0
Решая эту систему представленными ранее методами, получим:
' р1 = 0,52 < р2 = 0,20 р3 = 0,28
Вероятность третьего состояния S3, то есть состояния системы после выращивания сахарной свеклы, равна р3 = 0,28. Это в почти в 5 раз больше в сравнении с состоянием такой же системы шестипольного севооборота.
Полученные результаты свидетельствует о том, что возделывать сахарную свеклу выгодно лишь при соблюдении научных основ земледелия, получая при этом не только экономический эффект, но и сохраняя плодородие почвы.
Список использованных источников
1 Моделирование процессов воспроизводства плодородия почвы / К.И. Привало, Л.Г. Мамонова, Е.В.Малышева и др. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - №3. - С. 27-29.
2 Эколого-экономическая оценка эффективности использования земли / К.И. Привало, О.Е. Привало, Л.Г. Мамонова, О.Ю. Железняк // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - №1. - С. 80-84.
3 Новиков А.А., Кисаров О.П. Обоснование роли корневых и пожнивных остатков в агроценозах // Научный журнал КубГАУ. - 2012. - №78(04).
Информация об авторах
Привало Клавдия Ильинична, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры высшей и прикладной математики ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Мамонова Людмила Геннадьевна, кандидат экономических наук, доцент кафедры информатики и энергетики ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Малышева Екатерина Владимировна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент почвоведения, общего земледелия и растениеводства ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Костенко Наталья Александровна, старший преподаватель кафедры высшей и прикладной математики ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
