Современные агротехнологий представляют собой комплексы технологических операций по управлению продукционным процессом сельскохозяйственных культур в агроценозах с целью достижения планируемой урожайности и качества продукции при обеспечении экологической безопасности и определенной экономической эффективности. Агротехнологий связаны в единую систему управления агроландшафтом через севообороты, системы обработки почвы, удобрения и средства защиты растений, т. е. являются составной частью адаптивно-ландшафтных систем земледелия. При этом они имеют индивидуальное значение, определяемое, прежде всего, особенностями сорта, поскольку каждому типу сорта (по назначению, интенсивности и другим параметрам) соответствуют определенная система управления продукционным процессом и структурная модель агроценоза.
Развитие наукоемких технологий, проникновение их в сельское хозяйство стало в XXI в. основным вектором научно-технического и экономического прогресса. Но имеющиеся в настоящее время технологии - многооперационные и требуют для производства единицы продукции в 5-12 раз больше совокупных затрат по сравнению с технологиями западных стран. Поэтому актуален поиск новых факторов интенсификации, технологизации аграрного производства, который превратился в приоритетную национальную задачу.
|
|
Для освоения современных агротехнологий и государственного регулирования инновационной деятельности в агропромышленном комплексе предлагаются организация федеральной службы освоения научно-технических достижений, формирование сети научно-технологических центров, переход к новой системе подготовки специалистов-агротехнологов на основе интеграции вузов и научно-исследовательских учреждений, введение новых образовательных программ и эффективной производственной базы подготовки агротехнологов.
8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКЛ РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД427
Технологии - это сложные динамические системы взаимодействия между растениями, почвой и климатом. Для того чтобы научно обосновать технологию культуры, сорта в конкретном регионе, важно знать требования их биологии и почвенно-климатические параметры.
Традиционные технологии базируются на информации и рекомендациях научно-исследовательских учреждений, проектных институтов, агрохимических, машиноиспытательных станций, фитосанитарной службы, госсортсе-ти. Возделывание культур регламентируется типовыми технологическими картами, разрабатываемыми применительно к зональным условиям. В них указываются порядок выполнения работ, марки машин, дозы удобрений и пестицидов. Перечисленные в картах операции являются обязательными. Такой строгий набор их был возможен в начале механизации земледелия.
|
|
Зональные технологии строились с опорой на традиции и хозяйственную целесообразность. Внедрение технологий этого уровня способствовало удвоению потенциала урожайности. Информационные технологии в них не используются. В большинстве хозяйств данный тип сохранился и в настоящее время. Источники информации для него - карты урожайности, почвенные карты и картограммы содержания питательных веществ в пахотном слое почвы, данные ближайшего метеопоста и т. п.
Более высокий уровень технологии характеризуется использованием компьютера и программного обеспечения. На принятие решений оказывают влияние уровень интенсификации, конъюнктура на рынке, производственно-ресурсной потенциал, модели продукционного процесса, фитопатологиче-ского и энтомологического прогноза, окупаемость инвестиций, хозяйственный уклад и т. д.
Переход от экспериментально-описательной стадии агрономической науки к выявлению количественных закономерностей и теоретических обобщений сопровождался переходом к новому принципу построения технологий и управления посевами. На нем было разработано программирование урожаев. Реализация его методов основывалась на учете биоклиматического потенциала, гидротермического коэффициента, почвенного бонитета поля, простейших моделей регрессионного типа. Для этого создавались автоматизированные информационные системы обеспечения программирования урожаев. В частности, в Агрофизическом институте в конце 70-х гг. XX в. была спроектирована и внедрена информационная система «Погода». В середине 80-х гг. на ее базе - модернизированная компьютерная система поддержки агротехнологических решений. Однако программа реализации компьютерных систем поддержки агротехнологических приемов не была доведена до практических работников сельского хозяйства. Положительный момент данных систем, несмотря на описательность и нечеткость заключается в том, что они позволяют принимать решения на основе большего числа показателей.
Технологии, строящиеся на всестороннем применении информационных технологий в управлении сельскохозяйственным производством, в полном объеме пока не используются ни в одной стране мира.
428g- МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД
Академиком В.И. Кирюшиным предложены в качестве базовых принципов формирования технологий следующие:
- альтернативность, многовариантный подход, обеспечивающий возможность выбора оптимального решения из набора агротехнологий;
- адаптация агротехнологий к природным условиям на основе агроэко-логической оценки земель, различным уровням интенсификации производства (экстенсивные, нормальные, интенсивные, высокие), с учетом научно обоснованных технологических нормативов, хозяйственным укладам;
- динамический подход к созданию и управлению агроценозами путем последовательного устранения лимитирующих условий с помощью моделей продукционного процесса сельскохозяйственных культур по микропериодам органогенеза;
- формирование пакетов агротехнологий как составной части адаптивно-ландшафтных систем земледелия с учетом системных связей (севооборот, пар, обработка - удобрение - защита растений и т. д.), выявленных в многофакторных полевых экспериментах;
- открытость новейшим достижениям научно-технического прогресса;
- преемственность.
В этой связи представляется необходимым:
- разработать землеоценочную основу для формирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий (агроэкологическое районирование, типология земель, ландшафтно-экологические классификации земель, идентификации агроэкологических условий);
|
|
- организовать сеть многофакторных полевых экспериментов для выявления системных взаимодействий между севооборотами, чистым паром, системами обработки почвы и защиты растений, сроками посева, нормами высева при различных уровнях обеспеченности агрохимическими ресурсами; установить нормативы расхода влаги на единицу урожая при разных уровнях интенсификации технологий, окупаемости удобрений продукцией; определить систему экологических ограничений агротехнологий;
разработать пакеты агротехнологий в составе адаптивно-ландшафтных систем земледелия применительно к различным агроэкологи-ческим условиям, уровням интенсификации, хозяйственным укладам с учетом рыночной конъюнктуры.
В 70-80-х годах в стране под руководством академика И.С.Шатилова была предпринята довольно эффективная попытка упорядочения земледелия путем освоения зональных систем и оптимизации технологий выращивания сельскохозяйственных культур за счет программирования урожаев. Программирование предусматривает осуществление взаимосвязанных хозяйственных мероприятий, начиная с обоснования и расчета уровня урожая на конкретном поле до детальной дифференциации агротехнологий в соответствии с агрохимическими, агрофизическими и биологическими характеристиками данного поля, культуры, сорта, метеорологическими и другими условиями. В земледелии это означало переход от эмпирико-описательных методов к экспериментально-количественным. Математические модели и аппарат
8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД429
ЭВМ позволяли формировать технологии выращивания конкретных культур в соответствии с почвенно-климатическими, агрохимическими факторами, свойствами почвы и проводить коррекцию в процессе их вегетации. Программирование учитывает изменчивость условий получения продукции и совершенствование самих технологий. Оно стало частью энерго- и ресурсосберегающих зональных технологий.
|
|
Методология программирования урожая связана со стратегией адаптивного земледелия. Оба этих подхода предусматривают получение оптимального урожая, дифференциацию агротехнологий согласно характеристикам конкретного поля и складывающимся в течение вегетации метеорологическим и хозяйственным условиям, полное информационное обеспечение. Академиком В. А. Семеновым выделяется несколько этапов. На первом обычно устанавливаются пределы урожайности, ограничиваемые приходом ФАР, тепла и влаги. На втором на ЭВМ рассчитывается потенциальный урожай, который может получить хозяйство, если будет самым рациональным способом использовать имеющиеся ресурсы. Третий этап - распределение средней урожайности по полям. Поскольку внутри хозяйства единственный варьирующий признак - агрохимические и агрофизические почвенные характеристики, главным критерием в построении прогноза становятся данные о плодородии почв, которые необходимо ежегодно обновлять.
И, наконец, формирование программ возделывания сельскохозяйственных культур для определенного фона агробиологических, почвенных и организационно-экономических условий. Адаптация связана с расположением поля и особенностями почв, их окультуренностью, рельефом, каменистостью, а также методами планомерного улучшения, соблюдением требований охраны окружающей среды, минимизацией затрат труда и энергии.
Для составления прогноза необходимо большое количество разнообразной информации, накопление и обработку которой можно осуществить только с помощью ЭВМ. Банк данных, как правило, включает подробные сведения о сортах, многолетние метеорологические данные, предоставленные ближайшей метеостанцией, паспорта полей, базовые технологии, сведения о наличии сельхозмашин и транспортных средств, нормативы и расценки.
Главная задача, которая ставится при этом, - оптимизация использования производственных ресурсов хозяйства путем последовательных приближений к оптимуму по каждому полю и по хозяйству в целом.
Идея перехода от интуитивных методов управления возделыванием сельскохозяйственных культур, основанных на опыте земледельца, к количественно обоснованным приемам и автоматизированным системам принятия технологических решений была названа А.Ф. Иоффе «электронным агрономом».
Постоянная смена сортов культур, многообразие агротехнологических приемов, генетическая неоднородность почвенного покрова, изменчивость и непредсказуемость погодных условий не позволяют накапливать и обобщать статистически репрезентативные данные, необходимые для выявления ком-
43 О8- МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД
плекса оптимальных агротехнических решений с учетом их отдаленных последствий. Попытки построения регрессионных (статистических) моделей, отражающих связь урожая с природными и антропогенными факторами, не привели пока к какому-либо значительному успеху. Даже при скрупулезном анализе потока информации в условиях многофакторного полевого многолетнего опыта нельзя в полной мере предусмотреть реальную изменчивость погодных условий и вызванное ею широчайшее варьирование почвенных характеристик. Путь построения и применения динамических имитационных моделей агроэкосистемы, как показывает отечественный и зарубежный опыт, наиболее перспективен.
Создана система отечественных базовых технологий производства приоритетных видов сельскохозяйственной продукции. В нее в концентрированном виде сведены все самые эффективные приемы возделывания, уборки, послеуборочной обработки урожая, номенклатура необходимого технического и ресурсного обеспечения.
На сегодняшний день методология формирования технологий получила новое освещение. По фактору интенсивности предложено различать четыре категории технологий:
1) Экстенсивные технологии, ориентированные на использование естественного плодородия почв без применения удобрений и других химических средств или с очень ограниченным их использованием.
2) Нормальные технологии, обеспеченные минеральными удобрениями и пестицидами в том минимуме, который позволяет осваивать почвозащитные системы земледелия, поддерживать средний уровень окультуренности почв, устранять дефицит элементов минерального питания, находящихся в критическом минимуме, и давать удовлетворительное качество продукции. В этих технологиях используются пластичные сорта зерновых.
3) Интенсивные технологии, рассчитанные на получение планируемого урожая высокого качества в системе непрерывного управления продукционным процессом сельскохозяйственной культуры, обеспечивающие оптимальное минеральное питание растений и защиту от вредных организмов и полегания. Интенсивные технологии предполагают применение интенсивных сортов и создание условий для более полной реализации их биологического потенциала. Интенсивные технологии, рассчитанные, например, на 40-50 ц/га озимой пшеницы высокого качества, могут быть реализованы с использованием отечественной серийной техники, сортов, удобрений и импортных пестицидов.
4) Высокоинтенсивные технологии, рассчитанные на достижение урожайности культуры, близкой к ее биологическому потенциалу с заданным качеством продукции с помощью современных достижений научно-технического прогресса при минимальных экологических рисках. Они относятся к категории так называемых точных технологий с использованием прецизионной техники, современных препаратов, информационных технологий. Высокоинтенсивные, или высокие технологии представляют собой качественный скачок и в создании сортов, и в подготовке почвы, и в насыщении
8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД43 1
технологическими операциями по уходу за посевами. В высоких технологиях достигается максимальная интеграция агроприемов с учетом их системного взаимодействия. Их следует осваивать в первую очередь в опытных и базовых хозяйствах научных центров для демонстрации возможностей научно-технического прогресса.
Высокоинтенсивные, или точные агротехнологий, занимают особое положение. Они создаются для особых сортов растений с высоким генетическим потенциалом продуктивности и качества продукции, который реализуется точным регулированием продукционного процесса по микропериодам органогенеза различными средствами. Для этого необходимы дружный рост и развитие растений, что обеспечивается точным размещением семян на одинаковую глубину в условиях исключительно ровной поверхности на производственных участках с однородным почвенным покровом и оптимальными условиями увлажнения, теплообеспеченности, почвенного плодородия. Подбор таких участков - необходимое условие высокой эффективности технологии. Почвенно-микроландшафтная неоднородность сильно усложняет технологический процесс, в связи с необходимостью маневрирования технологическими операциями в изменяющихся режимах доз удобрений, препаратов и т.п. По мере усложнения почвенно-ландшафтных условий ограничиваются возможности интенсификации агротехнологий без специальной мелиорации или она исключается.
Научные предпосылки для разработки и освоения адаптивно-ландшафтных систем земледелия и проектирование агротехнологий в широких производственных масштабах требуют больших усилий, как по дальнейшему развитию их научного обеспечения, так и организации проектно-изыскательских работ, инновационной деятельности.
В плане развития научного обеспечения проблемы необходимо:
• создание системы агроэкологической оценки земель, интегрирующей блоки агроклиматических, геоморфологических, почвенных, гидрогеологических и биологических условий;
• развитие агроэкологического районирования страны, создание агро-экологических карт различных масштабов по основным сельскохозяйственным культурам;
• разработка ландшафтно-экологических классификаций земель по
природно-сельскохозяйственным провинциям;
• развитие методологии ландшафтно-экологического анализа территории с целью проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий;
• оценка потенциала производительности земель в многофакторных полевых экспериментах;
• развитие теории структур почвенного покрова и их агроэкологиче-ская оценка;
• оценка биогенности и биологической активности почв, идентификация и оценка экологических функций экологической устойчивости агро-ландшафтов и их экологической емкости;
4328- МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД
• развитие методов почвенно-ландшафтного картографирования методологии формирования ГИС по агроэкологической оценке земель на локальном и региональном уровнях.
Сравнительная оценка агротехнологий различного уровня интенсификации представлена в таблице 27.