Механизация междурядной обработки является одной из важнейших технологических операций выращивания лесных насаждений. При этом технология и качество агротехнических уходов влияют на приживаемость, интенсивность развития и сохранность культур различных древесных и кустарниковых пород, что подтверждает многолетний опыт создания культур на вырубках.
В настоящее время уход за культурами осуществляют различными методами, которые можно разделить на две основные группы: немеханические (химические, физические и биологические) и механические методы обработки.
Среди немеханических методов наибольшее распространение получили химические средства борьбы с нежелательной растительностью. Так, например, отечественный гербицид нового поколения «Анкор», испытания которого проводились при проведении уходов за культурами кедра, при дозах 0,2 кг/га надежно подавлял сорную растительность в течение одного вегетационного сезона, не оказывая негативного воздействия на культуры [2].
Наиболее совершенным современным гербицидом системного действия является глифосат. Он не накапливается в почве, воде и пищевых цепях, чем выгодно отличается от других гербицидов. Однако его внесение необходимо осуществлять контактным способом, при помощи лубрикаторов. Это исключает снос гербицида ветром, попадание его на почву и культурные растения. По результатам испытаний данного гербицида при уходе за культурами ели было установлено, что на обработанных участках при дозах 2…3 кг/га в течение двух лет сдерживалось развитие высокоствольных злаков и произошло полное усыхание 58 % мягколиственных пород. При этом опрыскивание повреждало 47…48 % культур ели, а контактная обработка лишь 15 % [13].
Однако, при всех преимуществах химических средств в борьбе с нежелательной растительностью (сокращение трудо- и энергозатрат), им присущи существенные недостатки. Среди таких недостатков отмечают: неблагоприятное воздействие на почвенные микроорганизмы и мезофауну, отсутствие рыхления почвы и необходимость применения средств механизации внесения химикатов [6, 22, 16]. При этом некоторые ученые ставят под сомнение высокую энергетическую эффективность применения гербицидов. Исходя из данных В. В. Кориенца, следует, что такой агротехнический прием как обработка гербицидами со средней и высокой нормами внесения по общим энергозатратам превышает механическую культивацию и боронование в 4…5 раз [10].
Несмотря на создание малотоксичных гербицидов, надо искать менее опасные для природы и человека способы. В этом плане заслуживает внимания использование естественных биологических процессов, не наносящих вред окружающей среде. Например, синтезируемый некоторыми штаммами, ризобитоксин при внесении в почву в количестве примерно 0,2 кг/га действует как эффективный гербицид. Установлено, что для борьбы с некоторыми сорняками можно использовать токсины, продуцируемые грибами-патогенами. Необходимо изучить растения, обладающие аллелопатическим потенциалом, на предмет выделения аллелопатических агентов для уничтожения сорняков.
Исследования, проведенные в Иллинойском университете (США), позволили создать экологически безопасные фотодинамические гербициды, активируемые светом [12]. В основе их действия лежит фотодинамический эффект, т. е. окисление биомолекул под воздействием видимого света. Гербицид биохимически разлагается и полностью исчезает в течение суток. Обработку им проводят ночью, до утра он находится в бездействии, а через несколько часов, после восхода солнца, сорняки увядают.
Сельскохозяйственным университетом Северной Дакоты (США) проводились исследования в рамках программы борьбы с сорняками при помощи биоконтроля. Суть этого метода заключается в искусственном управлении популяциями насекомых, питающихся определенными видами сорняков. Исследования показали эффективность биоконтроля при минимальном вреде для окружающей среды [19].
В перспективе для борьбы с сорняками могут применяться излучатели ультравысокочастотных электромагнитных колебаний (УВЧ), электрические поля высокого напряжения и лазерное излучение. Исследования в штате Техас (США) показали, что использование УВЧ колебаний в полевых условиях приводит к гибели 81…100 % однолетних двудольных и многолетних сорняков. УВЧ вызывают усиленное движение молекул в тканях, возникающее при прохождении через них микроволн, или чрезмерное нагревание тканей.
В Шеффилдском университете (Великобритания) сконструировано устройство, позволяющее вести борьбу с сорняками с использованием высоковольтных разрядов. Устройства, применяемые для борьбы с сорняками этими способами, навешиваются на трактор, при этом один электрод в виде пластины по мере движения агрегата касается верхних частей растений междурядья лесных культур, а второй заземляется.
В Денмаркском университете (Дания) исследовалась возможность борьбы с сорняками при помощи лазерного излучения (СО2 лазер). Были установлены необходимые дозы экспозиции для различных сорных растений и подтверждена перспективность данного направления [17].
Еще один физический способ борьбы с сорняками это тепловой контроль. Экспериментальные исследования в Норвежском сельскохозяйственном университете позволили определить оптимальные соотношения времени и температуры обработки необходимые для гибели различных видов сорняков. На основании этих данных были разработаны конструкции рабочих органов с защитными и направляющими экранами, позволяющими поддерживать оптимальную температуру в обрабатываемой области. Эффективность данного метода во многом зависит от стадии развития сорняков [17, 14].
Таким образом, к числу недостатков немеханических методов обработки можно отнести невысокую экономическую эффективность и, главное, непредсказуемость экологических последствий, особенно, в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Наиболее распространенными в настоящее время являются надежные и предсказуемые механические методы обработки [1, 7, 10, 11, 15, 21].
Для механической обработки почвы при проведении агротехнических уходов используются почвообрабатывающие орудия с различными рабочими органами, в основном, лемешного типа, дисковые и фрезерные.
В сельском хозяйстве для проведения ухода за культурами широко используют культиваторы с пассивными лемешными рабочими органами, которые производят рыхление почвы и уничтожение сорняков. Простота конструкции и относительно невысокая стоимость обусловили их широкое распространение. Их применение на участках со слабой и средней плотностью сорной растительности обеспечивает высокое качество обработки почвы по равномерности глубины культивации и степени подрезания сорняков. Лемешные рабочие органы при работе в этих условиях формируют ровный профиль поверхности поля, не забиваются растительными остатками.
При работе на участках с сильной засоренностью рабочие органы культиваторов забиваются сорной растительностью и под воздействием реактивных сил выталкиваются из почвы, оставляя до 70 процентов сорняков не подрезанными [3]. Проблема предохранения лемешных рабочих органов при встрече с непреодолимыми препятствиями решается, в основном, за счет разработки более совершенных пружинных и гидравлических предохранительных механизмов.
Для уничтожения растительности находят применение дерноснимы, устанавливаемые на задней навеске трактора и представляющие собой горизонтальный плоский нож, закрепленный на раме. Дерносним способен подрезать пласт почвы вместе с корневой системой на глубину 30…80 см [18]. Очевидно, что на вырубке такие орудия неприменимы.
Поскольку борона представляет собой жесткую конструкцию и сферические диски присоединены к раме жестко, то при наезде на препятствие борона выглубляется на всю ширину захвата и возникает пропуск. В результате качество обработки почвы снижается [9].
Для устранения этого недостатка в ВГЛТА была разработана борона дисковая клавишная БДК-2,5 (3,0). Она предназначена для сплошной (методом перекрестных проходов) и полосной обработки почвы, ухода за культурами на вырубках с пониженными пнями в различных почвенно-растительных условиях. Недостатком бороны БДК-2,5 является то, что для полного уничтожения нежелательной растительности и поросли мягколиственных пород, в случае невозможности осуществления перекрестных проходов, необходимо производить многократные проходы по одному следу.
В дальнейшем ее эффективность была повышена за счет установки дополнительных рабочих органов, которые осуществляли укладку поросли под диски. Это позволило значительно понизить количество пропускаемых порослевин, но в тоже время снизило эксплуатационную надежность, так как укладывающие устройства не оснащались индивидуальными предохранительными устройствами.
При проведении уходов в рядах культур используются дисковые культиваторы КЛБ-1,7 и КДС-1,8. Однако использование данного типа культиваторов для подавления травянистой растительности и поросли лиственных пород в междурядьях малоэффективно вследствие небольшой ширины захвата и необходимости многократных проходов. Кроме того, дисковые орудия недостаточно хорошо уничтожают сорную растительность, образуют гребнистую поверхность и сгруживают поверхностный покров из растительных остатков, имеют большой вес и сложную конструкцию. Культиваторы с лемешными рабочими органами лишены этих недостатков, однако не приспособлены для работ на вырубках с пониженными пнями.
Промежуточное место между лемешными и дисковыми культиваторами занимают орудия с горизонтально установленными дисками. Фирма J. E. Love Co. выпускает культиваторы, в которых вместо стрельчатых лап используются горизонтально установленные сферические диски. Культиватор предназначен для работы на почвах сильно засоренных сорняками, где стрельчатые лапы не могут обеспечить достаточную степень уничтожения сорняков. Использующиеся самозатачивающиеся диски диаметром 32 см имеют возможность вращаться на вертикальной стойке, что обеспечивает самоочищение стоек от пожнивных остатков [20].
Вертикальные диски также устанавливаются на сеялках фирмы Kinze Mfg. Inc., которые применяются в системах с нулевой обработкой почвы [20].
Для обработки почвы с одновременным уничтожением поросли и корней применяются специальные фрезы [5]. Они обеспечивают высокое качество обработки почвы, но обладают повышенной энергоемкостью и невысокой производительностью. Также фрезерование может вести к распылению почв и избыточной минерализации органического вещества. Это явление возникает вследствие измельчения лесной подстилки и перемешивания почвенных горизонтов [22, 16].
В настоящее время в лесном хозяйстве проведение агротехнических уходов производится также катками-осветителями КОК-2 и КУЛ-2. Хотя катки обладают высокой надежностью, они уничтожают лишь надземную часть нежелательной растительности. Так, по данным испытаний Кировской МИС [8] при рабочей скорости 2,9…3,2 км/ч степень уничтожения сорной травянистой растительности составила: срезано полностью — 6,0…40,2 %, со сломанными стеблями — 1,3…5,4 %; поросли: срезано полностью — 77,8…80,9 %; высота среза поросли — 24,5…28,9 см, сорной травянистой растительности — 4,6…9,2 см. Исходя из этих данных, применение катков осветителей в первые годы развития культур неэффективно, так как не производится необходимое рыхление почвы и уничтожение корневых систем нежелательной растительности.
Вне зависимости от средств основная цель ухода — это создание благоприятных световых и почвенных условий для приживаемости и развития культур в первый период их развития. Однако задачи, стоящие перед агротехническим уходом в условиях южной засушливой полосы и в условиях лесной зоны, значительно отличаются друг от друга. Такая дифференциация обуславливается тем, что на юге акцент при уходе делается, в первую очередь, на сохранение почвенной влаги, недостаток которой нередко приводит к гибели культур, в то время как в лесной зоне уход должен быть направлен, главным образом, на борьбу с нежелательной растительностью. Наилучший эффект, при проведении агротехнического ухода, обеспечивают орудия, сочетающие удаление травянистой растительности по принципу поверхностного рыхления с одновременным уничтожением древесной поросли.
Таким образом, культиватор для агротехнического ухода за лесными культурами в дубравах должен удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечить высокую степень уничтожения сорной растительности и рыхления почвы; не повреждать культурные растения в пределах ширины защитной зоны; обеспечивать копирование микрорельефа почвы, в поперечной и продольно-вертикальной плоскостях; иметь надежное предохранительное устройство для защиты рабочих органов от поломок при встрече с непреодолимыми препятствиями.
Анализ перечисленных выше разработок показывает низкую эффективность использования для дубрав орудий, осуществляющих уничтожение лишь надземной части нежелательной растительности. Большинство орудий, воздействующих не только на надземную часть, но и на корни с одновременной обработкой почвы, в малой степени отвечают условиям нераскорчеванных дубовых вырубок. Такие орудия содержат элементы, неспособные эффективно преодолевать препятствия в виде пней и корней, будь то стрельчатые лапы, ножи фрезерных орудий или выкопочные скобы.
Таким образом, в настоящее время нет орудий для проведения агротехнических уходов в междурядьях культур, обладающих комплексом таких свойств как высокая производительность при малой стоимости агрегата и эксплуатационных издержек, приспособленность к работе на нераскорчеванных дубовых вырубках, позволяющая эффективно обрабатывать почву с одновременным уничтожением нежелательной растительности.
Совмещение операций рыхления почвы и уничтожения нежелательной растительности позволит сэкономить значительные средства при, практически, тех же затратах труда. Одним из способов достижения данной цели, является разработка комбинированного рабочего органа культиватора, который совместил бы достоинства как лемешных, так и дисковых рабочих органов. При этом повышение полноты уничтожения сорной растительности может быть достигнуто за счет применения лемешных рабочих органов, а их работоспособность в условиях вырубок обеспечивается установкой черенкового ножа криволинейной формы и пружинного предохранительного механизма на каждый рабочий орган.
Литература:
1. Альтернативные системы земледелия и их экологическое значение [Текст]: учеб. / В. А. Черников, Р. М. Алексахин, А. В. Голубев — М.: Колос, 2000. — 535с.
2. Бельчиков В. П. Современные возможности химического ухода за культурами кедра. [Текст] / В. П. Бельчиков, А. А. Бубнов // Лесн. хоз-во. — 1998. — № 6. — С. 33–34.
3. Василенко, П. М. Культиваторы [Текст]: учеб. / П. М. Василенко, П. Т. Бабий. — Киев: Изд-во Укр. акад. с.-х. наук, 1961. — 239 с.
4. Гончаров, П. Э. Повышение эффективности рабочих органов дисковых борон при обработке почвы на вырубках [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.21.01 / Гончаров П. Э. — Воронеж, 1998. — 17 с.
5. Казаков В. И. Обоснование технологических параметров процесса фрезерования почвы с древесными включениями на нераскорчеванных вырубках [Текст]: автореф. дис. …канд. техн. наук: 05.21.01 / Казаков В. И. — Пушкино, 1982. — 19с.
6. Калиниченко, Н. П. Лесовосстановление на вырубках [Текст]: учеб. пособие / Н. П. Калиниченко, А. И. Писаренко, Н. А. Смирнов. — М.: Экология, 1991. — 384 с.
7. Кирюшин, В. И. Методика разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур [Текст]: учеб. пособие / В. И. Кирюшин; Моск. с.-х. акад. им. К. А. Тимирязева. — М.: 1995. — 81 с.
8. Протокол испытаний № 06–50–2000 (4160022) Кировская государственная зональная машиноиспытательная станция [Электронный ресурс] Режим доступа: // sistemamis.ru/protocols/bd/ki5000.doc / 18.12.2000
9. Разработать машину для понижения пней дуба и орудие для обработки почвы на вырубках по пониженным пням в дубравах [Текст]: промежуточный отчет о НИР / А. И. Васнев, В. И. Вершинин. — Воронеж, 1991. — 100с.
10. Ресурсосберегающие системы обработки почвы [Текст]: учеб. / под ред. Макарова И. П. — М.: Агропромиздат, 1990. — 242 с.
11. Ресурсосберегающие технологии земледелия [Текст] / Г. Н. Черкасов // Сборник докл. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 35-летию Всерос. НИИ земледелия и защиты почв от эрозии, и Междунар. шк. молодых ученых и специалистов «Перспектив. технологии для современ. с.-х. производства»: сб. науч. тр. / Рос. акад. с.-х. наук, Всерос. науч.-исслед. ин-т земледелия и защиты почв от эрозии — Курск, 2005–563 с.
12. Родин, С. А. Теоретические и практические аспекты повышения результативности исскуственного выращивания леса [Текст] / С. А. Родин, А. Р. Родин // Лесн. хоз-во. — 2005. — № 1. — С. 36–39
13. Соколов, А. И. Контактная обработка нежелательной растительности гербицидами в культурах ели [Текст] / А. И. Соколов // Лесн. хоз-во. — 1998. — № 6. — С. 34–36.
14. Тринка, Д. Е. Огневой агрегат для борьбы с вредителями и сорной растительностью сельскохозяйственных культур [Текст] / Д. Е. Тринка // Труды Кишиневсго СХИ сб. науч. тр. / КСХИ. — Кишинев, 1972. — Вып. 109. — С. 87–108.
15. Bligh, K. J. A review of machinery for cropping with reduced water erosion [Электронный ресурс] // Resource management technical report № 66 / Department of agriculture western Australia — Australia, 2001–48 p. Режим доступа: // www.agric.wa.gov.au/content/ archive/tr066.pdf
16. Lister, T. W. Forest harvesting disturbance and site prepation effects on soil processes and vegetation in a young pine plantation [Текст] // partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science of forestry / Virginia Polytechnic Institute and State University — Blacksburg, 1999.– 114 р.
17. Physical Weed Control [Электронный ресурс] // 4th EWRS Workshop / Compiled and produced by Daniel C. — Elspeet, Netherlands: European weed research society, 2002. — 72 p. Режим доступа //www.ewrs.org/physical-control
18. Salon international de la machine agricole, Numéro spécial SIMA 1976 [Текст] / INTERCETEF. — Paris, 1976. — p. 3–56
19. Sharon D. Integrated Management of Leafy Spurge, NDSU Extension Service [Текст] / North Dakota State University of Agriculture and Applied Science, and U. S. Department of Agriculture cooperating. — North Dakota: Fargo, 1995. — 27 р.
20. Steel in the field. A farmer’s guide to weed management tools [Текст] / Edited by Bowman G. — Beltsville: U.S. department of agriculture, 2002. — 128 р.
21. Training Guide The Common Sense Approach to Natural Resource Conservation [Электронный ресурс] // CORE 4 / United States Department of
22. William, A. Lakel, III. Slash mulching and incorporation as mechanical site preparation for pine plantation establishment and subsequent effects on soil moisture and site hydrology [Текст] // partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science / Virginia Polytechnic Institute and State University — Blacksburg, 2000. — 81 р.
