Основное производство яровой сильной пшеницы в Республике сосредоточено в степной зоне Северного Казахстана. Эта зона характеризуется резкоконтинентальным климатом, засушливым летом, проявлением ветровой эрозии почв. Основным лимитирующим фактором, предопределяющим уровень урожаев и их устойчивость по годам, является количество влаги в почве. Ее наличие обеспечивается как летними, так и зимними осадками и их впитыванием в почву. Однако лишь небольшая доля этих осадков идет на формирование урожая. Так, среднегодовое количество осадков в Северном Казахстане лежит в пределах 300-400 мм. Достигнутый минимальный расход влаги на формирование одного центнера зерна 10-11 мм. Следовательно, при стопроцентном использовании осадков возможен уровень урожая 30-35 ц/га. Фактический средний урожай в несколько раз ниже. Достижение стопроцентного использования осадков нереально, но реально частичное использование зимних осадков, выпадающих на неудобьях, пастбищах. Площадь этих земель значительно, соизмерима с площадью освоенных. Перенос зимних осадков поземками и метелями, снегозадержание позволяет управлять этими процессами. Более полное использование зимних осадков может привести к уменьшению стока талых вод, высыханию и загрязнению водоемов. Поэтому решение вопроса повышения эффективности использования осадков должно быть тесно связано с улучшением среды обитания человека, преумножением флоры и фауны.
Повышение эффективности использования осадков, возможно, многими способами, которые с одной стороны служат для реализации определенных направлений, с другой - могут быть реализованы различными технологическими и биологическими приемами. Таким образом, повышение эффективности использования осадков - большая научно- производственная проблема, требующая системного подхода и современных методов научного исследования: системотехники, анализа сложных систем, исследования операций.
Хотя влага является лимитирующим фактором, но сама по себе она является лишь своего рода катализатором, необходимым, но лишь промежуточным элементом жизнедеятельности растений и всех живых организмов. Одна из основных ее функций - транспортирование элементов питания из почвы в живую клетку, а в клетке - между ее органами. Оптимальная концентрация этих элементов в воде для каждого растения в различных условиях - различна. Найти этот оптимум - фундаментальная задача биологической науки, а обеспечить эту концентрацию - задача агрохимической науки, технологическое ее выполнение призвана обеспечить агрономическая служба, а техническое - инженерная.
Кроме того, выращенный урожай необходимо убрать и обеспечить его сохранность. Исследования показывают, что ежегодно до 20-30% урожая теряется (потери при уборке, транспортировке, обработке, порча при временном и длительном хранении). Потери урожая - это не только потери вложенного в него труда, но и потери уже использованной влаги на его формирование.
Таким образом, показатели использования влаги и ее потерь могут являться связующим звеном между всеми технологическими процессами. Разработка таких показателей - краеугольный камень излагаемой концепции.
Основные направления исследований. Проблема усвоения повышенной концентрации питательных веществ в воде, используемой растениями, должна решаться биологами и селекционерами. Селекция засухоустойчивых растений базируется на этой основе. Однако, основным методом селекции традиционно является отдаленная гибридизация с привлечением в скрещивания различных эколого-географических образцов. Этот метод требует постоянного увеличения количества комбинаций скрещиваний различных сортообразцов в надежде получить желаемый конечный результат. При этом методе очень трудно гарантировать конечный положительный результат и многочисленные комбинации скрещиваний рассматриваются как черный ящик. Меняя входные параметры - исходный материал, определяют величину выходных параметров - урожайность и засухоустойчивость. Предлагаемая концепция требует анализа процессов в «черном ящике» с точки зрения управления растением, изменяя и повышая его экологическую пластичность. В этом случае процесс селекции будет проходить более эффективно, селекционер будет видеть и промежуточные результаты. Вероятность выбора оптимального направления селекции значительно возрастет. А селекция будет больше отходить от искусства и интуиции и приближаться к научно обоснованным методам.
Одновременно следует вести работы по оптимизации структуры посевов, соотношения в них сортов с различным вегетационным периодом. Это позволит при отсутствии прогноза погоды или при их низкой достоверности получать, по крайней мере, минимум запрограммированного урожая.
В то же время сводить всю селекцию к засухоустойчивости растений будет ошибкой. На засухоустойчивость влияют и многие другие факторы; рост и ритм развития растений, мощность корневой системы, ее способность проникать в глубокие горизонты почвы и т.д. Однако все эти факторы должны быть изучены в комплексе, обоснована их значимость для засухоустойчивости, разработаны методы оценки этой значимости. Вполне, вероятен и такой исход, что будут выявлены биологические и химические закономерности, протекающие в растениях, которые ограничивают возможность управления определенными факторами. В этом случае необходимо будет сосредоточить усилия на управлении теми факторами, пределы которых жестко не ограничены.
Обеспечить оптимальные режимы питаний растений, призвана агрохимическая служба. До последнего времени ее функция сводилась к внесению удобрений, как правило, одного или нескольких типов. Научные исследования были сосредоточены на изучении влияния дозы этих удобрений и глубины внесения на урожай. Таким образом, и здесь сложная система почва- растение рассматривалось как черный ящик. Но так как, количество ингредиентов, их соотношение, доза внесения, глубина и способы внесения - имеют бесконечное количество сочетаний со свойствами почвы, то исследования в этой области также проводятся методом проб и ошибок, и зависят от удачи, интуиции исследователей. Если же создатели сорта смогут четко обосновать оптимальное сочетание питательных веществ для него, то агрохимики смогут более целенаправленно искать способы обеспечения режимов питания.
Эти режимы, очевидно, зависят не только, а может быть и не столько, от сорта, сколько от температуры, относительной влажности воздуха, фазы развития растения и т. д. и т. п. Здесь также предстоит изучить динамику питания растений, ее зависимость от почвенных, климатических условий. Вполне вероятен и такой случай, что будут обоснованы способы защиты растений от воздействия высоких температур и низкой влажности воздуха без увеличения потребления растениями воды. Известно, что, стремясь за более доступной влагой, корневая система растений распространяется на большую глубину. На такую глубину и целесообразно «загонять» влагу, чтобы сократить ее бесполезное испарение из почвы. Но на этой глубине практически отсутствуют питательные вещества. Поэтому и влага из этих слоев практически используется лишь для защиты растений от воздействия высоких температур. Как ее (влагу) использовать для формирования урожая - скорее всего, могут решить агрохимики. Очевидно, необходимо влагу, перемещающуюся на большие глубины насыщать питательными веществами, необходимыми растению для формирования урожая на последних этапах развития растения. Но для этого, надо четко знать: какие элементы питания нужны растениям на этих этапах. Поэтому следует разрабатывать методы изучения этого явления. Скорее всего, здесь применимы методы меченых атомов.
Создавая возможность проникновения влаги на большие глубины, следует иметь ввиду, что часть этой влаги будет уходить в подпочвенные воды и питать родники и колодцы. Следовательно, насыщая ее элементами питания, необходимо обеспечить ее безвредность при использовании человеком. Однако на первом этапе необходимо решить проблему обеспечения безвредности стоковых вод. До последнего времени этому также не уделялось внимания. Проблема эта должна решаться совместно с учеными, обеспечивающими снижение водной эрозии почв. Конечно, пока не решена еще и проблема смыва мелкозема и других твердых нерастворимых фракций. Но эта проблема уже имеет предварительное научное решение, а вот проблема уноса с талыми водами растворимых элементов еще не ставится.
Таким образом, перед агрохимической наукой стоит не одна, а комплекс проблем, решение которых может вооружить агрономическую науку знаниями, необходимыми для совершенствования технологии производства зерна и кормов.
В то же время перед агрономической наукой стоит комплекс своих проблем, часть из которых в научном плане решены, а часть требует своего решения.
Первая проблема - наиболее полное использование зимних осадков. Эта проблема - двуединая. С одной стороны необходимо накопление на полях зимних осадков, с другой – обеспечивание впитывания талых вод. В комплексе эта проблема не решена. Зачастую имеется рассогласование между возможностью впитывания и возможностью накопления. Это приводит либо к водной эрозии, либо к предпосевному дефициту влаги. Необходима разработка методики определения необходимого количества накопления снега на конкретном поле перед началом накопления. Нельзя сказать, что решена задача и впитывания талых вод. Накопление осенне- зимней влаги в почве пока далеко от оптимального значения, которое также не определено. Нет и методов этого определения. Плохо изучена физика процесса проникновения талой воды в почву при различном ее состоянии. Чем больше будет накапливаться в почве осенне-зимней влаги, тем больше ее будет испаряться из почвы помимо растения. Эти потери достигают до 30% и более. Пока что для «закрытия» влаги используется лишь один прием -ранневесеннее выравнивание почвы и мульчирование ее верхнего слоя. Если этот прием - единственно возможный в производстве, то еще нельзя сказать, что он достаточно отработан. Очень слабо для этих целей используется солома, в то время как ежегодно идет ее массовое весеннее сжигание. Нет способов борьбы с трещинообразованием, не выявлено даже влияние трещин на дополнительное испарение влаги из почвы. Очевидно, мульчирование должно быть таким, чтобы отрицательное влияние трещин было значительно уменьшено. Не изучено и положительное влияние трещин на накопление весенней влаги.
Вопросам использования летних осадков пока не уделяется никакого внимания. Наиболее эффективно они используются вторичной корневой системой растений. Способы ее развития, как и сохранения в сухом слое почвы не разрабатываются и не изучаются.
Конкурентом в использовании влаги и питательных веществ почвы являются сорняки. Главным способом борьбы является их уничтожение: механическое или химическое. Последнее небезопасно в экологическом отношении. Будущее, очевидно, за почвенными гербицидами. Слабо используется такой прием как повышение конкурентоспособности культурных растений. В научном плане этот вопрос разработан слабо, как впрочем, и биологические способы. Однако, биологические способы в ближайшие 15-20 лет навряд ли найдут широкое применение. Культурные растения лишь тогда становятся конкурентоспособными с сорными растениями, когда для них создаются более благоприятные условия, чем для сорняков. А эти условия обеспечиваются комплексом агротехнических мероприятий: подготовки почвы, посева, ухода за растениями. Как показали исследования, несвоевременное или небрежное выполнение технологических операций может приводить к угнетению растений, распространению сорняков, значительному недобору урожая. Многолетние исследования КазНИИЗХ по разработке почвозащитной системы земледелия, казалось бы, должны ответить на все вопросы выполнения тех или иных технологических операций. Однако научно - технический прогресс вызывает с одной стороны изменения техники для производства работ, появление новых гербицидов, инсектицидов, удобрений, с другой стороны меняются и возделываемые сорта культур. Все это вызывает изменения технологии возделывания. Если к тому же учесть бесконечное разнообразие почвенно-климатических условий, то станет ясно, что технология должна постоянно совершенствоваться, разрабатываться все более дифференцированно по условиям года и каждого поля. Но есть и научные проблемы, которые решены не в полной мере.
Известно, что оптимальная глубина заделки семян зависит от глубины просохшего слоя почвы. Но эта глубина является переменной величиной и даже на одном поле колеблется в значительных пределах. Противоэрозионные сеялки не способны копировать указанную глубину, и в большинстве случаев глубина заделки семян не оптимальна. Это приводит к излишнему пересушиванию почвы и значительному недобору урожая. Полевая всхожесть семян находится на низком уровне зачастую либо из-за завышенной глубины заделки, либо из-за заделки семян в сухой слой почвы. Последнее приводит к тому, что эти семена всходят после летних дождей и ведут к образованию так называемого «подгона».
Наиболее сложным и спорным вопросом является оптимальный севооборот. Наличие парового поля с одной стороны позволяет уничтожить многолетние сорняки, внести удобрения, с другой - снижает эффективность и использование влаги, вызывает риск водной и ветровой эрозии.
Научных исследований, направленных на безвредное снижение доли пара в севооборотах в широких масштабах практически не приводилось. Требуют пересмотра и другие рекомендации КазНИИЗХ по агротехнике возделывания культур с учетом разнообразия почвенно-климатических условий, новых средств и способов борьбы с сорняками, новой техники, критериев оценки эффективности использования осадков с широким привлечением теории вероятности и математической статистики.
Немалый недобор урожая, особенно в благоприятные годы, бывает от болезней и вредителей растений. Известно, что болезни легче предупредить, особенно опасны болезни, развивающиеся по типу цепной реакции. В этих случаях борьба с ними запаздывает, не приносит желаемого результата. Отсутствие специалистов в хозяйствующих субъектах приводит к безграмотному применению пестицидов и отрицательно влияет на экологию человека. Научная проблема в этой области состоит в изыскании способов предупреждения болезней и прогнозирования развития, как болезней, так и вредителей.
Наибольший ущерб моральный и материальный производство несет от потерь уже выращенного урожая. Эти потери достигают до 20 и более процентов. Авральные методы организации уборки, стремление решить проблему увеличением количества техники, обречены на неудачу. Эту проблему можно решить лишь на основе совершенствования организации уборочных работ и повышения производительности уборочной техники. Каждая культура и складывающиеся условия должны диктовать требования к технологии уборки и к уборочной технике. Задача науки - сломать шаблонный метод организации уборочных работ, разработать высокопроизводительную технику, обосновать требования к технологии почвообработки и посева, к состоянию полей.
Послеуборочная обработка призвана обеспечить длительное хранение зерна и подготовить его к использованию. Однако, несмотря на то, что в стране развиваются две самостоятельные системы обработки зерна, потери его после уборки по-прежнему велики. Зерно портится как на токах хозяйств, так и на хлебоприемных предприятиях. Причиной этого является низкая степень организации работ, отсутствие в стране единой политики в этом вопросе, неравноправность отношений хлебоприемных предприятий и хозяйств, отсутствие технических средств, способных стабильно работать в сложных условиях уборки и в широком диапазоне изменения качества и количества поступающего зерна с полей.
Необходимо с одной стороны перевести отношения между производителями сельскохозяйственной продукции и ее приемщиками на равноправные, партнерские, с другой - разработать системы обработки зерна, гарантирующие его сохранность.
Казалось бы, последние два технологических процесса вообще не связаны с повышением эффективности использования осадков. Но это смотря как считать. Если исходить из наличия хлеба в амбаре, а не в поле, то - связаны.
Но тогда закономерно встает вопрос о критериях и показателях оценки эффективности и использования осадков и других ресурсов. За критерии в большинстве случаев принимают соотношения между полученным и вложенным, между достигнутым и возможным. Поэтому в данном случае за критерии можно принять:
