Stubble cultivation under minimum tillage (KULUNDA)

Minimum Tillage (Российская Федерация)

Минимальная обработка

Описание

Minimum tillage is a one-pass operation combined with sowing, using a classic Russian seeder modified for seedbed preparation and soil mixing. It can include shallow stubble cultivation after harvesting.

Minimum tillage is a key element of the "adapted Soviet cropping system", which aims at more sustainable land use but based on predominantly local technologies. For successful implementation of minimum tillage, adaption of the whole cropping system is required, including crop rotation. Rotation includes a succession of cereal crops (e.g. spring wheat), legumes (peas), and oil seed crops. Stubble cultivation in autumn is best performed with the "Catros" compact disc harrow for a quick, shallow operation. Seedbed preparation is carried out using a classic Russian seeder modified with wing shares for shallow seedbed preparation including soil mixing. In general, the performance of this drill is very close to that of a cultivator.

Minimizing tillage, saves time and fuel, and also helps to reduce evaporation, as well as protecting the soil against erosion. Shallow tillage with disc harrows after harvest ensures better stubble mixing and stimulates the germination of weed seeds. The adapted seeder, SZS 2.1, works with wing shares that open the soil and place the seed. Thus traditional deep tillage operations for the preparation of the seedbed can are omitted: that helps to reduce costs. With respect to crop protection, the first and most important element is to implement a full crop rotation. To control late germinating weeds and seeds of the previous crop, a disc harrow is used for shallow cultivation – this can be supplemented by the application of a non-selective herbicide if there is germination - to avoid the risk of flowering before the hard frost sets in. Fertilization becomes more important, because of the decreased mineralization rate under minimized soil tillage, especially at the beginning of the conversion of the cropping system.

The Technology including crop rotation was tested in the field in 4 test plots with 4 repetitions at the test site in Poluyamki. Results showed that the intensity of soil tillage and seeding methods used had a great influence on crop establishment and expected yields. It was demonstrated that minimizing tillage leads to higher water use efficiency and highest yields. Positive effects were also observed regarding soil structure and soil fertility already after 3 years. Minimized soil disturbance led to higher aggregate stability, which leads to a lower risk of wind erosion, increased soil organic carbon storage and soil fertility as well as available soil water content. The adapted Soviet system is more profitable, due to higher gross margins.

The test site in Poluyamki is located in the dry steppe of the border region next to Kazakhstan, where, due to the climatic conditions, no natural afforestation occurs, and the planted windbreaks don’t grow vigorously due to the prevailing aridity. The annual precipitation is under 300 mm a year. Probably the greatest climatic influence factor is the precipitation - in terms of quantity and space/ time distribution and, due to high summer temperatures, the high rates of evapotranspiration. The total yearly precipitation rate is the primary yield-limiting factor in all steppe regions. The ratio between precipitation and evaporation is negative. In the late weeks of spring, prolonged droughts must be expected in 5-year cycles, limiting germination and crop establishment. The soils are classed among those of cool-tempered grasslands. Due to their physical and chemical characteristics, these soils (Chernozems and Kastanozems) have high agronomic potential.

Местоположение

Местоположение: Mikhaylovski district (Pavlovski district, Mamontovski district), Russian Federation/Altai Krai, Российская Федерация

Число исследованных участков, где применяется Технология:

Географическая привязка выбранных участков
  • 79.90727, 52.0675

Пространственное распространение Технологии: равномерно-однородное применение на определенной площади (0.13 km²)

На постоянно охраняемой территории?:

Продолжительность применения Технологии: менее 10 лет назад (недавняя)

Тип внедрения/ применения
The scheme shows the design of the test field “KULUNDA II” in Poluyamki. It consists of various test plots bellowing to different farming systems (Lars-Christian Grunwald)
Test plots of the three cropping systems studied: conventional, adapted and modern in Poluyamki, . Between the test plots, the protective strips can be seen. (Patrick Illiger)

Классификация Технологии

Основная цель
  • повышение производства
  • снижение или предотвращение деградации земель, восстановление нарушенных земель
  • сохранение экосистем
  • защита бассейнов рек (приводораздельной части/ нижнего течения) – в сочетании с другими Технологиями
  • сохранение/ повышение биоразнообразия
  • снижение риска стихийных бедствий
  • адаптация к изменению климата / экстремальным погодным явлениям и их последствиям
  • смягчение последствий изменения климата
  • создание благоприятных экономических условий
  • создание благоприятных социальных условий
Землепользование

  • Пахотные угодья и плантации
    • Однолетние культуры
    Число урожаев за год: 1

Водоснабжение
  • богарные земли
  • сочетание богарных и орошаемых земель
  • полное орошение

Цель, связанная с деградацией земель
  • предотвращение деградации земель
  • снижение деградации земель
  • восстановление/ реабилитация нарушенных земель
  • адаптация к деградации земель
  • не применимо
Тип деградации, на борьбу с которым направлена
  • водная эрозия почв - ВЭп: поверхностная эрозия/смыв верхних почвенных горизонтов
  • ветровая эрозия почв - Эп: утрата плодородного слоя почвы, Эд: дефляция и неравномерная аккумуляция, Эд: косвенное влияние ветровой эрозии
  • ухудшение химических свойств почв - Хп: Снижение плодородия и уменьшение содержания органического вещества (вызванное не эрозией, а другими причинами)
  • ухудшение физических свойств почв - Фу: уплотнение
Категория УЗП
  • Минимальная обработка почв
Мероприятия УЗП
  • Агрономические мероприятия - A1: Растительный/ почвенный покров, A2: Органическое вещество/ почвенное плодородие, A3: Поверхностная обработка почв (A 3.2: Reduced tillage (> 30% soil cover))
  • управленческие мероприятия - У2: Изменение формы/ интенсивности хозяйствования

Технический рисунок

Технические характеристики
Soviet Seeder SZS 2.1 with wing shares for shallow soil mixing and seed bed preparation.
Location: Poluyamki. Altai Krai
Date: 20.05.2015

Technical knowledge required for field staff / advisors: high
Technical knowledge required for land users: high
Main technical functions: improvement of topsoil structure (compaction), increase in organic matter, increase of infiltration, increase / maintain water stored in soil, sediment retention / trapping, sediment harvesting
Secondary technical functions: control of raindrop splash, control of dispersed runoff: retain / trap, control of dispersed runoff: impede / retard, control of concentrated runoff: retain / trap, control of concentrated runoff: impede / retard, improvement of surface structure (crusting, sealing), improvement of subsoil structure (hardpan), stabilisation of soil (eg by tree roots against land slides), increase in nutrient availability (supply, recycling,…), reduction in wind speed, increase of biomass (quantity)

Better crop cover
Material/ species: Crop rotation without bare fallow
Mulching
Material/ species: stubble cultivation with disc harrow or harrow weeder
Quantity/ density: 1/year
Green manure
Material/ species: pea
Mineral (inorganic) fertilizers
Material/ species: fertilization with calcium ammonium nitrate
Quantity/ density: yearly
Remarks: (100kg/ha (spring wheat and rape), 50kg (pea)
Rotations / fallows
Material/ species: wheat-pea-wheat-raps
Minimum tillage
Material/ species: Catros (disc harrow) and Seeder СЗС2.1 (wing shares)
Remarks: Catros (depth: 10 cm) after harvest (autumn) and Seeder in May)
Non-inversion tillage
Material/ species: Catros (disc harrow) and Seeder СЗС2.1 (wing shares)
Remarks: Catros (depth: 10 cm) after harvest (autumn) and Seeder in May)
Author: Lars-Christian Grunwald

Запуск и текущее обслуживание: мероприятия, необходимые ресурсы и затраты

Подсчет вложений и затрат
  • Подсчитанные затраты:
  • Денежные единицы, использованные для подсчета затрат: н/п
  • Обменный курс (к доллару США): 1 USD = недоступно
  • Средний размер дневного заработка для нанятых работников: недоступно
Наиболее значимые факторы, влияющие на стоимость затрат
The highest cost factors of minimum tillage are equipment, fuel, fertilizer and seeds. Compared to the conventional deep ploughing often without fertilizer application, fertilizer and pesticides are the main additional cost factors.
Мероприятия, необходимые для начала реализации
n.a.
Текущее обслуживание
  1. Stubble cultivation (Сроки/ повторяемость проведения: september)
  2. Seeding (Сроки/ повторяемость проведения: late april/early may)
  3. Seeding (extension) (Сроки/ повторяемость проведения: None)
  4. Pest management (Сроки/ повторяемость проведения: period of vegetation)
  5. Pest management (extension) (Сроки/ повторяемость проведения: None)
  6. Harvest (Сроки/ повторяемость проведения: september)
Стоимость вложений и затрат по эксплуатации
Опишите затраты Единица Количество Затраты на единицу (н/п) Общая стоимость на единицу (н/п) % затрат, оплаченных землепользователями
Оплата труда
labour ha 1,0 4,34 4,34 100,0
Оборудование
machine use ha 1,0 37,4 37,4 100,0
fuel ha 1,0 47,34 47,34 100,0
Посадочный материал
seeds ha 1,0 25,3 25,3 100,0
Удобрения и ядохимикаты
fertilizer ha 1,0 30,83 30,83 100,0
pesticides ha 1,0 9,42 9,42 100,0
Общая стоимость поддержания Технологии 154.63
Общие затраты на поддержание Технологии в долларах США 154.63

Природные условия

Среднегодовое количество осадков
  • < 250 мм
  • 251-500 мм
  • 501-750 мм
  • 751-1000 мм
  • 1001-1500 мм
  • 1501-2000 мм
  • 2001-3000 мм
  • 3001-4000 мм
  • > 4000 мм
Агроклиматическая зона
  • влажная
  • Умеренно-влажная
  • полузасушливая
  • засушливая
Дополнительные характеристики климата
Thermal climate class: temperate
Склон
  • пологие (0-2%)
  • покатые (3-5%)
  • покато-крутые (6-10%)
  • крутые (11-15%)
  • очень крутые (16-30%)
  • чрезвычайно крутые (31-60%)
  • обрывистые (>60%)
Формы рельефа
  • плато/ равнины
  • гребни хребтов/холмов
  • склоны гор
  • склоны холмов
  • подножья
  • днища долин
Высота над уровнем моря
  • 0-100 м над уровнем моря
  • 101-500 м н.у.м.
  • 501-1000 м н.у.м.
  • 1001-1500 м н.у.м.
  • 1501-2000 м н.у.м.
  • 2001-2500 м н.у.м.
  • 2501-3000 м н.у.м.
  • 3001-4000 м н.у.м.
  • > 4 тыс. м н.у.м.
Технология применяется в
  • в условиях выпуклого рельефа
  • в ситуациях вогнутого рельефа
  • не имеет значения
Мощность почв
  • поверхностные (0-20 см)
  • неглубокие (21-50 см)
  • умеренно глубокие (51-80 см)
  • глубокие (81-120 см)
  • очень глубокие (> 120 см)
Гранулометрический состав (верхнего горизонта)
  • грубый крупнозернистый/ лёгкий (песчаный)
  • средние фракции (суглинистый, супесчаный)
  • тонкодисперсный/ тяжёлый (глинистый)
Гранулометрический состав (на глубине более 20 см)
  • грубый крупнозернистый/ лёгкий (песчаный)
  • средние фракции (суглинистый, супесчаный)
  • тонкодисперсный/ тяжёлый (глинистый)
Содержание органического вещества в верхнем почвенном горизонте
  • высокое (> 3%)
  • среднее (1-3%)
  • низкое (< 1%)
Уровень грунтовых вод
  • на поверхности
  • < 5 м
  • 5-50 м
  • > 50 м
Доступность поверхностных вод
  • избыток
  • хорошая
  • средняя
  • недостаточны/ отсутствуют
Качество воды (без обработки)
  • питьевая вода хорошего качества
  • питьевая вода плохого качества (необходима обработка)
  • исключительно для сельскохозяйственного использования (орошение)
  • непригодная для использования
Качество воды относится к:
Является ли солёность воды проблемой?
  • Да
  • Нет

Повторяемость затопления
  • Да
  • Нет
Видовое разнообразие
  • высокое
  • средняя
  • низкое
Разнообразие местообитаний
  • высокое
  • средняя
  • низкое

Характеристика землепользователей, применяющих Технологию

Рыночная ориентация
  • натуральное хозяйство (самообеспечение)
  • смешанный (натуральный / коммерческий)
  • товарное/ рыночное хозяйство
Доходы из других источников
  • < 10% всех доходов
  • 10-50% всех доходов
  • > 50% всех доходов
Относительный уровень достатка
  • очень плохой
  • плохой
  • средний
  • обеспеченный
  • весьма обеспеченный
Уровень механизации
  • ручной труд
  • тягловая сила
  • механизировано/ есть автотранспорт
Осёдлый или кочевой
  • Осёдлый
  • Полукочевой
  • Кочевой
Индивидуальное или коллективное хозяйство
  • частное/ домовладение
  • группа/ община
  • кооператив
  • использующее наемных работников (компания, государство)
Пол
  • женщины
  • мужчины
Возраст
  • дети
  • молодёжь
  • средний возраст
  • пожилой
Площадь, используемая домохозяйством
  • < 0,5 га
  • 0,5-1 га
  • 1-2 га
  • 2-5 га
  • 5-15 га
  • 15-50 га
  • 50-100 га
  • 100-500 га
  • 500-1000 га
  • 1000-10000 га
  • > 10000 га
Масштаб
  • мелкое
  • среднего размера
  • крупное
Собственность на землю
  • государственная
  • частной компании
  • общинная/ поселковая
  • коллективная
  • индивидуальная, не оформленная в собственность
  • индивидуальная, оформленная в собственность
Права на землепользование
  • неограниченное (неконтролируемое)
  • общинное (контролируемое)
  • аренда
  • индивидуальное
Права на водовользование
  • неограниченное (неконтролируемое)
  • общинное (контролируемое)
  • аренда
  • индивидуальное
Доступ к базовым услугам и инфраструктуре
медицинское обслуживание

плохой
хорошая
образование

плохой
хорошая
технические консультации

плохой
хорошая
занятость (вне хозяйства)

плохой
хорошая
рынки

плохой
хорошая
электроснабжение

плохой
хорошая
транспорт и дорожная сеть

плохой
хорошая
водоснабжение и канализация

плохой
хорошая
финансовые услуги

плохой
хорошая

Влияние

Социально-экономическое воздействие
Продуктивность сельскохозяйственных культур
снизил.
увеличил.


In the first years after the change of the cropping system, there is an increased risk of crop losses due not correct/suitable management of the new cropping system

сельскохозяйственные издержки
увеличил.
снизил.


mainly for initial investments and herbicides in the first years

доходы хозяйства
снизил.
увеличил.


but increase of costs for herbicides and fertilizer; decrease for fuel and labor

Increase use of herbicide applications
increased
decreased


particular necessary in the first years after the imlementation of the minimum tillage system

Социальное и культурное воздействие
продовольственная безопасность/ самообеспечение
снизил.
улучшил.


In general yes, but food security is not a problem in this region.

смягчение конфликтов
ухудшил.
улучшил.

Экологическое воздействие
поверхностный сток
увеличил.
снизил.

испарение
увеличил.
снизил.

влажность почв
снизил.
увеличил.

почвенный покров
снизил.
улучшил.

утрата почв
увеличил.
снизил.

уплотнение почв
увеличил.
сократил.

круговорот/ восполнение питательных веществ
снизил.
увеличил.

почвенное / подземное органическое вещество/ углерод
снизил.
увеличил.

полезные виды (дождевые черви, опылители, некоторые хищники)
снизил.
увеличил.

выбросы углекислого газа и парниковых газов
увеличил.
снизил.

скорость ветра
увеличил.
снизил.

Increased use of herbicide application
increased
decreased


Especially in the first years after the implementation of the minimum tillage system.

Влияние за пределами территории применения
доступность воды (подземные воды, источники)
снизил.
увеличил.


there is a higher content of soil moisture under minimum tillage than under traditional ploughing especially in dry weather periods / drought periods.

отложения, переносимые ветром
увеличил.
сократил.

ущерб прилегающим полям
увеличил.
сократил.

Анализ эффективности затрат

Насколько получаемый результат сопоставим с первоначальными вложениями
Эффективность затрат в краткосрочной перспективе
крайне отрицательно
очень позитивное

Эффективность затрат в долгосрочной перспективе
крайне отрицательно
очень позитивное

Насколько получаемый результат сопоставим с затратами на техническое обслуживание
Эффективность затрат в краткосрочной перспективе
крайне отрицательно
очень позитивное

Эффективность затрат в долгосрочной перспективе
крайне отрицательно
очень позитивное

Изменение климата

Постепенное изменение климата
среднегодовые температуры увеличилось

очень плохо
очень хорошо
Экстремальные явления, связанные с изменением климата (стихийные бедствия)
местные ливневые дожди

очень плохо
очень хорошо
местные ураганы

очень плохо
очень хорошо
засухи

очень плохо
очень хорошо
Другие воздействия, связанные с изменением климата
сокращение вегетационного периода

очень плохо
очень хорошо

Внедрение и адаптация

Доля землепользователей (в процентах), применяющих Технологию
  • отдельные случаи/ эксперимент
  • 1-10%
  • 11-50%
  • > 50%
Среди применяющих Технологию землепользователей, какова доля лиц, применяющих её по собственной инициативе, т.е. без какого-либо материального стимулирования со стороны?
  • 0-10%
  • 11-50%
  • 51-90%
  • 91-100%
Была ли Технология УЗП модифицирована в недавнее время с целью адаптации к меняющимся условиям среды?
  • Да
  • Нет
К каким именно изменяющимся условиям среды?
  • изменения климата/ экстремальные погодные явления
  • изменяющиеся условия рынка
  • доступность рабочей силы (например, из-за миграции населения)

Заключительные положения и извлечённые уроки

Сильные стороны: по мнению землепользователей
Сильные стороны: по мнению составителя или ответственных специалистов
  • Increase of soil aggregate stability and improved soil structure thus better erosion control and protection of soil organic matter will improve soil fertility and water holding capacity
  • Minimization of evaporation losses through the mulch layer
  • Protection of soil organisms thus ensuring natural soil forming processes
  • Lower input costs (materials, fuel, labour, time) and quicker field operations.
  • A great advantage of the tested ‘minimum tillage’ in contrast to ‘no till‘ is that the former needs no new machinery because of the use and adaptation of old Soviet machinery.
Слабые стороны/ недостатки/ риски: по мнению землепользователейвозможные пути преодоления
Слабые стороны/ недостатки/ риски: по мнению составителя или ответственных специалистоввозможные пути преодоления
  • Need for comprehensive system knowledge and risk of significant crop losses in case of incorrect implementation Knowledge transfer, Capacity building and extension services, State support (subsidies for new technologies)
  • Application of chemical herbicides leads to higher costs and possible ecological risks Selective spraying using the “Amaspot” system that is based on infrared detection of weeds.
  • Higher requirements for fertilizers, especially at the beginning, due to lower mineralization rates and less nutrient availability compared to conventional cultivation Higher fertilizer application in the first years after conversion.
  • Challenging straw management that leads to higher risk of fungal infestation and poorer field crop emergence Good straw management: effective straw chopping and spreading as well as stubble cultivation for an optimal straw/ soil ratio.

Справочные материалы

Составитель
  • Peter Liebelt
Editors
Рецензент
  • Alexandra Gavilano
  • Deborah Niggli
  • David Streiff
Продолжительность применения Технологии: 23 июня 2016 г.
Последнее обновление: 17 июня 2019 г.
Ответственные специалисты
Полное описание в базе данных ВОКАТ
Связанные данные по УЗП
Документирование осуществлялось при участии
Организация Проект
This work is licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareaAlike 4.0 International