На главнуюНаписать намenglish version
Эволюция технологий обработки почвы
Николай Шпаковский

15 июля 2011
Человек обрабатывает почву более 10 тысяч лет. Это только в школьном учебнике после главы об ирригационном земледелии Древнего Египта может следовать глава о подсечном земледелии древних славян. Реальный исторический процесс не имеет скачков во времени земледелие развивалось постепенно, и в этом развитии можно найти свои взлеты и падения, открытия и изобретения. Но главное в нем можно найти закономерности.

Закономерности есть в развитии любых технических средств и технологий. ТРИЗ утверждает, что на длительных временных отрезках в технико-технологической сфере можно проследить так называемую линию «развертывания- свертывания» (рис. 1).

Линия «Развертывание-свертывание» описывает цикл жизни технической системы от ее появления до замены новой системой, выполняющей аналогичную функцию.

Рис. 1. Изменение сложности системы, иллюстрируемое линией «Развертывание-свертывание»

Можно выделить следующие шаги этой линии:

1. Образование функционального ядра системы или технологического процесса
2. Введение в систему или процесс одного дополнительного объекта или операции
3. Введение нескольких дополнительных объектов или операций
4. Образование полного развернутого состава системы или процесса и обеспечение их удовлетворительной работоспособности
5. Удаление одного объекта или операции из системы или процесса
6. Удаление нескольких объектов или операций из системы или процесса
7. Переход к максимально свернутой системе или процессу

На этапе развертывания количество элементов, частей, подсистем технического устройства (или соответственно количество операций в технологии) возрастает это этап усложнения. На этапе свертывания они объединяются в цельную конструкцию, или множество технологических операций свертываются в одну, машина или технология упрощается.

Линия «Развертывание-свертывание» прослеживается во всех областях техники. Проиллюстрируем это на примере развития корпуса автомобиля.
Первые автомобили представляли собой обычные повозки, снабженные двигателем и системой управления. Говоря языком ТРИЗ, это было функциональное ядро автомобиля. Эти автомобили практически не имели кабины, ее функции выполняли отдельные элементы: рама, сиденья с невысоким бортиком вокруг них (рис. 2).

Рис.2. Развертывание -свертывание корпуса автомобиля в процессе его эволюции

Развертывание конструкции первых автомобилей происходило путем введения новых элементов носителей дополнительных функций.
Необходимость перемещения в темноте привела к появлению фар. Для защиты от погодных условий появились крыша и ветровое стекло. К тридцатым годам прошлого века конструкция автомобиля приобрела практически все элементы современного автомобиля.
С этого времени усилия проектировщиков были направлены в основном на свертывание элементов конструкции автомобиля (безусловно, процесс добавления функций не остановился, однако эта тенденция потеряла главенствующую роль).
Крыша и кабина были объединены в один узел. Фары потеряли собственные корпуса их функцию также взял на себя корпус автомобиля. Затем кабина была объединена с рамой, и появился несущий корпус основная деталь современного автомобиля.

Подобную закономерность можно проследить и в развитии технологий обработки почвы.


1. Посев в лунки

Люди начали возделывать культурные растения в то время, когда еще не приходилось говорить о каких-либо почвообрабатывающих орудиях. Зерна сеяли в землю без всякой обработки, протыкая лунки для них простой заостренной палкой. Воздействие на почву было минимальным. По сути дела это и была нулевая обработка почвы на низком, примитивном уровне. Борьба с сорняками и удобрение почвы проводились простейшим способом: поджигали лес, росший на месте будущего поля. Сорняки сгорали, а древесная зола служила прекрасным удобрением.

 

2. Обработка сохой

Количество людей на Земле увеличивалось, продуктов нужно было все больше. Следующий шаг в земледелии изобретение сохи, которую тянули люди или животные. Применение сохи позволило поднять производительность обработки почвы, но сама технология возделывания зерновых при этом мало изменилась. Просто вместо лунок зерна сажали в узкую борозду, проделываемую лезвием сохи. Борозду заделывали вручную или таскали по полю суковатую ветку прообраз современной бороны (рис. 3). Борьба с сорняками и удобрение почвы не претерпели изменений, благо лесов еще хватало

Рис. 3. Древние почвообрабатывающие орудия. a) борона-суковатка, b) соха, c) плуг

3. Плужная обработка почвы

Соха была эффективным орудием, пока можно было сжигать леса, расчищая и удобряя новые поля. Но так не могло продолжаться бесконечно… А на старых полях плодородие почвы падало. И тогда для повышения урожайности нашли новый способ обеспечить хорошее разрыхление и борьбу с сорняками.
Уже древние греки пользовались отвальным плугом, который запахивал сорняки на глубину, где они не могли прорасти. Классическая технология того времени: вспашка отвальным плугом, посев зерна вручную и боронование для заделки зерна в почву была намного прогрессивнее, чем подсечно-огневое земледелие.

 

4. Максимально развернутая технология обработки почвы

Повышение урожайности оставалось самым важным требованием, и экстенсивный путь развития земледелия казался единственно приемлемым. К вспашке добавлялись все новые и новые операции в соответствии с тенденцией «развертывание-свертывание».
Наиболее развернутая технология, применявшаяся в середине XX века, включала: вспашку, несколько культиваций, боронование и предпосевное выравнивание. Затем следовали посев и дополнительное прикатывание почвы. Мощность тракторов, глубина вспашки и ширина захвата плугов постоянно росли. Сами плуги совершенствовались, появились плуги для гладкой пахоты, не образующие развальной борозды. Почвообрабатывающие орудия объединялись в комбинированные агрегаты, по своей сложности и стоимости не уступающие автомобилям. Казалось, была одержана полная победа над природой.
Но победа оказалась пирровой. Тратились огромные ресурсы, в первую очередь нефть, затраты труда на обработку почвы превысили все мыслимые пределы. В результате верхний слой почвы был разрыхлен, как пух, а слой ниже плужной подошвы сильно переуплотнен колесами тракторов (рис. 8). В равнинных областях часто налетал ветер и вспаханный плодородный слой уносился с полей, оставляя за собой пустыню. Пылевые бури стали бичом земледельца, эрозия почв охватила десятки миллионов гектаров. Содержание гумуса в лучших черноземах упало с 10-12 до 5-6%. Земледелие зашло в тупик.

Вред, наносимый вспашкой, стал очевиден и передовые умы забили тревогу. Умнейший агроном Иван Евгеньевич Овсинский еще в начале века говорил: " Знаменитый Крупп своими снарядами военного разрушения не принёс столько вреда человечеству, сколько принесла одна фабрика плугов для глубокой вспашки. ".
Чем же, собственно, вреден плуг?
Прежде всего, отвал переворачивает почву, но почва это не просто земля, это сложный живой организм. В верхнем ее слое обитают бактерии, которые дышат кислородом, их называют аэробными. А глубже живут бактерии, которые на воздухе моментально погибают, их называют анаэробными. При обороте пласта те бактерии, которые могут жить только в верхнем слое, оказываются внизу и умирают от недостатка кислорода, а те бактерии, которые существуют в глубине почвы, попадают наверх и также гибнут. А ведь эти бактерии своей жизнедеятельностью обеспечивают плодородие почвы, накопление в ней гумуса.
Другая проблема, связанная с применением плуга, образование плужной подошвы, то есть слоя переуплотненной почвы на глубине 20-25 сантиметров. В нормальных условиях почва дышит: влага постоянно перемещается по капиллярам. При понижении атмосферного давления она поступает из глубины в  верхние слои почвы, а при понижении уходит на глубину. Когда плужная подошва перекрывает почвенные капилляры, естественная циркуляция влаги в почве прекращается, урожайность падает.

Рис. 4. Безотвальный рыхлитель

5. Безотвальная обработка почвы

О проблемах, связанных с применением плуга,  заявил на весь мир американский ученый Эдвард Фолкнер в своей книге «Безумие пахаря». Книга мгновенно стала бестселлером.
 Началась упорная борьба за внедрение безотвальной обработки почвы. Новый способ обработки исключал использование отвального плуга. Почва рыхлилась на глубину 10-15 сантиметров плоскорезами с широкими горизонтальными подрезающими ножами или чизельными рыхлителями, стойки которых имели узкие наконечники (рис. 5).

Рис. 5. Посев при нулевой технологии

С точки зрения технологической эволюции технологии обработки почвы началось ее свертывание. Была исключена ключевая, весьма энергоемкая операция, оборот почвенного пласта.
Энтузиасты нового метода работали в разных странах мира. В Советском Союзе эта борьба шла особенно тяжело, поскольку наука и идеология были тесно переплетены. Много сподвижников боролось за бесплужную обработку почвы. Идейным лидером стал известный агроном Терентий Мальцев. Титаническую работу по внедрению «безотвалки» провел секретарь Полтавского обкома Федор Моргун. Были и другие. Они клепали в сельских кузницах свои орудия, тайком выводили их на поля, и получали высокие урожаи, выговоры и разносы.
Технология совершенствовалась, понемногу удалось справиться с ее «детскими болезнями», главная из которых потребность очистить поля от злостных сорняков без их запашки. Эта проблема была решена с изобретением «умных» гербицидов, которые через некоторое время после использования распадаются на безвредные составляющие.
Нельзя сказать, что отказ от вспашки был совсем новым словом, крестьяне давно замечали, что на засушливом климате плуг приносит больше вреда, чем пользы.

Борьба с плугом получила свое отражение и в литературе. Николай Лесков в повести «Загон» показывает сопротивление крестьян-хлеборобов внедрению передовых по тем временам плугов. Они отстаивали свою технологию: рыхление верхнего слоя почвы сохой и бороной без отвальной вспашки.

"… По переселении орловских крестьян с выпаханных ими земель на девственный чернозем в Нижнем Поволжье Шкот решился здесь отнять у них их «Гостомысловы ковырялки», или сохи, и приучить пахать легкими пароконными плужками Смайля; но крестьяне такой перемены ни за что не захотели и крепко стояли за свою «ковырялку» и за бороны с деревянными клещами…
…А чтобы еще более поддержать авторитет своего англичанина, он (граф Перовский. примеч. Н. Ш.), развеселясь, обратился к «хозяевам» и спросил, хорошо ли плужок пашет.
Крестьяне ответили:
-Это как твоей милости угодно.
-Знаю я это; но я хочу знать ваше мнение: хорошо или нет таким плужком пахать?
Тогда из середины толпы вылез какой то плешивый старик малороссийской породы и спросил:
-Где сими плужками пашут (или орут)?
Граф ему рассказал, что пашут «сими плужками» в чужих краях, в Англии, за границею.
-То значится, в нiмцах?
-Ну, в немцах!
Старик продолжал:
-Это вот, значится, у тех, що у нас хлеб купуют?
-Ну да пожалуй, у тех.
-То добре!.. А тильки як мы станем сими плужками пахать, то где тогда мы будем себе хлеб покупать?.."

Во второй половине ХХ века безотвальная обработка начала бурно развиваться во многих странах мира, прежде всего в США и Мексике. Результат: лучшие условия для роста и развития растений, экономия топлива, сбережение почвы. Все это позволило сделать сильный рывок в урожайности, снизить трудозатраты и стоимость продукции. Произошло то, что сейчас называется «зеленой революцией», и которую наша страна благополучно проспала.

 

6. Минимальная обработка почвы

Следующим шагом на пути свертывания обработки почвы был переход к минимальной обработке, при которой глубина рыхления почвы равна глубине заделки семян, то есть гораздо меньше, чем при безотвальной. Основные положения этой технологии разработал в середине XIX века украинский агроном Иван Овсинский. Его взгляды жестко критиковались. Тем не менее Овсинский создал специальные орудия для неглубокой обработки почвенного слоя и успешно применил этот метод в собственном хозяйстве. Боронки специальной конструкции позволяли «надрать пуху» то есть, хорошо измельчить верхний слой вместе с растительностью. Получалось своеобразное одеяло, надежно укрывающее землю от солнца и мороза, задерживающее влагу и образующее уютную постель для семян.
Новая технология решала целый комплекс задач: сохраняла плодородие черноземов, помогала справиться с засухами, избавиться от вредителей и сорняков. Кроме того, резко снижались энергозатраты.

 

7. Нулевая обработка почвы

На смену минимальной обработке закономерно пришла нулевая.
Концепция нулевой обработки перекликается с принятым в ТРИЗ определением идеальной системы. В идеале при нулевой обработке нет вообще никакого воздействия на почву, но, несмотря на это, почва находится в состоянии, оптимальном для роста и развития растений. Благодаря равновесию между входящими в биоценоз организмами травами, культурными растениями, микроорганизмами необходимая работа человека сводится к минимуму. Сегодня нулевая технология это отсутствие обработки почвы, за исключением воздействия сеялки (рис. 6).


Нулевая обработка почвы это уже не обработка в обычном смысле слова. Скорее это обеспечение условий для получения оптимальной структуры почвы. То есть, обработки нет, а функция ее выполняется.

Таким образом, мы пришли к тому, с чего начали, линия развития на этом этапе пока закончена (Рис. 7). Дальше нужно ожидать развертывания технологий обработки почвы на каких-то новых принципах. Что это будет гидропоника, выращивание биомассы с переработкой ее в продукты питания на фабриках поживем, увидим.
Ну, а пока получается классический виток спирали. Технология земледелия прошла в своём развитии свой самый развёрнутый этап, люди увидели, что это не так хорошо, как хотелось бы. Сейчас земледелие,  в определенном смысле, опять возвращается к первым опытам человечества на первых примитивных грядках… Опытам, осмысленных на новом уровне
Еще одно. Если посмотреть на линию развития по  рис. 7, можно заметить  интересную, хотя и спорную закономерность.

Рис. 7

В ходе развития технологии обработки почвы видно, что объем трудозатрат очевидно уменьшается.  Но верно ли это? Наверное, снизить нагрузку на рабочие руки, тракторы, сеялки и на саму почву земледельцу можно только одним способом заменяя физический труд трудом умственным. И очень похоже, что общее количество работы  всё-таки остается постоянным, просто основная ее часть переходит в виртуальное пространство, в надсистему.  Например, для бесплужной борьбы с сорняками нужно придумать и изготовить специальные вещества, уничтожающие сорные растения,  но безвредные для культурных растений и человека. Здесь руками делу не поможешь, нужно включать голову.
Скорее всего, при развитии машин и технологий действует своеобразный закон сохранения работы, и суммарные затраты труда остаются постоянными. Просто меняется соотношение между физической и умственной работой в пользу последней.
Интересно бы посчитать поточнее…
                                                                           * * *

Подробнее об эволюции технических систем, линиях и деревьях их развития можно почитать в книге Н.А.Шпаковского «ТРИЗ. Анализ технической информации и генерация новых идей», выпущенной в московском издательстве Форум (www.mdk-arbat.ru/?book_id=647809). В книге описано применение  линий развития для  преобразования технических систем при решении изобретательских задач, обходе конкурирующих патентов и  прогнозе развития выпускаемых продуктов.

Вторая формула ТРИЗ / Семинар по обмену опытом (ТРИЗ коллоквиум №2) / Семинар по обмену опытом (ТРИЗ коллоквиум №1) / Эволюция технологий обработки почвы / Нари, нари, генари... / ТРИЗ и Six Sigma – друзья или соперники?  / Использование метода ФСА+ТРИЗ для совершенствования очесывающего зерноуборочного устройства / Беда в Мексиканском заливе (продолжение) / Беда в Мексиканском заливе / Этажи ТРИЗ / Алгоритм работы с изобретательскими проектами / История Галльской жатки  / Эмоциональная Toyota  / Безразмерные кроссовки / Переход на микроуровень одна из основных тенденций развития дисплея  / Преобразование структурно подобных элементов технических систем  / «Медный Всадник»  / ТРИЗ-приемы для арт-композиции / Человек и Техническая Система (часть II)
Идеи и решения / Инструменты и методы / Решённые задачи / Старые и новые байки / Эволюция
Алгоритмы решения задач / Деревья эволюции / Идеальный конечный результат / Приемы Альтшуллера / Противоречие / Ресурсы / Физические эффекты / ...
Автомобили / Безопасность / Дисплеи / Материалы с особыми свойствами / Медицина / Приятные мелочи / Юзабилити / ...
Обзорный семинар по ТРИЗ / Семинар «Прогнозирование как метод управления бизнесом» / Семинар «Технология обхода патентов»

Copyright © 2002-2017 «Генератор»
Авторы сайта Н.Шпаковский, Е.Новицкая