Эффективность использования универсальных культиваторов для разноглубинной обработки почвы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эффективность использования универсальных культиваторов для разноглубинной обработки почвы

В.И. Клименко, В.Р. Петровец, В.Л. Самсонов

В настоящей статье авторами указывается на необходимость создания универсальных агрегатов, позволяющих выполнять несколько технологических операций, заменив несколько машин одной. В частности, основное внимание уделено проведению как основной, так и предпосевной обработке почвы. Приведен анализ существующих конструкций культиваторов, а также предложен свой вариант решения проблемы - применение универсального культиватора при обработке почвы с планчато-зубовыми рыхлителями. Указаны преимущества предлагаемой конструкции и опытныеданные.

рыхлитель культиватор предпосевной почва

The article shows the necessity of creating universal machines, which can fulfill several technological operations and so replace several machines by one. In particular, special attention has been given to both the main and pre-sowing cultivation of soil. We have analyzed existing constructions of cultivators and suggested our variant of solving the problem - application of universal cultivator for soil tillage with plank-tooth looseners. We have shown advantages of this construction and test data.

Введение

Предпосевная обработка почвы - совокупность приемов механического воздействия на почву, выполняемых в определенной последовательности перед посевом сельскохозяйственных культур.

Задача предпосевной обработки почвы- максимально сохранить влагу в почве, очистить поле от сорняков, разрыхлить почву, заделать удобрения, создать влажный слой на глубине заделки семян.Предпосевная обработка почвы под яровые культуры начинается ранней весной с боронования зяби (покровного боронования), цель которого выровнять и разрыхлить поверхность почвы, чтобы предотвратить капиллярное испарение влаги. Оно проводится выборочно по мере наступления физической спелости почвы - сначала на легких по механическому составу почвах, на южных склонах и повышенных местах. На хорошо вспаханных осенью почвах легкого механического состава применяют легкие бороны и шлейфы, на глинистых заплывающих почвах - тяжелые бороны. Для лучшего выравнивания и рыхления почвы боронование проводят поперек вспашки или по диагонали, часто в несколько следов. Под рано высеваемые культуры (овес, ячмень, пшеница и др.) после покровного боронования проводят культивацию зяби; одновременно почву выравнивают бороной или шлейфом. Под поздно высеваемые культуры (просо, кукуруза, гречиха и др.) вслед за покровным боронованием дополнительно проводят глубокую культивацию (на тяжелых почвах на глубине 10-12 см, на средних - на глубине 8-10 см)с одновременным боронованием, что обеспечивает эффективное уничтожение многолетних сорняков. После этого участок культивируют на глубину заделки семян [9, 10].Приемы предпосевной обработки почвы, их последовательность в зависимости от природных и сложившихся погодных условий осени, зимы и весны могут видоизменяться. Например, предпосевная культивация зяби под посев ранних культур необходима, когда весной зябь сильно уплотнена. Если почва рыхлая, а весна засушливая, то лучшие результаты дает обработка почвы тяжелыми боронами. При возделывании мелкосеменных культур в систему предпосевной обработки почвы включают прикатывание почвы гладкими катками одновременно с предпосевной культивацией.

Культивацию проводят для рыхления почвы без ее оборачивания и уничтожения сорняков при подготовке к посеву во время ухода за парами и посевами.

Культивация - процесс неглубокого рыхления почвы без оборачивания слоя, сочетающегося с подрезанием сорняков.

Предпосевную культивацию выполняют на глубину заделки семян. Неравномерность глубины обработки не должна превышать ±1 см. Должны быть обеспечены следующие условия: верхний слой почвы мелкокомковатый, сорные растения полностью подрезаны, нижний слой почвы не вынесен наповерхность, дно борозды и поверхность поля ровные, высота гребней взрыхленного слоя не более 3-4 см, поэтому одновременно с культивацией, как правило, проводят боронование. Сплошную культивацию выполняют поперек предыдущей обработки или под углом к ней.

Для рыхления почвы используют рыхлящие рабочие органы на жесткой или пружинной стойке, для рыхления почвы и уничтожения сорняков - стрельчатые лапы. Для обработки тяжелых по механическому составу почв под озимые, пожнивные и поукосные посевы, обработки невспаханного поля после прохода лущильника используются фрезерные культиваторы.

Обработку почв, подверженных ветровой эрозии, проводят по безотвальному методу с оставлением стерни. Для основной безотвальной обработки почвы на глубину до 30 см применяют культиваторы-плоскорезы-глубокорыхлители. Совместив операции подрезания сорняков и разноглубинную обработку почвы, сконструировалиуниверсальный культиватор КФУ-4,0, позволяющий выполнить лущение стерни с созданием мульчированного слоя глубиной 0,05-0,06 м, основную обработку почвы наглубину до 0,23 м с одновременной поверхностной обработкой планчато-зубовыми рабочими органами на глубину до 0,09 м, а также культивацию почвы на глубину до 0,18 м.

Анализ источников

Экономия энергозатрат достигается за счет уменьшения количества дополнительных проходов почвообрабатывающих агрегатов по полю и повышением производительности.

Среди земель, отводимых под посев сельскохозяйственных культур, во многих почвенно-климатических районах СНГ в связи с нестабильностью климата постоянно увеличиваются площади, требующие ускоренной обработки с минимальными разрывами между операциями. Это связано с отрицательным воздействием ветровой и водной эрозий на пахотный горизонт.

Каждая дополнительная операция, дополнительный проход трактора по полю нарушает структуру почвы. По литературным данным, почвенные деформации распространяются на глубину до 2 м под колесами трактора, нарушение структуры при этом сказывается настолько, что урожайность на уплотненных почвах уменьшается в некоторых случаях на 30-60% [1, с. 54-60].

Естественное восстановление почвы до первоначального состояния в полевых условиях происходит за 3-4 года. Кроме технологических проблем, при совмещении операций предпосевной обработки почвы и измельчения многие авторы видят и технические проблемы [2].

Методы исследования

Агротехнические и эксплуатационно-технологические показатели культиватора определены по ГОСТ 24055-88, ГОСТ 24057-88. Данные технологических испытаний проанализированы и представлены в таблицах 1, 2, 3.Агротехнические показатели универсального культиватора КФУ-4,0 были проведены по ОСТ 10 4.2-2007 при лабораторно-полевых испытаниях.

Основная часть

Обработка почвы - приемы механического воздействия на почву, способствующие повышению ее плодородия и созданию лучших условий для роста и развития растений. Применяя обработку почвы, придают пахотному слою оптимально рыхлое мелкокомковатое строение, улучшают водный, воздушный и тепловой режимы почвы; активизируют микробиологические процессы в ней, очищают поля от сорняков, вредителей и возбудителей болезней с.-х. культур, заделывают в почву удобрения и т.д. Выбор приема обработки почвы обусловливается климатическими условиями, биологическими особенностями возделываемых культур и их назначением. Эффективность обработки почвы во многом зависит от технологических свойств почвы. Основные приемы следующие: оборачивание - перемещение в вертикальном направлении слоев почвы, различающихся по агрономическим свойствам, например, заделка верхнего распыленного, бесструктурного и выворачивание нижнего, более структурного горизонта. Оборачиванием почвы заделывают также пожнивные остатки, дернину, удобрения, осыпавшиеся семена сорняков, зачатки вредителей и болезней с.-х. культур. Оно осуществляется при вспашке и лущении. Рыхление (крошение) - дробление крупных почвенных комков на мелкие комочки, которые увеличивают пористость почвы и ее аэрацию. В результате усиливается биологическая деятельность и накапливаются доступные для растений питательные вещества. Рыхление уничтожает также почвенную корку, задерживающую рост растений и усиливающую потерю воды. Осуществляют эту операцию или одновременно с др. операциями (оборачиванием, перемешиванием), или отдельно. Поверхностное рыхление достигается при бороновании; более глубокое (10-12 см) - при культивации; глубокое (20 см и более) - при обработке плугами со снятыми отвалами, плоскорезами-глубокорыхлителями и другими орудиями. Крошение почвы одновременно с ее оборачиванием происходит при вспашке плугами с предплужниками и лущении; крошение и частичное перемешивание - при фрезеровании почвы [10]. Перемешивание создает однородный слой с равномерным распределением органических веществ, минеральных удобрений, извести или гипса. Этот прием применяют при почвоуглублении. Перемешивание осуществляют плугами без предплужников, а также рыхлящими, но не оборачивающими орудиями. Уплотнением достигается более тесное размещение почвенных комочков, увеличение капиллярной и уменьшение некапиллярной пористости. Разрушаются глыбы, пашня несколько оседает, уменьшается проветривание почвы и испарение из нее влаги, создаются лучшие условия для прорастания семян и т.д. Для уплотнения почвы применяется ее прикатывание катками. Выравнивание обеспечивает лучшие условия для посева, ухода за посевами и уборки урожая, а также снижает испарение воды из почвы. Оно достигается при бороновании, культивации, прикатывании и шлейфовании, в орошаемом земледелии - также планировкой поверхности почвы. Подрезание сорняков совмещают с оборачиванием, рыхлением и перемешиванием почвы при вспашке, лущении и культивации или проводят отдельно, используя различные культиваторы. Борозды, гряды и гребни устраивают в условиях избыточного увлажнения для регулирования воздушно-термического и пищевого режимов почвы, а также на полях, подверженных водной эрозии, для задержания талых вод, предупреждения смыва почвы и в орошаемом земледелии (для бороздного полива) [2, 10].

Система обработки почвы под яровые и озимые культуры складывается из основной, предпосевной и послепосевной обработки. Основная обработка почвы под яровые культуры - зяблевая обработка почвы, проводимая летом и осенью предшествующего посеву года. Она включает послеуборочное лущение жнивья и зяблевую вспашку после появления всходов сорняков в районах с продолжительной и теплой осенью. Под озимые культуры основную обработку почвы начинают с осени предшествующего посеву года или с весны и лета в год посева озимых (ранний, занятый, сидеральный, кулисный пары). Предпосевную обработку почвы под яровые культуры проводят в весенний период, под озимые - в весенне-летний. В системе предпосевной обработки почвы под яровые и озимые культуры преобладают приемы поверхностной обработки - боронование, культивация, прикатывание; под картофель и некоторые другие культуры, применяют также глубокое рыхление почвы, а в зоне достаточного и избыточного увлажнения - перепашку зяби. Система обработки почвы на землях, подверженных водной и ветровой эрозии, включает специальные приемы. Например, против водной эрозии применяют глубокую вспашку плугом с почвоуглубителями, глубокое безотвальное рыхление и т.п. Все виды обработки почвы осуществляют поперек склона (по горизонталям), т.е. перпендикулярно к направлению стока воды. Для предотвращения ветровой эрозии осуществляют безотвальную обработку почвы плоскорезами с сохранением стерни.

По назначению культиваторы делятся на три группы: для сплошной обработки почвы (паровые), для междурядной (пропашные) и специальные (садовые, противоэрозионные и др.) [2, 10].

Для рыхления почвы используют рыхлящие рабочие органы на жестких или пружинных стойках, для рыхления почвы и уничтожения сорняков - стрельчатые лапы. К каждому трактору в зависимости от глубины обработки и состояния почвы подбирают агрегат с соответствующей шириной захвата.

Для обработки тяжелых по механическому составу почв под озимые, пожнивные и поукосные посевы, обработки невспаханного поля после прохода лущильника используются культиваторы. Помимо фрезерного рабочего органа с горизонтальной или вертикальной осью вращения, они могут комплектоваться рыхлящими лапами нижнего слоя, катками.

На любых по гранулометрическому составу почвах ежегодная отвальная вспашка, в особенности на склонах, приводит к эрозии почвы и повышенным затратам на производство продукции.

Известно, что весенняя обработка почвы под картофель чизельными орудиями дает наибольшие прибавки урожая.

Очевидно, что с точки зрения интегрированной защиты картофеля от сорняков наиболее целесообразно использование комбинированных почвообрабатывающих агрегатов с рабочими органами, не имеющими режущих кромок. С этой целью на Гомельском заводе литья и нормалей был изготовлен экспериментальный образец культиватора универсального КФУ-4,0. Он способен выполнять лущение стерни с созданием мульчированного слоя глубиной 0,05-0,06 м, основную обработку почвы на глубину до 0,23 м с одновременной поверхностной обработкой планчато-зубовыми рабочими органами на глубину до 0,09 м, а также культивацию почвы на глубину до 0,18 м. Основные назначения планчато-зубовых рыхлителей - обеспечивать разрушение образованных культиватором при дополнительной (поверхностной или мелкой) обработке почвы на отдельные комочки для создания верхнего мульчирующего слоя без «выворачивания» влажных частиц почвы на поверхность с одновременным вычесыванием сорняков. Программой и методикой технологических испытаний предусматривалось определение агротехнических, эксплуатационно-технологических и энергетических показателей эффективности его работы. Агротехнические и эксплуатационно-технологические показатели культиватора определены по ГОСТ 24055-88, ГОСТ 24057-88. Данные технологических испытаний сведены в таблицах 1 и 2.

Рис. 1.Универсальный культиватор для разноглубинной обработки почвы:

h1 - глубина обработки почвы лапами-рыхлителями (h1=до 0,23 м.);

h2 - глубина обработки почвы планчато-зубовыми рыхлителями

для создания мульчирующего слоя (h2 = 0,05-0,09 м);

1 - планчато-зубовые рыхлители; 2 - рыхлительная лапа с пружинной стойкой;

3 - рама культиватора; 4 - опорное колесо.

Результаты исследований универсального культиватора,проведенные в лабораторно-полевых условиях при обработке зяблевой вспашки со скоростью движения агрегата при выполнении операции- 12,8 км/ч согласно агротехническим требованиям, представлены в табл. 1.

Таблица 1.Агротехнические показатели универсального культиватора КФУ-4,0 при лабораторно-полевых испытаниях

Анализ табл. 1 показывает, что испытания в лабораторно-полевых условиях проводились согласно агротехническим требованиям для обработки почвы при проведении культивации. По данным исследований, рабочая скорость агрегата при испытаниях составила в среднем 12,8 км/ч, что входит в предел агротехнических требований при культивации почвы - 7-12 км/ч.

Глубина обработки рабочими органами также соответствовала агротехническим требованиям (для лап-рыхлителей - не более 23 см, для планчато-зубовых рыхлителей - не более 9 см [6]) и составила для лап18,8 см, для планчато-зубовых рыхлителей - 8,4 см.

Показатели культиватора КФУ-4,0 определились по ОСТ 10 4.2-2007. Эксплуатационные показатели культиватора представлены в табл. 2.

Таблица 2. Эксплуатационно-технологические показатели универсального культиватора КФУ-4,0.

Таблица 3. Энергетические показатели универсального культиватора

Анализ табл. 2 и 3 показывает, что при проведении испытаний универсального культиватора КФУ-4,0 его тяговое сопротивление агрегата при обработке зяблевой вспашки составило 12,0 кН, а удельное тяговое сопротивление агрегата - 3,3 кН/м. Производительность агрегата при обработке почвы составила: основного времени - 4,3 га; за час работы (показатель агротехнических требований - 2,6-4,4 га/ч) эксплуатационного времени - 2,7 га. За час работы (по агротехническим требованиям) пределы показателя составляют 2,1-2,7 га. [6]). Удельный расход топлива за время основной работы составил 4,6 кг/га.

Таким образом, можно сказать, что испытания универсального культиватора КФУ-4,0 проводились согласно агротехническим требованиям.

Разноглубинная обработка почвы универсальным культиватором проводилась следующим образом: рыхление почвы на глубину до 0,09 м осуществлялось рабочими органами планчато-зубовых рыхлителей в виде прямых пальцев с заостренными окончаниями длиной рабочей части 0,085 м и диаметром 0,01 м, которые при движении агрегата заглубляются в почву. Рыхление на глубину до 0,23 м осуществлялось лапами-рыхлителями, что позволило совместить безотвальную обработку почвы с рыхлением верхнего слоя почвы, создавая мульчированный слой.

Культиватор КФУ-4,0 был испытан на лущении стерни и культивации почвы по зяблевой вспашке перед посадкой картофеля и на безотвальной вспашке. Поля, на которых испытывался культиватор, имели ровный рельеф и по механическому составу - суглинистые и супесчаные почвы. Средняя глубина обработки за один проход планчато-зубовых рыхлителей составила 0,084 м, что и определило высокое качество крошения почвы в обрабатываемом слое, где фракции почвы размером до 0,05 м составили 98,6%. Гребнистость поверхности поля при агротехнической оценке составила 0,021 м, что соответствует требованиям к машинам для предпосевной обработки почвы.

По энергетической оценке удельный расход топлива за время основной работы составил 4,6 кг/га. Условия работы при агрегатировании с трактором Беларус-1221 (обработка почвы по зяблевой вспашке) позволяли обрабатывать почву со средней рабочей скоростью 12 км/ч, что предопределило высокую производительность агрегата - 4,4 га/ч при средней фактической ширине захвата 3,7 м.

Технологическими испытаниями установлено, что культиватор универсальный КФУ-4,0 обеспечивает высокую производительность и надежность выполнения технологического процесса при работе на скоростях 12-13 км/ч. Достоинством машины является высокое качество обработки почвы в зоне рабочих органов. За один проход культиватора КФУ-4,0 его планчато-зубовые рабочие органы, «вычесывая» сорняки из почвы, лишают их среды обитания, что приводит их к гибели. При обработке почвы за один проход тем же культиватором с блоком планчато-зубовых рыхлителей под посев редьки масличной получены высокие результаты.

Для лущения стерни и культивации почвы ПО «Гомсельмаш» были изготовлены также широкозахватные культиваторы КФУ-7,3 и КФУ-7,8. Их агротехническая характеристика приведена ниже в табл. 4.

Таблица 4. Агротехнические показатели универсальных культиваторов КФУ-7,3 и КФУ-7,8

Анализ табл. 4 показывает, что при проведении испытаний универсальных культиваторов КФУ-7,3 и КФУ-7,8 уничтожение сорных растений в зоне обработки почвы составило 100%, а производительность составила: культиватора КФУ-7,3 - 4,3-8,2 га/ч, культиватора КФУ-7,8 - 3,7-8,8 га/ч. Совмещение операций безотвальной вспашки с подготовкой семенного ложа под картофель культиваторами универсальными КФУ-4,0, КФУ-7,3, КФУ-7,8 позволяет уменьшить ресурсные затраты в сравнении с традиционной технологией в 2-2,1 раза.

По результатам выполненных исследований и опытно-конструкторских работ можно добавить, что, производя обработку почвы со скоростью 12,8 км/ч, универсальный культиватор КФУ-4,0 показал хорошие экономические результаты: расход топлива за время основной работы составил 4,6 кг/га, производительность равна 4,3 га/ч.

Заключение

Проанализировав результаты испытаний универсальных культиваторов в лабораторно-полевых условиях, можно сделать вывод, что совмещение операций лущения стерни с мульчированием почвы и подготовкой семенного ложа культиваторами фрезерными универсальными КФУ-4,0, КФУ-7,3, КФУ-7,8 позволяет в 1,37 раза повысить урожайность культур с уменьшением затрат топлива по обработке почвы до 70% в сравнении с традиционной технологией обработки почвы под картофель.

Литература

1. Цимбал, А.Г. Исследование механической прочности почвы / А.Г. Цимбал Исследование и изыскание новых рабочих органов сельскохозяйственных машин / А.Г. Цимбал. М.: Колос, 1976. С. 54-60.

2. Гусинцев, Д.Г. Влияние способов обработки почвы на развитие озимой ржи / Д.Г. Гусинцев, А.В. Клочков // Совершенствование комбинированных почвообрабатывающих и посевных машин: сб. науч. тр. / БСХА. Горки, 1983. Вып. 105. С. 10.

3. Петровец, В.Р. Сельскохозяйственные машины: практикум / В.Р. Петровец, Н.В. Чайчиц. Минск: Ураджай, 2002. 292 с.

4. Синеоков, Г.Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г.Н. Синеоков, И.М. Панов. М.: Машиностроение 1977. 328 с.

5. Клименко, В.И. Новый блок комбинированных рабочих органов для культивации почвы / В.И. Клименко // Картофель и овощи. 2004. №3. С. 25

6. Организационно-технологические нормативы возделывания сельскохозяйственных культур: сб. отраслевых регламентов / Минск: Белорусская наука, 2005.460 с.

7. Испытания сельскохозяйственной техники. Культиваторы. Программа и методы испытаний: ОСТ 70.5.1-82./ Издание официальное. М., 1983. 138 с.

8. Методика проверки комплекта средств измерений информационно-измерительной системы для энергетической оценки сельскохозяйственных агрегатов на базе трактора Беларус - 1221: Система обеспечения единства измерений Республики Беларусь. Введ. 15.10.2007. Привольный: БелМИС, 2007. 25 с.

9. Доспехов, Ю.Н. Практикум по земледелию / Ю.Н. Доспехов, Л.Н. Васильев, А.Н. Туликов. Минск: Колос, 1977.

10. Земледелие. Термины и определения: ГОСТ - 16265-80. Минск: Колос, 2005.

Размещено на Allbest.ur