Эффективные направления снижения уплотнения почвы для сохранения ее плодородия

Размещено на Allbest.ru

Ухудшение водно-воздушного режима дегумификация, обесструктуривание, переуплотнение черноземов зависит от их интенсивного использования и применяемых технологий возделывания. Становится очевидным, что продолжать введение сельского хозяйства на прежней основе (высокая химизация и энергоресурсозатратные технологии возделывания культур, отсутствие ландшафтного подхода к системам земледелия, эрозия и т. д.) значило бы окончательно разрушать плодородие уникальных почв [1]. Восстановлению почвенной структуры способствует применение органических удобрений, рациональное сочетание отвальных и безотвальных обработок, широкое применение известных эффективных экологичных агроприемов в сочетании с современными в науке и технике [1]. Разрушение структуры почвы применяемой техникой приводит к снижению ее плодородия и урожайности сельхозкультур, к увеличению энергозатрат. Так, например, безотвальная плоскорезная обработка почвы по сравнению с отвальной вспашкой приводит к ее переуплотнению, снижению содержания агрономических ценных фракций, увеличению засоренности полей. Отвальный плуг, имея много преимуществ перед плоскорезной обработкой, ухудшает процесс гумусообразования, поскольку гумус образуется исключительно в верхнем слое почвы [2]. Получение устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур невозможно без использования естественного плодородия почвы и его сохранения [2]. Интенсивный вынос питательных элементов из почвы и слабое гумусообразование - главная причина снижения плодородия почвы.

Учитывая высокую актуальность проблемы сохранения и приумножения плодородия почвы, правительством страны принят документ, направленный на повышение почвенного плодородия [3].

Современные машинные технологии в растениеводстве имеют много недостатков, связанных с уплотнением почвы, качеством выполняемых процессов, затратами труда, энергии, денежных средств, с нарушением экологической безопасности, отсутствием комплексности выполняемых полевых работ [4]. Все вышеизложенное требует новых подходов к совершенствованию технологий, улучшающих экологию, снижающих затраты, обеспечивающих комплексность полевых работ во взаимосвязанных технологических процессах и способствующих росту производительности труда. В данной статье на основании исследований авторов предложены направления сохранения плодородия почвы за счет снижения ее уплотнения машинно-тракторными агрегатами при выполнении полевых работ.

Многочисленными научными исследованиями установлено, что урожайность сельскохозяйственных культур снижается по колее тракторов, автомобилей, самоходных комбайнов на 19-37%. Многочисленные проходы техники по полям разрушает структуру почвы, приводят к ее эрозии и снижению урожая. В почвах Краснодарского края в целом за год содержание гумуса снижается на 0, 03% [4]. В целях устранения переуплотнения почвы давление с. -х. машин при влажности 0, 6 - 0, 65 НВ не должно превышать 0, 1 МПа на черноземных почвах, а при влажности более 0, 7 НВ - не выше 0, 05-0, 07 МПа. На всех типах среднесуглинистых тяжелосуглинистых и глинистых почв на предпосевной обработке, посеве и других технологических операциях при влажности почвы выше 0, 7 НВ следует применять гусеничные тракторы [5].

Однако рекомендации [6]по реализации весьма ценных агротехнических требований гусеничными тракторами уже устарели. Сами по себе, металлические гусеницы уже заменены резинотросовыми, т. к. меньше распыляют почву (рис. 1а), а колесные тракторы для снижения уплотнения почвы оборудуют спаренными (рис. 1б) или даже строенными шинами или системой КГС (конверсионные гусеничные системы) (рис. 1в). КГС разработаны промышленностью также для самоходных комбайнов и для накопителей-перегрузчиков, которые используют на транспортировке зерна от комбайнов, на загрузке сеялок семенами и др. транспортных работах.

Удельное давление машины (например, комбайна) на грунт можно определить по известной формуле (1) :

(1)

где - максимальное давление на почву, кПа;

- масса комбайна, кг;

- емкость бункера для зерна, м3;

- радиус опорных колес, м;

- ширина опорных колес, м;

0, 01; 750; 0, 49 - Эмпирические коэффициенты.

Нами выполнены расчеты для комбайна TORUM-740. Тогда формула (1) принимает вид:

(2)

где - масса двух конверсионно-гусеничных систем (КГС) на переднем

ведущем мосту, кг;

- опорная площадь двух КГС, м2;

-опорная площадь двух задних колес комбайна, м2.

Масса одной пары КГС составляет 2104 кг, а ее опорная площадь - 2, 32 м2. Ширина заднего управляемого колеса комбайна TORUM-740 в = 0, 46м, радиус r = 0, 07 м. После подстановки данных в формулу (2) получим:

Pmax = 116, 2 кПа (3)

С учетом полученных данных можно сделать вывод, что применение КГС только на переднем мосту комбайна TORUM-740 позволяет снизить его максимальное удельное давление до 116, 2 кПа, что соответствует агротребованиям и устраняет вредное экологическое воздействие тяжелого комбайна (18т) на уплотнение и распыл почвы. Согласно исходным требованиям [5]удельное давление тяжелых машин на почву не должно превышать 150 кПа. Наше совершенствование снизило удельное давление на почву на 22, 5%.

а)

б)

в)

Рисунок 1 - Серийные системы снижения уплотнения почвы тракторами: а) резино-тросовые гусеницы; б) спаренные колеса; в) системы КГС [11].

Высокая эффективность снижения уплотнения почвы достигнута на самоходных опрыскивателях-удобрителях Туман-1 (рис. 2).

Рисунок 2 - Опрыскиватель-удобритель Туман-1 на шинах - оболочках [11].

Оборудованная шинами - оболочками самоходная машина Туман-1 обеспечивает удельное давление на почву всего 100 г/см2. Это оригинальное достижение, применяемое только у нас в России. Очень выгодно использовать этот агрегат на уходе за посевами зерновых колосовых и зернобобовых культур.

Следующим принципиально новым направлением снижения уплотнения почвы предлагается применение многофункциональных машинных агрегатов, совмещающих за один проход по полю выполнение нескольких технологических операций [7], т. е. выполнение заданного объема работ осуществляется комплексно и с меньшим числом проходов машин по полю.

На рисунке 3 представлены многофункциональные машинные агрегаты (МФА) для вспашки с одновременным посевом (рис. 3а), для обработки почвы с одновременным внесением жидких комплексных удобрений в почву (рис. 3б). Также снижает уплотнение почвы совмещение операций предпосевной обработки почвы и посева (рис. 4а), посева и внесения микроэлементов (рис. 4б) или удобрений, боронования посевов с одновременной подкормкой (рис. 5).

Разработанный нами многофункциональный пахотный агрегат (МФА) базируется на серийном оборотном плуге ПКШО (5+2), который выбран нами по двум причинам: 1) системой земледелия Краснодарского края [5] рекомендуются только гладкая вспашка оборотными плугами типа ПКШО; 2) Плуг ПКШО (5+2) снабжен оригинальными корпусами без полевых досок, а вместо них устойчивость движения обеспечивается конструкцией двухстороннего лемеха взамен стандартного. Отсутствующие в конструкции плуга приспособления для внесения минеральных удобрений, а также приспособления для крошения почвы и выравнивания поверхности поля компенсировано нашими разработками. Такой плуг будет отвечать всем требованиям системы земледелия [5].

Проводятся также научные исследования по комплексному проведению уборки урожая с одновременным выполнением сопутствующих работ также, базируясь на применении многофункциональных агрегатов [8, 9, 10]. Исследованиями Кубанского госагроуниверситета доказана возможность совмещения технологических операций на уборке зерновых с одновременным лущением стерни самоходным полноприводным комбайном (рис. 6) и прицепным (рис. 7).

а)

б)

Рисунок 3 - Многофункциональные агрегаты для вспашки с одновременным посевом (а) и для обработки почвы с внесением ЖКУ (б) [5].

а)

б)

Рисунок 4 - Многофункциональные агрегаты для обработки почвы и посева (а) и для посева с внесением микроэлементов (б) [11].

Рисунок 5 - Многофункциональный агрегат для боронования посевов с одновременной подкормкой [11].

Последний МФА усовершенствован нами за счет изменения конструкции пружинного зуба по нашему изобретению. Для снижения тягового сопротивления зуба пружинной бороны он снабжен косым срезом торца и двумя фасками на лобовой поверхности под углом, меньшим угла трения стали о почву. Проводится моделирование и оптимизация параметров зуба.

Рисунок 6 - Многофункциональный уборочный агрегат с одновременным лущением стерни (TORUM-740+БДЛ-7).

Рисунок 7 - Многофункциональный уборочный агрегат с прицепным комбайном и дисковой бороной

Экономическую эффективность МФА можно проследить на примере уборки зерновых колосовых с одновременным прессованием соломы по сравнению с раздельным выполнением технологических операций (таблица 1)

Таблица 1 - Экономическая эффективность технологии комплексной уборки пшеницы одновременно с прессованием соломы

Согласно полученным расчетным данным (табл. 1) МФА позволяет повысить производительность труда (по экономии трудовых затрат) в 1, 6 раза, снизить эксплуатационные затраты в 1, 2 раза, металлоемкость - в 1, 6 раза и энергоемкость - в 1, 3 раза.

Многофункциональные агрегаты повышают также качество выполняемых работ. Например, на вспашке оборотным плугом (согласно системе земледелия [5] в нашем крае рекомендуется только гладкая вспашка оборотным плугом) даже визуально (рис. 8) качество вспашки [11], разделанной прикатывающим катком (см. рис. 8 по ходу катка), существенно выше (см. неразделанный участок возле плуга).

Рисунок 8 - Качество вспашки почвы МФА [11]

Таким образом, предлагаемые многофункциональные агрегаты существенно улучшают технический прогресс в растениеводстве.

На основании выполненных исследований и анализа состояния проблемы снижения уплотнения почвы и сохранения ее плодородия, можно сделать следующие выводы:

1. Учитывая предлагаемые составы МФА и совершенствование рассмотренных в статье технологических процессов на базе совмещения операций, можно существенно снизить вредное уплотнение, разрушение почвы и сохранить ее плодородие. Например, применение КГС снижает удельное давление на почву на 22, 5%.

2. Предложены направления снижения уплотнения почвы: применение МФА, совмещение операций, отказ от тяжелой техники для механизации растениеводства (особенно тяжелых самоходных комбайнов), пересмотр системы машин, применение тракторов с передней и задней гидронавесками для составления МФА и снижения уплотнения почвы.

3. Новые инновационные разработки в соответствии с нашими изобретениями [12-14 и др. ] улучшают базовые технологии в направлении сохранения плодородия почвы и снижения затрат всех видов (энергии, трудовых и денежных).

Список использованной литературы

уплотнение структура почва

1. Трубилин И. Т., Мамога Н. Г. и др. Сбалансированое сельское хозяйство на ландшафтной основе, агрокомплекс расширенного воспроизводства почвенного плодородия / научное обеспечение АПК Кубани: юбилейный выпуск научных трудов КубГАУ. - Краснодар, 2002. - 456с.

2. Астафьев В. Л., Бобков С. И., Алексенцев К. И. Орудия для заделки сидератов в поверхностный слой почвы в технологии органического земледелия / Тракторы и сельхозмашины. 2016. №6. - с. 3.

3. АПК NEWS/ НОВОСТИ. E mail: info@apknews. ru. -№11 ноябрь, 2018. - с. 17.

4. Маслов Г. Г. Перспективы комплексной уборки зерновых культур: монография / Г. Г. Маслов, А. В. Палапин, Н. А. Ринас. ; Кубан. гос. аграр. ун. -т. - Краснодар, 2014. - 87 с.

5. Система земледелия Краснодарского края на агроландшафтной основе / Краснодар, 2015. - 352 с.

6. Системы земледелия в Краснодарском крае на 1990-1995сгоды и на период до 2000года. Рекомендации. - Краснодар, 1990. - 220 с.

7. Маслов Г. Г., Журий И. А. Перспективные составы машинно-тракторных агрегатов для совмещения операций тракторы и сельхозмашины. 2017. № 2. с. 47-52.

8. Липкович Э. И и др. Технология уборки зерновых культур с совмещением послеуборочных операций. / Тракторы и сельхозмашины. №12. 2010. - с. 48-50

9. Маслов Г. Г. Оптимизация продолжительности уборки озимой пшеницы многофункциональным агрегатом /Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 6. С. 48-51.

10. Maslov G. G., Trubilin E. I., Truflyak E. V. Parameters optimization for multifunctional aggregates in plant growing mechanization / Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016. Т. 7. № 3. С. 1919-1926

11. Автоматизированная справочная система «Сельхозтехника».

12. Маслов Г. Г., Плешаков В. Н. Оценка технического уровня зерновых сеялок и посевных комплексов / Техника в сельском хозяйстве. 2000 №6. - с. 19-22.

13. Штанговый малообъемный опрыскиватель для обработки полевых культур (Маслов Г. Г. и др. Пат. на изобретение Rus 2060661/

14. Опрыскиватель ультрамалообъемный / Маслов Г. Г., Борисова С. М., Мечкало А. Л. Пат Rus 2227455

References

1. Trubilin I. T., Mamoga N. G. i dr. Sbalansirovanoe sel'skoe xozyajstvo na landshaftnoj osnove, agrokompleks rasshirennogo vosproizvodstva pochvennogo plodorodiya / nauchnoe obespechenie APK Kubani: yubilejny'j vy'pusk nauchny'x trudov KubGAU. - Krasnodar, 2002. - 456s.

2. Astaf'ev V. L., Bobkov S. I., Aleksencev K. I. Orudiya dlya zadelki sideratov v poverxnostny'j sloj pochvy' v texnologii organicheskogo zemledeliya / Traktory' i sel'-xozmashiny'. 2016. №6. - s. 3.

3. APK NEWS/ NOVOSTI. E mail: info@apknews. ru. -№11 noyabr', 2018. - s. 17.

4. Maslov G. G. Perspektivy' kompleksnoj uborki zernovy'x kul'tur: monografiya / G. G. Maslov, A. V. Palapin, N. A. Rinas. ; Kuban. gos. agrar. un. -t. - Krasnodar, 2014. - 87 s.

5. Sistema zemledeliya Krasnodarskogo kraya na agrolandshaftnoj osnove / Kras-nodar, 2015. - 352 s.

6. Sistemy' zemledeliya v Krasnodarskom krae na 1990-1995sgody' i na period do 2000goda. Rekomendacii. - Krasnodar, 1990. - 220 s.

7. Maslov G. G., Zhurij I. A. Perspektivny'e sostavy' mashinno-traktorny'x agre-gatov dlya sovmeshheniya operacij traktory' i sel'xozmashiny'. 2017. № 2. s. 47-52.

8. Lipkovich E'. I i dr. Texnologiya uborki zernovy'x kul'tur s sovmeshheniem po-sleuborochny'x operacij. / Traktory' i sel'xozmashiny'. №12. 2010. - s. 48-50

9. Maslov G. G. Optimizaciya prodolzhitel'nosti uborki ozimoj pshenicy mno-gofunkcional'ny'm agregatom /Traktory' i sel'xozmashiny'. 2016. № 6. S. 48-51.

10. Maslov G. G., Trubilin E. I., Truflyak E. V. Parameters optimization for multifunc-tional aggregates in plant growing mechanization / Research Journal of Pharmaceutical, Bio-logical and Chemical Sciences. 2016. T. 7. № 3. S. 1919-1926

11. Avtomatizirovannaya spravochnaya sistema «Sel'xoztexnika».

12. Maslov G. G., Pleshakov V. N. Ocenka texnicheskogo urovnya zernovy'x seyalok i posevny'x kompleksov / Texnika v sel'skom xozyajstve. 2000 №6. - s. 19-22.

13. Shtangovy'j maloob''emny'j opry'skivatel' dlya obrabotki polevy'x kul'tur (Maslov G. G. i dr. Pat. na izobretenie Rus 2060661/

14. Opry'skivatel' ul'tramaloob''emny'j / Maslov G. G., Borisova S. M., Mechkalo A. L. Pat Rus 2227455

Размещено на Allbest.ru