CC BY
23ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО
ХОЗЯЙСТВА
УДК 631.31.06:631.51.01:001.8
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНИКИ В ТЕХНОЛОГИИ ЗАДЕЛКИ ПОЖНИВНЫХ ОСТАТКОВ
Р.А. Булавинцев, А.В. Волженцев, А.М. Полохин, А.В. Козлов, А.В.
Звеков, И.Е. Пупавцев
ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», г. Орел, Россия
Аннотация: К настоящему времени использование в растениеводстве комбинированных сельскохозяйственных агрегатов, способных за один проход выполнить сразу несколько технологических операций, стало достаточно распространенным явлением [1, 2, 3, 4]. Столь широкое их применение в агротехнологиях обусловлено наличием у комбинированной техники таких общепризнанных преимуществ, как:
- уменьшение количества тракторов и других сельскохозяйственных машин, задействованных в обработке поля, что позволяет снизить уплотнение почвы;
- уменьшение расхода топлива и трудозатрат на обработку гектара площади, что повышает энергоэффективность и продуктивность работы агропредприятия;
- сокращение сроков проведения полевых работ, что весьма важно в условиях неустойчивой погоды.
Однако указанные устройства имеют и целый ряд недостатков [6, 7]:
- относительная их дороговизна. Нередко выгоднее приобрести по отдельности плуги, бороны и сеялки, чем купить комбинированное орудие, совмещающее в себе все их качества;
- более низкое качество обработки поля по сравнению с орудиями, имеющими традиционные отдельные органы обработки;
- значительный вес и большое количество одновременно погруженных в землю рабочих органов комбинированных орудий создают значительное большее тяговое сопротивление движению агрегата. По этой причине их можно цеплять только к очень мощным и большим тракторам, количество которых у рядового сельхозпредприятия, а тем более у фермера, зачастую невелико.
Указанные преимущества и недостатки составляют актуальность разработки новых, совершенствования и модернизации существующих конструкций комбинированных агрегатов.
Ключевые слова: зерновые культуры, солома, стерня, пожнивные остатки, обработка почвы, опрыскивание, комбинированные агрегаты, биопрепарат, удобрения.
Введение
Довольно часто сельхозпроизводители сталкиваются с тем, что после уборки зерновых культур остается много пожнивных остатков в виде соломы, стерни, остатков сорных растений и т. д. Например, при соотношении зерна и соломы озимой пшеницы 1:1,0...1,5 и урожайности 40 ц/га на 1 га выходит порядка 4...6 тонн соломы. Такое количество пожнивных остатков на поле порождает целый ряд проблем:
- остатки затрудняют проведение качественной обработки почвы;
- пожнивные остатки зерновых культур являются носителями и субстратом патогенных микроорганизмов: грибов, бактерий, корневых, прикорневых гнилей и т. д.;
- солома озимой пшеницы за счет высокого содержания клетчатки и кремнийорганических соединений имеет длительный период разложения [8]. Поэтому в пахотном горизонте ее остатки сохраняются на протяжении 3...5 лет. Они способствуют иссушению почвы и непродуктивному расходованию запасов азота;
- солома обладает запасом элементов питания, но при ее разложении в почве используется азот плодородного почвенного слоя, за счёт чего плодородие снижается, а сами пожнивные остатки еще длительное время могут оставаться в почве в неизменном виде. Если вносятся азотные удобрения, например селитра, то развиваются не только целлюлозоразлагающие микроорганизмы, но и патогенные микрофлоры.
Некоторые производители идут на запрещенный прием, сжигая солому в поле, за что справедливо будут наказаны пожарной службой [5]. К тому же сжигание пожнивных остатков на поле не рекомендуется еще и потому, что их горение способствует потере плодородия почвы за счет снижения содержания минерального азота в почве. Кроме того от большой температуры почва интенсивно теряет влагу, что является критически важным для создания оптимальной плотности профиля почвы.
Одним из способов сокращения количества соломы на поле является ее подбор и упаковка пресс-подборщиками. Заготовленные тюки можно использовать на корм скоту, на отопление помещений и ферм в холодный период или на продажу. Однако подобный способ,
во-первых, не всегда подходит, например, для тех, кто не занимается животноводством, во-вторых, убранную солому уже нельзя будет использоваться как удобрение.
Существует другой, более перспективный и эффективный на наш взгляд способ обработки пожнивных остатков (рисунок 1) - это заделка их в почву с раздельной либо одновременной обработкой микробиологическими препаратами и жидкими карбамидно-аммиачными смесями КАС.
I
1 - агрегат для опрыскивания пожнивных остатков; 2 -почвообрабатывающий агрегат
Рисунок 1 - Схема движения техники при заделке пожнивных
остатков
Преимуществом такого способа обработки является следующее:
- биопрепараты обеспечивают быстрое разложение растительных остатков, подавляют развитие патогенной микрофлоры, нейтрализуют органические и многие неорганические загрязнители почвы;
- карбамидно-аммиачные смеси насыщают почву требуемыми элементами питания, в том числе азотом, расходуемым на разложение соломы;
- поверхностная обработка почвы обеспечивает быструю заделку в почву обработанных пожнивных остатков указанными выше препаратами, защищая их от воздействия ультрафиолетовых лучей и кислорода воздуха.
Тем не менее, для такого способа заделки соломы характерны и
определенные недостатки:
1. Относительно высокая цена препаратов и удобрений. При этом необходимо отметить, что это условный недостаток, поскольку затраты на препараты и удобрения окупаются в дальнейшем через прибавку в урожае.
2. Необходимость выполнения дополнительных операций -опрыскивание (рисунок 1), доставка компонентов смеси и заправка опрыскивающего агрегата, что также ведет к дополнительным затратам.
3. Проведение операций по указанному способу имеет ограниченные временные рамки, поскольку при внесении биопрепаратов требуется соблюдать определенные условия. Например, поверхностную обработку рекомендуется проводить сразу после внесения препарата, но, как правило, опрыскиватели имеют большую производительность, чем почвообрабатывающие агрегаты.
Основная часть
Положения, указанные в двух последних пунктах недостатков, составляют актуальность совершенствования технологии заделки пожнивных остатков в почву и являются предпосылками к разработке эффективных способов и технических средств для ее реализации. Поэтому задачами представленной статьи являются:
1. Выбор оптимальной схемы и комплекта оборудования комбинированного агрегата для заделки пожнивных остатков в почву.
2. Определение целей, задач, методов, материалов и ожидаемых результатов исследований при выборе эффективного способа заделки соломы в почву и схемы комбинированного агрегата для реализации выбранного способа.
Выбор оптимальной схемы агрегата проводился исходя из следующего. За время существования комбинированных агрегатов появилось огромное их разнообразие, поэтому следует привести им некую обобщенную классификацию. Обычно эту технику различают по следующим признакам [6, 7]:
- по типу сельхозкультуры, под которую они предназначены -зерновые, или злаковые, кукурузные, свекловичные, овощные и кормовые (выращивание кормовых трав);
- по типу выполняемых операций - комбинированные агрегаты для предпосевной обработки почвы, посевные, по уходу за посевами;
- по способу агрегатирования - «тандем» (серийная техника, соединяемая между собой последовательно), агрегаты на единой раме (рабочие однооперационные органы могут быть как постоянными, так и сменными), агрегаты, навешиваемые на переднюю навеску трактора (в то же время на заднюю навеску или прицепное шасси навешиваются остальные агрегаты).
Главное преимущество агрегатов типа «тандем» - это их универсальность. Они позволяют использовать штатные орудия по модульному принципу, то есть подключать лишь те, которые нужно в данный момент. Также это позволяет комбинировать орудия под тракторы имеющегося класса тяги.
К недостаткам агрегатов типа «тандем» можно отнести следующие:
- при подключении всех органов комбинированный агрегат получается большим в своих продольных размерах и ему требуется очень широкая поворотная полоса;
- их часто критикуют по критериям качества обработки почвы. Особенности компоновки не позволяют им добиться максимальной эффективности работы.
Комбинированные агрегаты, изготовленные по второй схеме, обычно представляют собой единую прицепную раму (реже самоходное устройство), на которую по мере необходимости навешиваются нужные рабочие органы. Многие модели агрегатов этого типа являются довольно громоздкими и тяжелыми, а их перестройка и наладка требует значительных трудозатрат.
Характерной особенностью комбинированных агрегатов третьего типа агрегатирования является включение в набор почвообрабатывающих органов систем внесения удобрений. Главным преимуществом этого типа агрегатов можно считать более равномерную загрузку колесных осей трактора, улучшенную устойчивость и управляемость, а также меньшую ширину поворотной полосы. Равномерная нагрузка на оси важна потому, что она прямо влияет на интенсивность уплотнения почвы под колесами машины.
К числу достоинств комбинированных агрегатов, предусматривающих загрузку передней навески трактора, относятся простота обслуживания и меньшие трудозатраты на присоединение рабочих органов к трактору. Это позволяет оперативно переоборудовать трактор под другие технологические процессы, а также переставить сами рабочие органы на другую машину.
В целом имеет место тенденция роста популярности комбинированных агрегатов, предусматривающих размещение рабочих органов, как на задней, так и на передней навеске трактора. При этом немаловажным остается фактор сменяемости рабочих органов. То есть модульная система, позволяющая за короткое время свободно ставить и убирать рабочие органы, является наиболее перспективной.
Все вышесказанное позволило определить наиболее перспективные схемы комбинированных агрегатов (рисунок 2), работающих по схеме опрыскивание + поверхностная обработка
почвы.
а - схема агрегата с размещением элементов опрыскивателя на почвообрабатывающее орудие; б - схема агрегата с размещением элементов опрыскивателя на тракторе; 1 - трактор; 2 - штанга опрыскивателя; 3 - емкость раствора для обработки пожнивных остатков; 4 - почвообрабатывающее орудие
Рисунок 2 - Схемы комбинированных агрегатов для заделки пожнивных остатков в почву
Исходя из технических возможностей предприятия (научно-образовательный производственный центр (НОПЦ) «Интеграция» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ), на базе которого будут проводиться исследования, выбрана схема агрегата по рисунку 2, б - с размещением элементов опрыскивателя на тракторе. При этом в состав агрегата включены трактор К-744, дисковая борона Rabe Königsadler KS 54/660 и опытный образец опрыскивателя (рисунок 3).
а
4 3 1 2
б
а - вид агрегата сверху; б - вид агрегата сбоку; 1 - трактор К-744; 2 -штанга опрыскивателя; 3 - емкость раствора для обработки пожнивных остатков; 4 - дисковая борона Rabe Königsadler KS 54/660 Рисунок 3 - Схема опытной модели комбинированного агрегата для заделки пожнивных остатков в почву
Цель исследований состоит в совершенствовании технологии заделки пожнивных остатков злаковых культур в почву.
Задачи исследований
1. Определить эффективность применения биопрепаратов и жидких карбамидно-аммиачных смесей (КАС) при заделке пожнивных остатков в почву;
2. Разработать эффективный способ заделки пожнивных остатков в почву с применением биопрепаратов и жидких карбамидно-аммиачных смесей (КАС);
3. Разработать опытный образец комбинированного агрегата для реализации разрабатываемого способа.
Методы и материалы
Объектом исследования приняты технические средства обработки препаратами и заделки в почву соломы:
- агрегат для опрыскивания пожнивных остатков - трактор МТЗ 82 + опрыскиватель AMAZONE UX 3200;
- почвообрабатывающий агрегат - трактор К-744 + дисковая борона Rabe Königsadler KS 54/660;
- опытная модель комбинированного агрегата - трактор К-744 + опрыскиватель + дисковая борона Rabe Königsadler KS 54/660.
Предмет исследования - повышение эффективности технологии заделки соломы по схеме опрыскивание + поверхностная обработка почвы.
Методы исследования - сравнительная оценка технологических показателей различных способов заделки соломы в почву:
- контрольный способ - поверхностная обработка почвы дисковой бороной;
- базовый способ № 1 - обработка пожнивных остатков биопрепаратами прицепным опрыскивателем + поверхностная обработка почвы дисковой бороной;
- базовый способ № 2 - обработка пожнивных остатков жидкими удобрениями КАС прицепным опрыскивателем + поверхностная обработка почвы дисковой бороной;
- базовый способ № 3 - обработка пожнивных остатков биопрепаратами и жидкими удобрениями КАС прицепным опрыскивателем + поверхностная обработка почвы дисковой бороной;
- экспериментальный способ № 1 - обработка пожнивных остатков биопрепаратами + поверхностная обработка почвы опытной моделью комбинированного агрегата;
- экспериментальный способ № 2 - обработка пожнивных остатков жидкими удобрениями КАС + поверхностная обработка почвы опытной моделью комбинированного агрегата;
- экспериментальный способ № 3 - обработка пожнивных остатков биопрепаратами и жидкими удобрениями КАС + поверхностная обработка почвы опытной моделью комбинированного
агрегата.
Условия исследований: поверхностная обработка почвы после уборки зерновых культур контрольным, базовым и экспериментальным способами.
Общими показателями сравнительной оценки базовой, промежуточной и предлагаемой технологий заделки пожнивных остатков в почву будут являться:
1. Биологические показатели состояния почвы;
2. Агротехнические:
- виды, количество и производительность сельскохозяйственной техники;
- сроки и затраты времени на проведение операций;
- урожайность сельскохозяйственных культур.
3. Затраты на производство единицы продукции.
Ожидаемые результаты исследований:
- улучшение биологического состава и плодородных свойств почвы;
- повышение урожайности сельскохозяйственных культур;
- снижение затрат на выполнение агротехнических операций и себестоимости производимой продукции;
- разработка конструкции и испытание опытной модели комбинированного агрегата для реализации способа заделки пожнивных остатков злаковых культур.
Список исползуемых источников
1. Башкирев А.П. Особенности эксплуатации широкозахватной дисковой бороны CATROS 7500 [Текст] / А.П. Башкирев, И.В. Коношин, Р.А. Булавинцев, И.Е. Пупавцев // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии № 8 - Курск, 2018. С. 201-206.
2. Калашникова Н.В. Современные комбинированные агрегаты для безотвальной обработки почвы [Текст] / Н.В. Калашникова, Р.А. Булавинцев, Ю.А. Юдин // Состояние и перспективы энерго- и ресурсосберегающих технологий в АПК: Материалы Международной научно-практической конференции. Сборник трудов конференции. -Орел, 2009 С. 91 - 96.
3. Меркулов А.В. Этапы и основные направления развития машин для основной обработки почвы [Текст] / А.В. Меркулов, А.И. Бабенков, А.М. Полохин // Научно-практический журнал АГРОТЕХНИКА И ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ №1(1) - Орел, 2014 - с. 91 - 96.
4. Сельскохозяйственные машины: практикум / Н.В.
Калашникова, Р.А. Булавинцев, Ю.А. Юдин - Орел, 2009. - 356 с.
5. Головащенко Д. Много стерни на поле! Что делать? Или как подготовить почву к севу? // Агровестник. - 2018. - 25 февраля [Электронный ресурс]. URL: https://agrovesti.net/lib/advices/mnogo-sterni-na-pole-chto-delat-ili-kak-podgotovit-pochvu-k-sevu.html (дата обращения: 03.11.2020)
6. Комбинированные почвообрабатывающие агрегаты // Cельскохозяйственный портал. - 2020. - 12 июня [Электронный ресурс]. URL: https://zapilika.ru/topics/kombinirovannye-pochvoobrabatyvayushhi/ (дата обращения: 03.11.2020)
7. Новицкий И. Комбинированные почвообрабатывающие агрегаты // Cельхозпортал: Статьи и материалы: Сельхозтехника. -2017. - 20 июля [Электронный ресурс]. URL: https://сельхозпортал.рф/articles/kombinirovannye-pochvoobrabatyvayushhie-agregaty/ (дата обращения: 03.11.2020)
8. Утилизация соломы озимой пшеницы // URL: https://ekolog.my1.ru/index/ehto_interesno/0-27 (дата обращения: 03.11.2020)
Р.А. Булавинцев, к.т.н., доцент, А.В. Волженцев, к.т.н., доцент, А.М. Полохин, к.т.н., доцент, А.В. Козлов, к.т.н., доцент, А.В. Звеков, ст. преподаватель, И.Е. Пупавцев, ст. преподаватель
ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», г. Орел, Россия
ANALYTICAL JUSTIFICATION OF THE APPLICATION OF COMBINED TECHNOLOGY IN THE TECHNOLOGY OF CROP
RESIDUES
R.A. Bulavintsev, A.V. Volzhentsev, A.M. Polokhin, A.V. Kozlov, A.V. Zvekov, I.E. Pupavtsev
FSBEI HE "Oryol State Agrarian University named after N.V. Parakhina ",
Orel, Russia
Abstract: To date, the use of combined agricultural units in plant growing, capable of performing several technological operations in one pass, has become quite common [1, 2, 3, 4]. Such a widespread use in agricultural technologies is due to the presence of such generally recognized advantages in combined equipment as: - reduction in the number of tractors and other agricultural machines involved in the processing of the field, which allows to reduce soil compaction; - reduction of fuel consumption and labor costs for processing a hectare of area, which increases energy efficiency and productivity of the agricultural enterprise; - reduction of the time of field work, which is very important in conditions of unstable weather. However, these devices also have a number of disadvantages [6, 7]: - their relative high cost. It is often more profitable to buy plows, harrows and seeders separately than to buy a combined tool that combines all their qualities; - lower quality of processing of the field in comparison with tools with traditional separate processing organs; - significant weight and a large number of combined implements simultaneously immersed in the ground create a significantly greater traction resistance to the movement of the unit. For this reason, they can only be hooked up to very powerful and large tractors, the number of which is often small for an ordinary agricultural enterprise, and even more so for a farmer. The indicated advantages and disadvantages constitute the relevance of the development of new, improvement and modernization of existing designs of combined units.
Keywords: cereals, straw, stubble, crop residues, soil cultivation, spraying, combined aggregates, biological product, fertilizers.
R.A. Bulavintsev, Ph.D., associate professor, A. V. Volzhentsev, Ph.D., Associate Professor, A.M. Polokhin, Ph.D., associate professor, A. V. Kozlov, Ph.D., Associate Professor, A. V. Zvekov, senior lecturer, I.E. Pupavtsev, senior lecturer
FSBEI HE "Oryol State Agrarian University named after N.V. Parakhina ", Orel, Russia
