CC BY
12
УДК 631.3:631.6.02
БАЗА ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ МЕХАНИЗАЦИИ АГРОТЕХНОЛОГИЙ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
ДЬЯКОВ В.П.,
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ФГБНУ ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии.
Реферат. В сельскохозяйственной практике все большее внимание уделяется сохранению и повышению плодородия почв путем устранения снижающих его факторов: неблагоприятные физические свойства и прежде всего переуплотнение почв. Существенную роль в регулировании физических свойств почв, создании их эффективного и потенциального плодородия, играют энергетические средства, уборочные, посевные и почвообрабатывающие машины и орудия. Для снижения вредного воздействия ходовых систем сельскохозяйственной техники на почву разработаны специальные мероприятия. Они разделяются организационно-технологические, конструктивно-механические и перспективные мероприятия. Их общая цель - не допускать превышение ходовыми системами машин и орудий установленных норм удельного давления (кПа) на почву в зависимости от влажности: при влажности > НВ - 40...50; при 0,7...0,9 НВ - 80...90: при 0,5...0,7 НВ - 100...120; при влажности < 0,5 НВ - 150...180 (НВ - наименьшая влагоемкость почвы).
Ключевые слова: движители сельскохозяйственных машин, уплотнение почвы, мероприятия снижения переуплотнения почвы.
DATABASE DESIGN FOR COMPLEX MECHANIZATION AGROTECHNOLOGY ADAPTIVE-LANDSCAPE OF AGRICULTURE
DYAKOV V.P.,
Ph.D., lead researcher of the Institute of Agriculture and FGBNU protection against soil erosion.
Essay. In agricultural practice more and more attention is paid to the preservation and improvement of soil PLO-hydrogen by eliminating reducing its factors: unfavorable physical properties, and especially soil compaction. An important role in the regulation of the physical properties of the soil, making their effective and potential fertility, play power tools, harvesting, seeding and tillage machines and tools. To reduce the harmful effects of running systems of agricultural machinery on the ground designed special events. They are separated by the Organizational and technological, structural and mechanical and future events. Their common goal - to avoid exceeding the undercarriage machines and implements the established norms of the specific pressure (psi) on the ground, depending on the humidity: the humidity > HB - 40 ... 50; at 0.7 ... 0.9 HB - 80 ... 90: at 0.5 ... 0.7 HB - 100 ... 120; when humidity <0.5 HB - 150 ... 180 (HB - the lowest soil moisture content).
Keywords: movers agricultural machinery, soil compaction, reducing the event recompaction.
Адаптивно-ландшафтная система земледелия - система ведения сельского хозяйства, синтезированная из почвозащитной, влаго - и ресурсосберегающей систем земледелия. Принципиальной особенностью данной системы земледелия состоит в том, что ее идеология предусматривает смену приоритетов использования земли: на первый план ставится природоохранный принцип природопользования вместо антропоцентрического принципа. Данный технологический шаг обусловлен тем, что главной задачей применяемой в настоящее время системы земледелия является получение максимального количества продукции (приоритетная цель), а борьба с деградацией почвы отводится на второй план. Принимаемые в этой связи попытки увеличения урожаев сельскохозяйственных культур за счет интенсификации, механизации и химизации полей, при так называемой трансформированной системе земледелия, лишь частично и на короткое время затормаживают убывающее плодородие почвы при непрерывном истощении природных энергоресурсов и ускоренной деградации агроландшафтов. Прирост в последние 30-40 лет 30 %-ный урожайности зерновых культур является результатом четырехкратного увеличения минеральных удобрений. Однако чрезмерная химизация рабочих участков предопределила возрастающую дестабилизацию агроэкосистем, деградацию почвы и снижение эффективного и потенциального плодородия ее [1].
Сложившиеся неблагоприятные по отношению к почве обстоятельства обусловили необходимость пересмотра идеологии системы земледелия: адаптивно-
ландшафтная система земледелия строится на принципах адаптивно-ландшафтного обустройства территории. Ландшафтизация растениеводства обусловливает значительные изменения материальной базы, внедрение более производительной техники, комплексной механизации и автоматизации технологических процессов. Основное внимание при этом уделяется повышению плодородия почв и устранению снижающих его факторов, таких как неблагоприятные физические свойства и прежде всего переуплотнение почв и механическая эрозия их на склоновых землях. Существенную роль в регулировании физических свойств почв, созданию их оптимальной плотности (объемной массы) и структуры, которые обеспечивают повышение, как их эффективности, так и потенциального плодородия, играют сельскохозяйственные энергетические средства и почвообрабатывающие машины и орудия.
Актуальность данной проблемы определялась тем, что к концу 70-х годов прошлого столетия рядом институтов были получены результаты, показывающие, что воздействие ходовых систем на почву, особенно тракторов нового поколения, приводит к снижению не только эффективного, но и потенциального плодородия почв. При этом полного восстановления отрицательного эффекта воздействия на почву не удается достигнуть с помощью известных методов обработки почв. В этой связи в 1980 г. в соответствии с рекомендациями Президиума ВАСХ-НИЛ была разработана программа научно-исследовательских работ на 1981.. .1985 гг. по решению
научно-технической проблемы 0.сх.107 «Исследовать в различных почвенно-климатических зонах страны влияние ходовых систем сельскохозяйственной техники на изменение характеристик почв, урожайность основных культур и сопротивление обработке; установить допустимый уровень воздействия на почву, разработать методы контроля и рекомендации по созданию ходовых систем, отвечающим требованиям сельского хозяйства».
Реальность переуплотнения и истирания почв элементами сельскохозяйственной техники существенно возросла с приходом на поля в большом количестве новой мощной техники (тракторы, комбайны, транспортные средства и другие машины). Положение усугубилось также резким увеличением удельного веса техники с колесными ходовыми системами. Из-за интенсификации технологий - комплексной механизации полевых работ - в настоящее время большая часть пашни подвергается ежегодно 3.. .9 кратному воздействию ходовых систем машин и орудий. Вместе с тем создание новой более мощной техники сопровождается в настоящее время значительным повышением общих и удельных нагрузок на почву. Так, колесный трактор К-701 имеет массу 14 т, а современный навозоразбрасыватель с грузом - около 21 т.
Наблюдения при производстве механизированных работ показывают, что масса колесных тракторов, на долю которых приходится выполнение основной части полевых работ, повысилась в последние годы в 2. 4 раза. Так, напряжение в почве под колесами тяжелого трактора К-701 приблизительно в 2 раза выше, чем под колесами трактора МТЗ -5М. В то же время напряжение в почве под колесами трактора МТЗ -5М в 2 раза больше, чем под гусеницами трактора ДТ-75С или Т-150. Статистически значимое повышение почвы распространяется на глубину до 0,4 и более метров.
Последействие уплотнения почвы движителями тракторов проявляется в изменении почвенных характеристик в процессе их взаимодействия, и обусловливается, главным образом, величиной максимального контактного давления [2]. Так, при контактном давлении 125, кПа (трактор ДТ - 75) физические свойства серой лесной почвы практически восстановились через год в результате саморазуплотнения (набухание, замораживание) почвы и проводимых типичных последующих обработок. В вариантах опыта с уплотнением той же почвы движителями Т-150 и К-701 с максимальным контактным давлением 183 и 205 кПа существенное остаточное уплотнение в пахотном слое сохранялось и через два года.
Статистически значимое повышение плотности почвы распространяется [3] на глубину от 0,.4 до 0,6 м и более. Наибольшие изменения плотности наблюдаются в верхнем (0.0,3 м) слое почвы. Так, после 4-х кратных проходов тракторов ДТ-75 и МТЗ-82 плотность почвы с 1,37.1,43 г/см3 до 1.57.1,62 г/см3 и до 1,62.1,75 г/см3 после прохода тракторов Т-150К и К-701. При этом статистически значимые значения изменения твердости почвы наблюдались на глубине 0,45.0,50 м. Негативные изменения плотности почвы обусловили снижение урожая ячменя: при 2- и 4-х кратных проходах Т-150 и К-701 урожайность ячменя была на 8.10 и 10.13 ц/га ниже, чем на контроле.
Отрицательное влияние уплотнения почвы ходовыми системами сельскохозяйственной техники сказывается не только на пашне, но и на многоукосных луговых травостоях. Исследования [4] влияния ходовых систем сельскохозяйственных машин на дернину луга проводились на участке дерново-подзолистой средне-
суглинистой почвы с травостоем второго года пользования. Установлено, что наибольшему уплотнению подвергается верхний слой (0.10 см) почвы. Так, если на контроле и по следу колесного движителя с уровнем среднего давления 100 кПа при влажности 28.29 % плотность почвы была практически одинакова (1.39.1,40 г/см3), то по следу движителя с уровнем воздействия 200 кПа она заметно возросла и составила 1,46 г/см3 , а при уровне 300 кПа достигла 1,55 г/см3 . В слое 10.20 см с ростом нагрузки почва уплотняется в меньшей мере, тенденция увеличения плотности проявляется лишь при максимальном уровне среднего давления 300 кПа (1,52 против 1,51 г/см на контроле). В слое 20.30 см почва практически не уплотнялась.
Снижение урожайности начиналось при трехкратном уплотнении почвы колесным движителем с уровня среднего давления 200 кПа и составлял при такой нагрузке в среднем 19 %, а при уровне 300 кПа -20 %. В отдельных укосах снижение различных травостоев при уровнях давления 200 и 300 кПа достигало 59 и 73 %.
Высота травостоев за сезон по следу движителя при давлениях 200 и 300 кПа в сравнении с контрольными делянками уменьшалась в среднем на 7 см, а плотность травостоев на 30 %.
В целом ряде работ у нас в стране, в частности работы [5,6,7] и др., и в ближнем зарубежье посвящены экспериментальному обоснованию допустимых давлений на почву для различных типов почв и их влажности.
Для выяснения сути отрицательного влияния уплотнения и переуплотнения почвы рассмотрим, как изменяются при этом те компоненты почвенной среды, которыми определяются плодородие ее и урожайность сельскохозяйственных культур. Их несколько, они следующие.
Солнечная радиация и теплота. Механическое уплотнение почвы ухудшает условия жизнедеятельности почвенной микрофлоры, как в результате снижения воздухообмена, так и более резких колебаний температуры почвы, влияющих на поглощение растением солнечной радиации.
Почвенная влага. Увлажнение почвы способствует уплотнению почвы. Уплотнение почвы ведет к серьезному уменьшению влагоемкости ее, скорости впитывания воды и водопроницаемости.
Изменяется плотность почвы и в результате ее полива. Так, плотность сложения подпахотных горизонтов в слое 20.50 см уже в первый год полива увеличивается до 1,45.1,55 г/см с 1,30.1,35 г/см2 . Плодородие почвы при этом снижается.
Гумус. Установлено, что чем выше содержание гумуса в почве, тем выше ее способность противостоять избыточному переуплотнению и восстанавливать свои физические свойства.
Минеральные элементы питания. На переуплотненных почвах применение высоких доз азотных удобрений не дает желаемого эффекта.
Структура и плотность сложения почвы. Эти два параметра почвы являются основными, поскольку определяют физические свойства и режимы ее и оказывают решающее влияние на урожай. На уплотненной почве наблюдается отставание растений в росте, развитии корневой системы; снижается качество крошения почвы и повышается сопротивление рыхлению.
Биологическая активность - важная характеристика почвы, дополняющая ее агрофизические и агрохимические показатели. Показано, что увеличение плотности почвы до 1,35.1,40 г/см3 ведет к снижению скорости
разложения растительных остатков на 38.40 % и, как следствие, к снижению биологической активности ее.
Из сказанного закономерно заключить, что механическая обработка почвы, а другого способа человечество еще не придумала, несмотря на ее жизненную необходимость, создает посредством вредного избыточного переуплотнения почвы важнейшую глобальную экологическую и социально-экономическую проблему современности.
Экспериментальные данные, полученные в период последних 25.30 лет в нашей стране и в ближнем зарубежье, дают возможность разработать рекомендации и предложения по ограничению уровня воздействия движителей и рабочих органов сельскохозяйственной техники на почву при проектировании технологических комплексов механизации агротехнологий адаптивно-ландшафтной системы земледелия. По характеру их направленности и исполнению можно разделить на организационно-технологические, конструктивно -механические и перспективные.
Организационно-технологические:
- шире внедрять минимальную обработку почвы;
- применять широкозахватные комбинированные агрегаты;
- перед основной обработкой почвы тяжелыми (класс 3; 4 и 5 кН) тракторами проводить лущение поверхности поля на глубину 6.10 см;
- полевые работы проводить при влажности почвы не выше (0,65.0,7) НВ;
- колесные тракторы выпускать на поля весной на 2.3 дня позднее, чем гусеничные тракторы;
- сокращать кратность проходов агрегатов по одному следу без предварительного рыхления почвы по колее прохода предыдущего агрегата;
- междурядные обработки технических культур проводить в агрегате с гусеничным трактором класса 2;
- при обработке почвы плугом или глубокорыхли-телем ширина захвата орудия должна перекрывать ширину колеи энергетического средства;
- колесные тракторы Т-150К и К-701 заменить гусеничными тракторами соответствующего класса;
Конструктивно-механические:
- оборудовать колесные тракторы широкопрофильными шинами, а также сдвоенными и строенными ко-
лесами. В результате в полтора раза уменьшается уплотнение и зона его распространения в почве;
- на рыхлых влажных почвах применять полугусеничный ход с резиновыми соединительными элементами, чем на 40.45 % снижается давление на почву и в разы (до 20) глубина колеи;
- удельное давление (кПа) ходовой системы сельскохозяйственной единичной техники для дерново-подзолистых и серых лесных почв, почв типичного и предкавказского черноземов не должно превышать, при влажности > НВ - 40.50 кПа; при 0,7.09 НВ -80.90 кПа; при 0,5.0,7 НВ - 100.120 кПа; при влажности почвы < 0,5 НВ - 150.180 кПа (диапазоны влажности установлены ГОСТ 26955-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву);
- шины ходовых систем энергетических средств должны быть работоспособными с низким внутренним давлением.
Перспективные:
- технологии производства сельскохозяйственных культур должны разрабатываться с учетом региональных свойств почв, положив в их основу знание о свойствах и предрасположенности почв к уплотнению. При этом использовать и углублять те исключительно ценные сведения о взаимодействии частиц дисперсных систем между собой и поровой средой, которые дают современная физическая и коллоидная химия и работы школ отечественных и зарубежных ученых;
- необходимо развивать фундаментальные исследования по теории разрушения почв под внешней нагрузкой. Эти исследования имеют огромное значение, как для создания новых почвообрабатывающих машин, так и для совершенствования процессов обработки почвы.
Из всего сказанного выше следует заключить:
1. Борьба с механическим переуплотнением почв -путь к регулированию физических свойств почв, созданию их оптимальной плотности и структуры, которые обеспечивают повышение, как их эффективного, так и потенциального плодородия.
2. В этой связи все большую актуальность приобретают исследования, направленные на изучение физико-механических свойств почвы и механических процессов взаимодействия сельскохозяйственной техники и почвы.
Список использованных источников
1. Кулик Н.М., Барабанов А.Т. Адаптивно-ландшафтная система земледелия Волгоградской области // Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции ГНУ ВНИИЗ и ЗПЗ, 14-16 декабря 2010. - Курск, 2010. - С.200-203.
2. Русанов В.А. Требования к технике // Земледелие. -1967. - № 9.-С. 29-33.
3. Депрессия урожая сельскохозяйственных культур при уплотнении почвы и приемы ее снижения / А.И. Пушнин, Н.С. Матюк, Г.Г. Манолий, И.Г. Платонов // Сб. научных трудов. - Т. 118. - М. : ВИМ, 1988. - С. 75-86.
4. Влияние ходовых систем сельскохозяйственных машин на почву и урожайность многоукосных луговых трав / Т.А. Дедаев, А.В. Шевцов, В.В. Козлов, Е.С. Кобыльчеко // Сборник научных трудов. - Т.118. - 1988. - С. 98-103.
5. Об уплотнении типичного чернозема сельскохозяйственной техникой и пути его снижения. - В сб.; Влияние сельскохозяйственной техники на почву / В.В. Медведев, В.Г. Цыбулько, П.И. Слободюк, М.С. Чернова // Научные труды Почвенного института им. В.В. Докучаева. - М.,1981. С. 46-52.
6. Влияние ходовых систем тракторов на урожайность пропашных культур. - В сб. Влияние сельскохозяйственной техники на почву / В.А. Русанов, В.М. Баутин, И.С. Небогин, В.С. Юшков // Научные труды Почвенного института им. В.В. Докучаева. - М., 1981.- С. 92-98.
7. Цыбулько В.Г. Воздействие ходовых систем тракторов на черноземные почвы и пути его снижения. /Автореф. канд. дисс. - Харьков, 1987. - 24 с.
List of sources used
1. Kulik N.M., Barabanov A.T. Adaptive-landscape system of agriculture Volgograd region // Proceedings of the All-Russian scientific-practical conference GNU VNIIZ and ASAL, 14-16 December 2010 - Voronezh, 2010. - S.200-203.
2. Rusanov V.A. To technology requirements // Agriculture. -1967. - № 9.-S. 29-33.
3. Depression crop when compacting soil and methods of its reduction / A.I. Puponin, N.S. Matyuk, G.G. Manoliy, I.G. Platonov // Coll. scientific papers. - T.118. - M .: VIM, 1988. - P. 75-86.
4. Influence of running agricultural machinery systems on soil and yield mnogoukosnyh meadow grass / T.A. Dedaev, A.V. Shevtsov, V.V. Kozlov, E.S. Kobylcheko // Collection of scientific works. - T.118. - 1988. - S. 98-103.
5. On a typical black soil compaction farming techniques and ways to reduce it. - In Sat .; Influence of agricultural machinery to the soil / V.V. Medvedev, V.G. Tsybulko, P.I. Slobodyuk, M.S. Chernov // Proceedings of the Soil Institute. VV Dokuchaev. - M., 1981. S. 46-52.
6. Influence of running systems of tractors on yields of cultivated crops. - In Proc. Impact of Farmhouse-vennoy techniques on soil / V.A. Rusanov, V.M. Boutin, I.S. Nebogin, V.S. Yushkov // Proceedings of the Soil Institute. V.V. Dokuchaev. - M., 1981. - Pp 92-98.
7. Tsybulko V.G. Impact of running systems of tractors in the black soil and ways to reduce it. / Author. cand. diss. -Kharkiv, 1987. - 24 p.
