CC BY
92
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 632.935.9+631.348.8.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОПОЛКА КАК ЭЛЕМЕНТ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПОЧВОПОЛЬЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ MINI-TILL
И.В. Юдаев, кандидат технических наук, доцент И.А. Махонин, кандидат экономических наук, доцент Ю.Н. Плескачев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
ФГБОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Наименее экологизированным этапом ухода за почвой при её минимальной обработке является операция по уничтожению сорняков, поэтому необходимо рассматривать новые варианты уничтожения сорных растений и прежде всего без применения ядохимикатов, как например, электроимпульсная прополка. Полученные технологические и энергетические показатели свидетельствуют, что электропрополку как технологическую операцию можно включить в систему минимальной обработки и получения экологически чистой продукции.
Ключевые слова: электроимпульсная прополка, минимальная обработка почвы, технологические параметры электропрополки, экологическая безопасность.
Современная система ведения интенсивного хозяйствования на почвенном покрове земли привела к тому, что биоэкологическое равновесие на сельскохозяйственных угодьях становится все более хрупким.
Почвопользователь всё чаще и чаще сталкивается с новыми неожиданными последствиями интенсивной химизации обрабатываемых сельскохозяйственных площадей. Применение инсектицидов и гербицидов привело к тому, что за период с 1960 по 2010 г. в мире были выявлены популяции более 46 видов вредителей проявляющих резистентность к действию различных ядохимикатов на основных сельскохозяйственных культурах, а также 240 видов сорных растений, проявляющих чётко выраженную резистентность к определённым классам гербицидов [2]. Несбалансированное минеральное и органическое питание растений привело к интенсивному распространению трудноискореняемых сорняков.
Деградация почвы от ветровой и водной эрозии в странах Северной и Южной Америки в 60...70-х годах прошлого века побудила их перейти сначала на плоскорезную, а затем минимальную (Mini-Till) и нулевую систему обработки почвы (No-Till). На международных конгрессах по ресурсосберегающим технологиям в сельском хозяйстве использование таких технологий было признано как стратегически важное направление для глобального развития мира. В настоящее время
по системе No-Till в мире возделывается 106 млн га обрабатываемой почвы, в том числе 25,5 млн га - в Аргентине (69 % обрабатываемых почв в стране), в США и Канаде - 37,8 млн га, в Австралии и Новой Зеландии 11,5 млн га [3].
Темпы развития современных ресурсосберегающих технологий в России значительно отстают от общемировых: так, например, по технологиям сберегающего земледелия обрабатывается менее 2 % сельскохозяйственных угодий, а темпы роста производства сельскохозяйственной продукции в 2002... 2003 годах составили только 1,5 %.
Для успешного выращивания сельскохозяйственных культур в системе No-till борьбе с сорняками необходимо уделять особое внимание. Как и во многих других технологиях, зачастую используют эффективный инструмент защиты от сорняков - применяют гербициды. Но система минимальной или нулевой обработки определяет одно из основных своих преимуществ - защиту от сорняков в посевах и посадках с минимальной негативной нагрузкой на окружающую среду. На наш взгляд, так как наименее экологизированным этапом применения ресурсосберегающих приёмов обработки почвы является операция по уничтожению сорняков, то необходимо рассматривать различные новые варианты уничтожения сорных растений и прежде всего без применения ядохимикатов. В настоящее время разрабатываются различные эффективные способы борьбы с сорняками, к которым относят, в том числе, и применение электрической энергии. Основной задачей в проведенных исследованиях являлось обоснование технологической эффективности разрабатываемой операции по уничтожению сорняков, её энергетическая оценка и экологическая безопасность при использовании электроимпульсной прополки в системе минимальной обработки почвы.
Само применение электрической энергии для истребления сорняков можно рассматривать как применение экологически чистых технологий в земледелии, что определяет возможность повреждать без ущерба для экологического равновесия территории корневую систему сорняков - основной эпицентр их размножения, не извлекая остатков корней на поверхность, создавая тем самым условия получать органику, так необходимую почве и микроорганизмам. Электропрополка эффективно подавляет и уничтожает трудноискоренимые сорняки; позволяет избирательно уничтожать очаги сорных трав, в том числе и карантинных; уничтожает вместе с сорняками вредителей и возбудителей болезней культурных растений, обитающих в их почвенно-корневой структуре.
Получить наилучшие экономические показатели процесса электрического уничтожения сорняков можно в том случае, если разрабатываемая операция будет технологически эффективной, энергетически экономичной, при этом выполняется простыми и дешёвыми техническими средствами. Эффективность истребления сорных растений в первую очередь характеризуется надёжным, необратимым повреждением их растительных тканей. Энергетические показатели зависят от минимального количества энергии, которые необходимо затратить, для того чтобы величина повреждения тканей сорняков достигла своего предельного значения. Сложность конструкции электротехнологического устройства и его стоимость в значительной мере определяется напряжением обработки: чем ниже напряжение, тем проще, дешевле установка и безопаснее её эксплуатация.
Учёными Волгоградской ГСХА, начиная с 70-х годов прошлого столетия, планомерно изучается влияние электроискрового и электроимпульсного способа воздействия на растительные ткани различных культурных и сорных растений с целью достижения поставленного технологического эффекта. Основными методами и методиками, используемыми в исследованиях по изучению влияния электрических импульсов высокого напряжения на ткани сорных растений, являются различные, как хорошо известные, так и частные методики биофизических, электротехнологических и агротехнических опытов и экспериментов.
В выполненных работах экспериментально обосновано, что электрическое воздействие на растительные объекты разрядными импульсами высокого напряжения эффективнее, чем воздействие энергетически равными синусоидальным напряжением. Подтверждено, что именно использование высоковольтных импульсов приводит к более глубокому повреждению растительной ткани, что является решением основной задачи при борьбе с сорняками.
Анализ известных исследований по воздействию электрического тока и оценка полученных экспериментальных данных, позволяют предположить, что для сорных растений основным повреждающим фактором при их электрической обработке является ток проводимости большой плотности или, что эквивалентно, электрическое поле высокой напряжённости в тканях сорных трав.
Многолетние исследования позволили определить, что основной технологический показатель электроимпульсного воздействия -предельная степень повреждения должна быть не ниже 5,0. При этом необходимо обеспечить следующие значения удельных расходов энергии, приводящие к летальному исходу: у молочая лозного - 11,35
Дж/см3; у щирицы запрокинутой - 5,6 Дж/см3; у осота розового - 6,8 Дж/см3; у осота полевого - 9,75 Дж/см3 и т.д. Для достижения максимальной степени повреждения при минимальных затратах энергии необходимо воздействовать на сорные растения такими электрическими импульсами высокого напряжения, которые в обрабатываемой ткани создают напряжённость электрического поля порядка 4,0 кВ/см или, что эквивалентно, значение плотности тока обработки не менее 1,5 А/см2
[4].
Проведённые опыты показали, что оптимальными технологическими параметрами электроимпульсного уничтожения сорных растений являются: напряжение обработки Ио = 20...25 кВ; длительность импульса напряжения 1ИМп ~ 126-10’6 с; накопительная ёмкость разрядного контура генератора импульсных напряжений должна быть не менее Ск = 4000 пФ. Энергия одного воздействующего импульса должна соответствовать значениям порядка \У1 = 1,0. ..1,5 Дж. При этом,, необходимый режим электроимпульсной обработки можно получить изменением параметров разрядного контура: изменением ёмкости и напряжения можно регулировать запас энергии в контуре, изменением напряжения добиваться необходимой напряженности в растительной ткани, а изменением только ёмкости - регулировать длительность воздействующих импульсов [4].
Техническое средство для уничтожения сорных растений электрическим током может быть построено по следующей рациональной структуре: силовая установка на тракторе; источник электрической энергии, состоящий из синхронного генератора, блока преобразования с повышающим трансформатором, генератора импульсных напряжений с выходным разрядным контуром; устройство подведения электрической энергии к объекту обработки, в виде рабочих электродов.
Для всесторонней характеристики использования электроимпульсной прополки проведена оценка совокупных энергетических затрат на возделывание озимой пшеницы по чёрному пару на землях Волгоградской области. Для количественного сравнения затрат вариантов борьбы с сорными растениями выполнен расчёт энергоёмкости при опрыскивании почвы гербицидом раундапом; культивации и бороновании почвы; электроимпульсном уничтожении сорняков. Полученные результаты свидетельствуют, что использование электропрополки во всех случаях позволяет снизить энергоёмкость операции борьбы с сорной растительностью. При засорённости почвы однолетними сорняками эти показатели снижаются по сравнению с культивацией на 75,9 %, а по сравнению с химической прополкой - на 87,0 %. В случае засорённости почвы многолетними сорными
растениями, соответственно, на 16,7 %, и 54,9 % [4].
Предлагаемый вариант уничтожения сорняков, включаемый в систему минимальной обработки почвы, реализуется при непосредственном контактировании электродной системы с растением, по тканям которого протекает ток обработки с плотностью, достаточной для надёжного, необратимого их повреждения. Наиболее эффективным для уничтожения сорняков является вариант обработки, когда повреждающий ток протекает по корневой системе растений, но такую обработку нельзя осуществить без использования хотя бы заглубленного в почву электрода. Это объясняется тем, что элементы корневой системы должны подвергаться продольному воздействию протекающего по ним тока. Но перемещение заглубленного в почву электрода создаёт дополнительное тяговое сопротивление, и поэтому, с точки зрения снижения общих затрат энергии на обработку засорённого массива, электродная система может быть и надземного исполнения, создавая следующую цепь протекания тока обработки: «навесной электрод - листостебельная часть растения - корневая система растения - почва - корневая система другого растения - листостебельная часть другого растения - второй навесной электрод».
Наиболее эффективным может быть электроимпульсное истребление сорной растительности при сплошной обработке почвенных площадей. Уменьшить число механических, даже минимальных обработок почвы можно, если после отрастания основной массы побегов сорняков произвести их обработку электрическими импульсами высокого напряжения. Повреждённая на глубину обработки корневая система сорняков не сможет дать сразу вегетативных отростков, на их прорастание потребуются запасённые питательные вещества и, следовательно, будет происходить истощение биоэнергетических запасов корней. Последующая за этим культивация (если необходимо проводить механическую прополку) уничтожит появившиеся побеги и заделает в почву остатки уничтоженных сорняков, которые со временем превратятся в органические удобрения. Такое применение электропрополки не только уменьшит количество механических обработок почвы или позволит вообще отказаться от неё, что актуально в засушливых регионах с почвенной эрозией, но и даст возможность надёжно повредить корневую систему - основной орган размножения, не используя при этом ядохимикатов.
Электроимпульсное уничтожение сорных растений эффективно и в случаях необходимости подавления очагов карантинных сорных растений (горчак ползучий, амброзии, ценхрус малоцветковый). Электрическая же прополка даёт возможность серьёзно повредить и истощить корневую систему на глубину большую, чем при воздействии ядохимикатами, и при этом не происходит какого-либо накопления остатков химических препаратов в почве. При этом следует особо
отметить тот факт, что применение совместно с электропрополкой спутниковой навигации типа GPS позволит более точно определять места произрастания карантинных сорняков и, используя элементы автоматизации, дозированно, более эффективно поражать скопления этих вредоносных сорных трав.
Наибольший эффект от электроимпульсного воздействия на корневую систему сорняков наблюдается в случае обработки в установившуюся жаркую погоду, когда растения ослаблены.
Полученные технологические и энергетические показатели свидетельствуют, что на богарных почвах можно достаточно эффективно проводить мероприятия по уничтожению сорняков электрическими импульсами высокого напряжения, включая эту технологическую операцию в систему минимальной обработки почвы и получения экологически чистой продукции сельского хозяйства.
К изложенному выше следует добавить существенный фактор применения такой инновационной операции как электрическая прополка - это экологическая безопасность и отсутствие негативного влияния на окружающую среду, в том числе и на полезную микрофлору почвы. Наоборот, как показали биологические исследования, сразу после обработки электрическими импульсами высокого напряжения происходит общая стимуляция микрофлоры почвы. Через двое- трое суток происходит рост численности бактерий, повышающих почвенное плодородие с одновременным угнетением микроскопических грибов [1].
Библиографический список
1. Емцев, В.Т. Влияние элекгропрополки посевов овощных культур на численность микроорганизмов в почве [Текст] / В.Т. Емцев; В.И. Сидоров и др. // Изв. Тимирязев, с.-х. акад. - 1993. - Вып. 2. - С. 81-88.
2. Спиридонов, Ю.Я. Особенности проявления резистентности сорняков к гербицидам [Текст] /Ю.Я. Спиридонов //Вестник защиты растений. -2001. -№ 1. -С. 54-62.
3. Фридрих, Т. Мировой опыт крепления по - till [Текст] / Т. Фридрих, Р. Дериш // Ресурсосберегающее земледелие. - 2010. - № 2. - С. 6-11.
4. Юдаев, И.В. Обоснование технологических параметров электроимпульсного уничтожения сорной растительности [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук. / И.В. Юдаев. -Волгоград: ВГСХА, 2002. - 24 с.
E-mail: etshl965@mail.ru
