CC BY
56
9. Rybak, L. A. Innovacionnoe obrabatyvayuschee oborudovanie na baze parallel'nyh struktur: perspektivy i napravleniya kommercializacii [Tekst]/ L. A. Rybak, G. P. Grinenko // Nau-koemkie tehnologii v mashinostroenii. - 2013. - №7(25). - S. 32-39.
10. I. Nesmiyanov. Synthesis of Control Algorithm and Computer Simulation of Robotic Manipulator-Tripod [Tekst]/ I. Nesmiyanov, V. Zhoga, V. Skakunov, S. Terekhov, N. Vorob'eva, V. Dyashkin-Titov, Fares Ali Hussein Al-hadsha // Communications in Computer and Information Science. -- SpringerInternationalPublishingSwitzerland 2015: CIT&DS 2015, CCIS 535, pp. 392-404.
E-mail: vgsxa@mail.ru УДК 631.414.3:631.432.31:631.316.22:631.82
КАПИЛЛЯРНО-СОРБЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В ПОЧВЕ ПОСЛЕ ЧИЗЕЛЕВАНИЯ И ВНЕСЕНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ УДОБРЕНИЙ-МЕЛИОРАНТОВ
CAPILLARY-SORPTION EFFECTS IN SOIL AFTER CHIESELLING AND INTRODUCTION OF NON-TRADITIONAL
FERTILIZERS (MELIORANTS)
В.И. Пындак1, доктор технических наук, профессор А.Е. Новиков2,3, доктор технических наук В.Н. Штепа4, кандидат технических наук, доцент А.С. Межевова1, аспирант
V. I. Pyndak1, A.E. Novikov2,3, V.N. Shtepa4, A.S. Mezhevova1
1Волгоградский государственный аграрный университет 2Всероссийский НИИ орошаемого земледелия 3Волгоградский государственный технический университет 4Пинский государственный университет, Республика Беларусь
1 Volgogradsky State Agrarian University 2All-Russa Scientific Research Institute of irrigated agriculture 3Volgogradsky State Technical University 4Pinsky State University, Rep. of Belarus
Движение влаги в почве - это фильтрация, которая записывается в виде закона Дарси. Давление влаги в почве - это сумма капиллярно-сорбционного, гравитационного и осмотического давлений, последнее незначительно и его можно не учитывать. Гравитационное давление всегда присутствует, его вектор направлен вниз, а вектор капиллярно-сорбционного давления может быть направлен вверх, вниз или вовсе отсутствовать. На направление действия капил-лярно-сорбционного давления существенное влияние оказывают исходная влажность почвы, глубокая (чизельная) обработка почвы и нетрадиционное удобрение-мелиорант - осадок сточных вод, обладающий адсорбционными свойствами и вносимый на поверхность почвы в виде мульчирующего слоя. Чизелевание почвы сопровождается формированием гребнистого дна борозды. Внутрипочвенные гребни отклоняют вектор капиллярно-сорбционного давления и способствуют обезвоживанию нетронутой почвы. После чизелевания на переувлажнённых почвах ряды широкорядных пропашных культур располагают над гребнями. Чизелевание почвы и внесение осадка выполняют один раз в 2-3 года. Глубина пахоты 50-60 см, ширина междусле-дия - 70-80 см, доза внесения осадка - 20-25 т/га.
The movement of moisture in the soil is filtering, which is written in the form of Darcy's law. Water pressure in the soil is the amount of capillary-sorption, gravity and osmotic pressure, the latter is insignificant and can be ignored. The gravitational pressure is always present, its vector is directed downward, and the vector of capillary-sorption pressure can be directed up, down, or be absent altogether. At the direction of action of capillary-sorption pressure significantly affected by the initial
moisture content of the soil, deep (chisel) and unconventional tillage fertilizer (meliorant) is sewage sludge, which has adsorption properties and amendments to the soil surface as a mulch layer. Chiesell-ing of soil is accompanied by the formation of saltwater bottom of the furrow. Subsurface ridges deflect vector capillary-sorption pressure and contribute to dehydration of the soil untouched. After chieselling on waterlogged soils in wide rows of cultivated crops have on the ridges. Chieselling of soil and sediment entering are performed once in 2-3 years. The depth of plowing makes 50-60 cm, the width of row-spacing makes 70-80 cm, making sludge dose of 20-25 t/ha.
Ключевые слова: влагоёмкость почвы, капиллярно-сорбционное давление, осадок сточных вод, удобрение-мелиорант.
Key words: capillary fringe, capillary-sorption pressure, sewage sludge, manure-meliorant.
Введение. Иностранные учёные предсказывают катастрофические изменения в экосистемах [9], что обусловлено, в первую очередь, прогрессирующей деградацией земель сельскохозяйственного назначения. Одним из направлений в решении этой проблемы является глубокое рыхление подпахотных горизонтов и переувлажнённых почв [1, 3], а также использование нетрадиционных высокоэффективных удобрений-мелиорантов [3, 6], обеспечивающих аккумулирование влаги из атмосферы (в засушливых условиях) и, как оказалось, регулирующих влагоёмкость почвы (при избытке влаги). Однако агрофизические процессы в переувлажнённой почве нуждаются в изучении и интерпретации.
Материалы и методы. Из литературных источников и наших исследований [2, 5, 7] известно, что движение влаги в порах почвы - это фильтрация. Одна из разновидностей линейного закона фильтрации (закона Дарси) записывается в виде [4]:
и = Kфj,
где ^ - коэффициент фильтрации; j - гидравлический уклон.
Из-за сложности определения параметра j предложена новая интерпретация закона фильтрации [2, 5]:
и = Kф ■ KH ■ H ,
где Кн - коэффициент пропорциональности в размерности м-1, по нашим данным Кн ~ 10 м-1; H - пьезометрический напор, м.
При внутрипочвенном орошении считается, что ^ = 0,1. Тогда при H = 0,5-0,6 м u = 0,5-0,6 м/сут. - это скорость распространения влаги в почве на равнинных землях -в горизонте между увлажнителями.
Задача заключается в определении и интерпретации давления влаги на почву.
Результаты и обсуждение. При влагонасыщении и, в частности, при внутрипоч-венном орошении в почве действует давление влаги, являющееся алгебраической суммой капиллярно-сорбционного Pк-с, гравитационного Pгр и осмотического Pосм давлений:
P = P + P + P
11 к - с гр осм ■
Давление Pосм незначительно, и его можно не учитывать при назначении режимов орошения.
Гравитационное давление Pгр всегда присутствует, его вектор направлен вниз, а величина и направление действия капиллярно-сорбционного давления Pк-с зависят от влагоёмкости почвы. В начале влагонасыщения (в начале полива) давление Pк-с направ-
лено вниз (рисунок 1): Р^ = Рк _с + Р гр. Если нижний порог влажности Ж2 = (0,8750,933) ШНВ [2, 5], то Рк-с = 0, а Рх = Ргр. При увеличении влажности (Ш2 > ШНВ) вектор давления Рк-с направлен вверх: Р^ = Р гр _Рк _с . При влажности почвы Жрк (разрыва капилляров) давление Рк-с вновь исчезает (рисунок 1) и Р^ = Ргр.
О б б1 л л / 1Рк-с г Ч
[ р 1 гр (Рк-с ■р 1 гр ■р 1 гр Р 1 гр
/р.
Рисунок 1- Изменение векторов давления влаги в почве
Эти метаморфозы следует учитывать при назначении режимов орошения, исключая излишнее промачивание нижних горизонтов при
Р = р , Р
11 ± к _ с гр •
При внутрипочвенном орошении напор Н в голове увлажнителя варьировал в диапазоне 0,1-0,7 м. Экспериментально подтверждено, что на равнинной местности оптимальным напором является Н = 0,5-0,63 м, а минимальное время одного полива светло-каштановой почвы 2-3 часа.
Перед поливом средняя влажность почвы была в пределах 71,4-76,5 % НВ в слое 0,2-0,4 м. После завершения полива влажность почвы над увлажнителем достигала 112 % НВ, а на расстоянии 1,0 м от оси увлажнителя - 73,3-109,4 % НВ. Критерием начала полива должен быть оптимальный порог влажности в активном слое почвы: 75-80 % НВ.
осадка сточных вод
Осадок сточных вод - при его использовании в качестве нетрадиционного удобрения-мелиоранта [6] - рекомендуется вносить на поверхность обработанного поля - в виде мульчирующего слоя. В этом случае наиболее полно реализуются адсорбционные свойства осадка, благодаря чему сохраняется структура верхнего горизонта почвы и поддерживается определённая влажность за счёт аккумулирования из атмосферы воздуха и влаги.
ИЗВЕСТИЯ"
№ 3 (43), 2016
Вследствие этого, капиллярно-сорбционное давление Рк-с, будучи направленным вниз (рисунок 2), не только противостоит испарению почвенной влаги, но и стимулирует её накопление, а также снижение плотности верхнего горизонта. Это одно из эффективных направлений в агротехнических мелиорациях земель в засушливых условиях, а также при орошении [3, 8].
В ряде регионов России и Белоруссии приходится решать проблемы осушения переувлажнённых и заболоченных земель. Для этих целей рекомендуется, в частности, глубокое рыхление почвы [1]. В этом варианте целесообразно сочетание чизельной обработки почвы (на глубину 50-60 см) и последующее внесение на поверхность поля осадка сточных вод.
Чизелевание почвы сопровождается, как известно, формированием гребнистого дна борозды (рисунок 3 а; [3]). Очевидно, что плотность р1 необработанной почвы (в гребнях) больше плотности р2 взрыхлённой почвы: р1 > р2. Наряду с этим, плотность р1
возрастает в более глубоких горизонтах (р{ > р{').
Р.
Р;
гр
Р.
ос
' к-с ' к-с
ХХХХХХХХХ кххх ^ххх; <ХХХХХХХХ>
р.
ос к-с
Р2
Д / Р.
-)2Р
р"
к-с
а б
Рисунок 3 - Гребнистое дно борозды после чизелевания почвы
Под действием гравитационного давления Ргр - при наличии рыхлой почвы (плотностью р2) - часть почвенной влаги смещается вниз и сосредотачивается на дне углублений Д, т.е. происходит обезвоживание внутрипочвенных гребней. В этом случае
вектор капиллярно-сорбционного давления в гребнях Р^рс отклоняется от вертикали в
сторону дна углубления Д (рисунок 3 б).
Внесённый на поверхность вспаханного поля осадок сточных вод, обладающий адсорбционными свойствами, будет аккумулировать воздух и влагу. Но вектор капил-
лярно-сорбционного давления осадка Р((рс направлен вверх - в сторону минимума
влаги. Суммарное значение капиллярно-сорбционного давления Рк-с влаги будет «раздваиваться» (рисунок 3 б) и, в конечном счёте, будет способствовать снижению влаго-ёмкости пахотного горизонта переувлажнённой почвы.
Рисунок 4 - Схема возделывания широкорядных пропашных культур
255
Эти особенности целесообразно учитывать при возделывании широкорядных пропашных культур. Для этого ряды растений, например, кукурузы располагают над гребнями, сформированными посредством чизельного орудия (рисунок 4). При такой схеме основные корни растений находятся в сравнительно плотных и обезвоженных гребнях, что чрезвычайно важно для переувлажнённых и заболоченных земель.
Для реализации этой схемы рабочие органы чизеля устанавливают на расстоянии 70-80 см. Это соответствует междуследию М пахоты - основной (зяблевой) обработки почвы (рисунок 4). Глубокую обработку (чизелевание) почвы, а также внесение в качестве нетрадиционного удобрения-мелиоранта осадка выполняют один раз в 2-3 года. Глубина h пахоты - 50-60 см, доза внесения осадка - 20-25 т/га.
Следует подчеркнуть, что не всякий осадок сточных вод одинаково эффективен после его внесения в почву. Физико-химический состав и качество осадка как удобрения-мелиоранта зависит от исходного «сырья», технологии и продолжительности переработки. Удовлетворительные показатели имеет осадок на очистных сооружениях города Волжский.
Высокие показатели характерны для осадка города Энгельс, где применён современный ферментно-кавитационный метод переработки. Здесь глубина переработки посредством микроорганизмов (ферментов) в кавитационной среде доведена до нано-структурированного состояния, благодаря чему осадок и его органическое вещество (~ 15 %) легко доступны корням растений и почвенной биоте [6].
Заключение. Описанные особенности капиллярно-сорбционных эффектов в почве позволяют утверждать:
1. При влагонасыщении и, в частности, при внутрипочвенном орошении в почве действует давление влаги - гравитационное Ргр и капиллярно-сорбционное Рк-с; вектор последнего может быть направлен вверх, вниз или вовсе отсутствовать.
2. На направление действия давления Рк-с существенное влияние оказывают исходная влажность почвы, глубокая (чизельная) обработка почвы и осадок сточных вод, обладающий адсорбционными свойствами и вносимый на поверхность почвы - в виде мульчирующего слоя - в качестве удобрения-мелиоранта.
3. Чизелевание почвы сопровождается формированием гребнистого дна, что способствует отклонению вектора давления Рк-с и обезвоживанию нетронутых внутри-почвенных гребней.
4. Для решения проблем переувлажнения земель рекомендуется чизельная обработка почвы на глубину 50-60 см с шириной междуследия 70-80 см, внесение (в дозе 20-25 т/га) осадка, при этом посадку широкорядных пропашных культур осуществлять над гребнями.
Библиографический список
1. Алеев, Б.А. Технология и техника для глубокого рыхления переувлажнённых почв [Текст]/ Б.А. Алеев // Тракторы и сельхозмашины. - 2005. - № 2. - С. 7-10.
2. Лобойко, В.Ф. Комплексные ресурсосберегающие и почвозащитные решения проблем мелиорации на юге России [Текст] : автореф. дис. ... д.т.н. / В.Ф. Лобойко. - Волгоград, 2009. - 39 с.
3. Овчинников, А.С. Развитие учения об агротехнической мелиорации земель [Текст]/ А.С. Овчинников, В.И. Пындак // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014. -№ 3. - С. 158-168.
4. Палишкин, Н.А. Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение [Текст] : учебное пособие / Н.А. Палишкин. - М.: Агропромиздат, 1990. - 352 с.
5. Пындак, В.И. Особенности движения поливной воды при внутрипочвенном орошении [Текст]/ В.И. Пындак, В.Ф. Лобойко // Использование инновационных технологий для решения проблем АПК в современных условиях: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Т. 1. - Волгоград, 2009. - С. 368-371.
6. Пындак, В.И. Наноструктурированный осадок сточных вод - высокоэффективное удобрение-мелиорант [Текст]/ В.И. Пындак, Е.А. Литвинов, А.С. Межевова // Агрохимический вестник. - 2016.
7. Шеин, Е.В. Агрофизика [Текст] : учебник / Е.В. Шеин, В.М. Гончаров. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. - 400 с.
8. Эффективное использование сточных вод и их осадков для орошения и удобрения сельскохозяйственных культур [Текст]/ А.В. Шуравилин, А.С. Овчинников, В.В. Бородычёв и др. - Волгоград: Волгоградская ГСХА, 2009. - 636 с.
9. Scheffer, M., Carpeenter, S. et al. Catastrophic shifts in ecosystems [Текст]// Nature. 2001. 413 (6856). P. 591-596.
References
1. Aleev, B. A. Tehnologiya i tehnika dlya glubokogo ryhleniya pereuvlazhnjonnyh pochv [Tekst]/ B. A. Aleev // Traktory i sel'hozmashiny. - 2005. - № 2. - S. 7-10.
2. Lobojko, V. F. Kompleksnye resursosberegayuschie i pochvozaschitnye resheniya problem melioracii na yuge Rossii [Tekst] : avtoref. dis. ... d. t. n. / V. F. Lobojko. - Volgograd, 2009. - 39 s.
3. Ovchinnikov, A. S. Razvitie ucheniya ob agrotehnicheskoj melioracii zemel' [Tekst]/ A. S. Ovchinnikov, V. I. Pyndak // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2014. -№ 3. - S. 158-168.
4. Palishkin, N. A. Gidravlika i sel'skohozyajstvennoe vodosnabzhenie [Tekst] : uchebnoe posobie / N. A. Palishkin. - M.: Agropromizdat, 1990. - 352 s.
5. Pyndak, V. I. Osobennosti dvizheniya polivnoj vody pri vnutripochvennom oroshenii [Tekst]/ V. I. Pyndak, V. F. Lobojko // Ispol'zovanie innovacionnyh tehnologij dlya resheniya problem APK v sovremennyh usloviyah: materialy Mezhdunar. nauch. -- prakt. konf. - T. 1. - Volgograd, 2009. - S. 368-371.
6. Pyndak, V. I. Nanostrukturirovannyj osadok stochnyh vod - vysoko]ffektivnoe udobrenie-meliorant [Tekst]/ V. I. Pyndak, E. A. Litvinov, A. S. Mezhevova // Agrohimicheskij vestnik. - 2016.
7. Shein, E. V. Agrofizika [Tekst] : uchebnik / E. V. Shein, V. M. Goncharov. ? Rostov-na-Donu: Feniks, 2006. - 400 s.
8. Jeffektivnoe ispol'zovanie stochnyh vod i ih osadkov dlya orosheniya i udobreniya sel'skohozyajstvennyh kul'tur [Tekst]/ A. V. Shuravilin, A. S. Ovchinnikov, V. V. Borodychjov i dr. -Volgograd: Volgogradskaya GSXA, 2009. - 636 s.
9. Scheffer, M., Carpeenter, S. et al. Catastrophic shifts in ecosystems [Tekst]// Nature. 2001. 413 (6856). P. 591-596.
E-mail: mehanika33@mail.ru
УДК 631.158: 331.45 (470.45)
ОЦЕНКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ПРИ РЕМОНТЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
SAFETY EVALUATION AND ENSURING DURING AGRICULTURAL
MACHINERY REPAIR
Г.Г. Попов , кандидат технических наук, доцент G.G. Popov
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
В статье рассмотрены проблемы оценки условий и обеспечения условий труда в аспекте повышения качества ремонта сельскохозяйственной техники,. Предлагаются способы улучшения условий труда и повышения качества ремонта. Для оценки условий труда предлагается использовать «Карту условий труда на рабочем месте» как своеобразный санитарный паспорт, для рабочего места служащий объективной платформой для разработки специальных организационных, технических мероприятий, которые приведут к улучшению труда и тем самым
