CC BY
9
АГРОНОМИЯ
Научная статья
УДК 629.114.2:631.3.06:631.51:631.172.003.12 doi: 10.37670/2073-0853-2022-96-4-9-13
Комплексный показатель качества основной обработки почвы в зоне Предкавказья
Юрий Алексеевич Кузыченко, Константин Александрович Катков
Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр, Михайловск,
Ставропольский край, Россия
Аннотация. Системы почвозащитной безотвальной основной обработки почвы, являющиеся в определённых условиях альтернативной заменой отвальной вспашке, требуют дифференцированного подхода к их внедрению в зависимости в том числе и от влажности обрабатываемого слоя почвы. При оценке экспертами качества обработки почвы орудиями отмечаются разночтения, связанные как с уровнем квалификации экспертов, так и с элементами субъективизма при экспертизе. Поэтому возникла необходимость разработки комплексного показателя обработки почвы D на основе уровней желательности значений показателей обработки с учётом весомости каждого из них. Предложен математический аппарат определения весомости показателей с использованием метода парного сравнения показателей на основе фиксированного предпочтения взамен классического метода экспертной оценки. Приведены результаты расчётов комплексного показателя качества обработки почвы безотвальными орудиями. Установлено низкое качество обработки почвы отвальными и безотвальными орудиями при иссушённой почве (влажность пахотного слоя 9 - 12 %) и в зоне повышенной влажности почвы (более 19 %). В зоне оптимального крошения почвы (14 - 17 %) из безотвальных орудий наиболее предпочтительна обработка стойками СибИМЭ с диапазоном D = 0,944 - 0,932 и чизельным плугом ПЧ-4,5 с D = 0,937 - 0,930 соответственно, при положительном факторе противоэро-зионного эффекта оставленной после этих обработок стерни. Плоскорезная обработка орудием ПГ-3-100 (D = 0,890 - 0,897) обеспечивает самое низкое качество обработки почвы по всему диапазону её влажности.
Ключевые слова: приёмы обработки почвы, качество обработки почвы, экспертная оценка, комплексный показатель, Предкавказье.
Для цитирования: Кузыченко Ю.А. Катков К.А. Комплексный показатель качества основной обработки почвы в зоне Предкавказья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 4 (96). С. 9 - 13. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-96-4-9-13.
Original article
Comprehensive quality indicator tillage in Ciscaucasia zone
Yuri A. Kuzychenko, Konstantin A. Katkov
North Caucasus Federal Agricultural Research Center, Mihaylovsk, Stavropol region, Russia
Abstract. Systems of soil protection non-moldboard main tillage, which under certain conditions are an alternative replacement for moldboard plowing, require a differentiated approach to their implementation, depending, among other things, on the moisture content of the cultivated soil layer. When evaluating the quality of tillage with tools by experts, discrepancies are noted related both to the level of experts' qualifications and to elements of subjectivity in the examination. Therefore, it became necessary to develop a complex indicator of tillage D based on the levels of desirability of the values of tillage indicators, taking into account the weight of each of them. A mathematical apparatus for determining the weight of indicators is proposed, using the method of pairwise comparison of indicators based on a fixed preference, instead of the classical method of expert evaluation. The results of calculations of a complex indicator of the quality of soil cultivation by non-moldboard implements are presented. The low quality of tillage with mouldboard and non-moldboard implements was established with dried soil (moisture content of the arable layer 9 - 12 %) and in the zone of high soil moisture (more than 19 %). In the zone of optimal soil crumbling (14 - 17 %) from moldboardless implements, treatment with SiblME tines with a range of D = 0.944 - 0.932 and a PCh-4.5 chisel plow with D = 0.937 - 0.930, respectively, is most preferable, with a positive anti-erosion effect factor left after these stubble cultivation. Flat-cut cultivation with the PG-3-100 tool (D = 0.890 - 0.897) provides the lowest quality of soil cultivation over the entire range of its moisture content.
Keywords: tillage techniques, soil tillage quality, expert assessment, complex index, Ciscaucasia.
For citation: Kuzychenko Yu.A. Katkov K.A. Comprehensive quality indicator tillage in Ciscaucasia zone. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 96(4): 9-13. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-96-4-9-13.
Качество основной обработки почвы различными орудиями является одним из факторов влагонакопления, снижения испарения почвенной
влаги и оптимизации агрофизических условий в пахотном слое почвы [1 - 3]. В связи с этим возникает вопрос возможности достижения ка-
чественных показателей обработки почвы безотвальными орудиями в сравнении с отвальными в определённом диапазоне влажности пахотного слоя [4, 5].
Оценка качества основной обработки почвы отвальными и безотвальными орудиями основана на выборе наиболее значимых показателей, основными из которых являются: содержание агрегатов менее 5 см по глубине обрабатываемого слоя почвы (крошение), наличие агрегатов более 5 см на поверхности почвы (глыбистость), высота гребней на поверхности почвы после основной обработки (гребнистость) и устойчивость работы орудия на заданной глубине. Физический смысл и размерность этих показателей различны, как и диапазон желательности (относительной важности) каждого из них. Кроме того, при оценке экспертами весомости показателей присутствует элемент субъективизма, что приводит к неопределённости выводов об оценке качества основной обработки почвы различными орудиями. Поэтому требуется поиск более объективных методов экспертной оценки, основанных на применении определённого математического аппарата.
Цель исследования - разработка обобщённого комплексного показателя качества основной обработки почвы орудиями при различной влажности пахотного слоя почвы.
Материал и методы. Исследование проводили на опытном поле - полигоне ФГБНУ «Ставропольский НИИСХ» при различной влажности пахотного слоя почвы в диапазоне от 9,2 до 19,5 % на чернозёме обыкновенном среднесуглинистом (гумус - 2,8 %; Р2О5 - 23,5 мг/кг; К2О - 211 мг/кг).
Для оценки качества основной обработки почвы после прохода орудий - плуга ПЛН-5-35, чизельного плуга ПЧ-4,5, плуга со стойками СибИМЭ и плоскореза-глубокорыхлителя ПГ-3-100 на глубине обработки 20 - 22 см - приняты следующие показатели: содержание агрегатов менее 5 см в обрабатваемом слое почвы (У1),
наличие глыб на поверхности почвы более 5 см (У2), высота почвенных гребней (уз) и отклонение от заданной глубины обработки почвы (у 4), определяемые по стандартным методикам [6].
Комплексный показатель качества обработки почвы В определялся по формуле:
В = (ё1к1 • ё2к2 • ё3к3 • ¿4к4)1/п, где ¿1.4 - желательность 1...4-го показателя;
4 - весомость 1.4-го показателя; п - количество показателей [7]. Желательность отдельных показателей рассчитывалась по формуле:
¿1 = ехр[-ехр(-гг)], где г - безразмерное значение натуральных показателей уи определяемое по формулам полинома 1-го или 2-го порядка: г = ао + ау + ау где у, - натуральные значения показателей.
Для определения весомости выбранных показателей качества обработки почвы к, использовался метод парного сравнения критериев на основе фиксированного предпочтения [8, 9].
Результаты и обсуждение. Для характеристики показателей качества обработки почвы в таблице 1 представлена оценочная шкала, предложенная П.У. Бахтиным [10], и соответствующие желательности по Харингтону [11].
Используя усреднённые значения показателей, приведённых в таблице 1, находим коэффициенты уравнений г = а0 + а^у + а^у-, переводя значения натуральных показателей в безразмерные величины в соответствии с желательностями: 1,0; 0,8; 0,63; 0,37 и 0,2 (табл. 2).
Ранги весомости показателей со ссылкой на ранее проведённые исследования [7, 10], представлены в левой колонке таблицы 1. Для определения числовых значений весомости показателей к^ необходимо составить квадратную матрицу А парного сравнения показателей размерностью п. При этом п равно количеству используемых показателей качества обработки почвы. Диагональные элементы матрицы А рав-
1. Показатели качества обработки почвы при различных уровнях желательности
Показатель качества обра- Уровень желательности Ранг весомости
ботки почвы 0,2 0,37 0,63 0,8 1,0 показателей
Агрегаты менее 5 см, % 0 - 20 21 - 29 30 -49 50 - 69 70 - 95 1
Агрегаты более 5 см, % 70 - 65 64 - 61 60 - 46 45 - 31 30 - 0 2
Высота гребней, см 17 - 16 15 - 13 12 - 10 9 - 7 6 - 0 3
Отклонение по глубине, см 3 - 2,5 2,4 -2,1 2,0 - 1,47 1,46 - 0,75 0,74 - 0 4
2. Коэффициенты уравнений г = а00 + ау + а^у.
Обозначение натуральных показателей а0 а] а2
у1 -1,41 0,04 -
у2 2,88 0,03 -
у3 2,93 -0,213 -0,001
у 4 2,70 -1,34 -
Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 96(4) _
. Agronomy
ны 1. Остальные элементы матрицы заполняются коэффициентами ау, которые показывают предпочтения показателя i по отношению к показателю у следующим образом:
1,5 если показатель 1 более важен,
aP =
чем показатель у; 0,5 если показатель 1 менее важен,
(1)
= Я
j=i
(2)
k = Ol ,
i = 1... n .
(4)
Рассчитанные по представленному выше алгоритму числовые значения весомости показателей качества обработки почвы представлены в таблице 3.
3. Весомость показателей качества обработки почвы
чем показатель у; 1 если показатели 1 и у имеют
одинаковую важность. При этом должно выполняться условие:
ау + ау, = 2 при 1 * У .
После заполнения матрицы подсчитывается уровень важности каждого показателя (по строкам матрицы):
Показатель качестава обработки почвы Весовой коэффициент k
Агрегаты менее 5 см, % 0,344
Агрегаты более 5 см, % 0,281
Высота гребней, см 0,219
Отклонение по глубине, см 0,156
и определяется суммарный уровень важности всех показателей:
п
ас = Е а. (3)
!=1
Весовые коэффициенты каждого показателя качества обработки почвы определяются согласно выражению:
Результаты расчётов комплексного показателя В качества противоэрозионной обработки почвы при различной влажности обрабатываемого слоя почвы представлены в таблице 4.
Отмечается общая тенденция низкого качества обработки почвы отвальными и безотвальными орудиями при иссушённой почве (влажность пахотного слоя 9 - 12 %) и в зоне повышенной влажности почвы (более 19 %). Наряду с высоким качеством отвальной обработки в зоне оптимального крошения почвы (14 - 17 %) с показателем В = 0,952 - 0,941, обработки стойками СибИМЭ и чизельным плугом ПЧ-4,5 с диапазонами В, равными 0,944 - 0,932 и 0,937 - 0,930 соответственно, менее эффективны, однако необходимо учитывать противоэрозион-ный эффект оставленной после этих обработок
4. Комплексный показатель качества основной обработки почвы В при различной влажности пахотного слоя
a
a
с
Орудия основной обработки Влажность почвы % Показатель качества обработки почвы у / уровень желательности показателя Показатель D
агрегаты менее 5 см, % агрегаты более 5 см, % высота гребней, см отклонение по глубине, см
Отвальный плуг ПЛН-5-35 9,2 1,7 / 0,516 37,9 / 0,732 67,1 / 0,808 7,6 / 0,746 0,921
11,5 1,6 / 0,561 32,2 / 0,799 62,9 / 0,773 4,4 / 0,870 0,940
14,0 1,3 / 0,680 16,9 / 0,901 67,2 / 0,809 4,7 / 0,861 0,952
17,0 1,8 / 0,469 16,1 / 0,904 71,0 / 0,835 4,7 / 0,861 0,941
19,5 2,1 / 0,322 39,0 / 0,716 68,3 / 0,817 5,5 / 0,836 0,909
Плуг со стойками СибИМЭ 9,2 1,9 / 0,421 47,0 / 0,571 68,2 / 0,816 5,5 / 0,836 0,904
11,5 1,6 / 0,561 33,5 / 0,786 63 / 0,774 6,6 / 0,793 0,928
14,0 1,3 / 0,680 17,5 / 0,898 56,7 / 0,713 3,3 / 0,897 0,944
17,0 1,8 / 0,469 16,1 / 0,904 58,1 / 0,728 3,2 / 0,899 0,932
19,5 2,4 / 0,183 15,4 / 0,907 74,8 / 0,859 4,7 / 0,861 0,909
Чизельный плуг ПЧ-4,5 9,2 1,9 / 0,421 55,1 / 0,369 53,2 / 0,674 7,1 / 0,771 0,895
11,5 1,6 / 0,561 40,6 / 0,691 63,5 / 0,779 5,4 / 0,839 0,920
14,0 1,4 / 0,643 29,2 / 0,827 58,2 / 0,729 5,6 / 0,832 0,937
17,0 2,0 / 0,372 27,5 / 0,840 68,0 / 0,814 5,6 / 0,832 0,930
19,5 2,2 / 0,274 14,8 / 0,909 58,7 / 0,734 3,0 / 0,903 0,914
Плоскорез ПГ-3-100 9,2 2,0 / 0,372 64,3 / 0,130 59,9 / 0,746 6,1 / 0,814 0,890
11,5 1,7 / 0,516 40,8 / 0,688 55,8 / 0,704 6,9 / 0,780 0,914
14,0 1,5 / 0,604 26,5 / 0,848 58,5 / 0,732 6,8 / 0,785 0,931
17,0 1,8 / 0,469 34,1 / 0,779 58,2 / 0,729 5,5 / 0,836 0,921
19,5 2,5 / 0,144 28,5 / 0,833 77,1 / 0,872 4,5 / 0,867 0,897
D
0.аз л-1-1-1-1-[-.
а 10 12 14 16 16 20
Влажность почвы, К
---СПйЫьны* плуг Г)ЛИ-5-3$
---Ппуг со стойками СийИМЭ
-----ПЧ-4,5
-пп«иорез пг-з-100
Рис. 1 - Зависимость показателя В от влажности обрабатываемого слоя почвы
стерни. При этом отмечается более качественная работа чизельного плуга ПЧ-4,5 при повышении влажности пахотного слоя почвы более 19,5 % (Б = 0,914). Плоскорезная обработка орудием ПГ-3-100 показала низкое качество обработки по всему диапазону влажности почвы с показателем В = 0,890 - 0,897 в сравнении с другими обработками (рис. 1).
Вывод. При оценке качества обработки почвы безотвальными орудиями по комплексному показателю допустима замена отвальной вспашки обработкой стойками СибИМЭ. При этом на переувлажнённых почвах наиболее приемлема чизельная обработка плугом ПЧ-4,5.
Список источников
1. Система земледелия нового поколения Ставропольского края: монография / В.В. Кулинцев, Е.И. Годунова, Л.И. Желнакова и др. Ставрополь: АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та, 2013. 520 с.
2. Кузыченко Ю.А. Внедрение различных систем обработки почвы по комплексному показателю в зоне Центрального Предкавказья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 14 - 18. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-88-2-14-18.
3. Кузыченко Ю.А. Технологические параметры почв и их обработка под подсолнечник в Центральном Предкавказье // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 122 - 125. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-88-2-122-125.
4. Ахметзянов М.Р., Таланов И.П. Влияние систем основной обработки почвы и фонов питания на продуктивность культур звена полевого севооборота // Достижения науки и техники АПК. 2019. № 5. С. 10 - 13.
5. Минимализация обработки почвы и её влияние на агрофизические показатели чернозёма выщелоченного и урожайность полевых культур / А.С. Найденов, Н.И. Бардак, С.С. Терехова и др. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2018. № 140 (06). С. 1 - 11.
6. Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов А.М. Практикум по земледелию. М.: Колос, 1987. 383 с.
7. Сохт К.А. Машинные технологии возделывания зерновых культур. Краснодар, 2001. 271 с.
8. Постников М.В., Спиридонов С.Б. Методы выбора весовых коэффициентов локальных критериев // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 6. С. 267 - 287. https://doi. org/10.7463/0615.0780334.
9. Шилин А.И., Коптелова И.А. Теория принятия решений в проектировании информационно-измерительной техники. Волгоград: ВолГУ, 2012. 128 с.
10. Бахтин П.У Физико-механические и технологические свойства почв. М.: Знание, 1971. 64 с.
11. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 278 с.
References
1. The system of farming of the new generation of the Stavropol Territory: monograph / V.V. Kulintsev, E.I. Go-dunov, L.I. Zhelnakova et al. Stavropol: AGRUS of the Stavropol State. Agrarian University, 2013. 520 p.
2. Kuzychenko Yu.A. Implementation of various tillage systems according to a complex indicator in the zone of the Central Ciscaucasia. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 88(2): 14-18. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-88-2-14-18.
3. Kuzychenko Yu.A. Technological parameters of soils and their processing for sunflower in the Central Ciscaucasia. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021. 88(2): 122-125. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-88-2-122-125.
4. Akhmetzyanov M.R., Talanov I.P. Influence of systems of basic tillage and backgrounds of nutrition on the productivity of crops of the link of field crop rotation. Achievements of Science and Technology of AICis. 2019; 5: 10-13.
5. Minimization of tillage and its impact on the agro-physical indicators of leached chernozem and the productivity of field crops / A.S. Naidenov, N.I. Bardak, S.S. Terekhova et al. Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. 2018; 140 (06): 1-11.
6. Dospekhov B.A., Vasiliev I.P., Tulikov A.M. Workshop on agriculture. M.: Kolos, 1987. 383 p.
7. Sokht K.A. Machine technologies for the cultivation of grain crops. Krasnodar, 2001. 271 р.
8. Postnikov M.V., Spiridonov S.B. Methods for choosing the weight coefficients of local criteria. Science and education: scientific edition of the Moscow State Technical University N.E. Bauman. 2015; 6: 267-287. https://doi. org/10.7463/0615.0780334.
9. Shilin A.I., Koptelova I.A. Theory of decision making in the design of information-measuring equipment. Volgograd: VolGU, 2012. 128 p.
10. Bakhtin P.U. Physico-mechanical and technological properties of soils. M.: Knowledge, 1971. 64 p.
11. Adler Yu.P., Markova E.V., Granovsky Yu.V. Planning an experiment in search of optimal conditions. M.: Nauka, 1976. 278 p.
Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 96(4)
Agronomy
Юрий Алексеевич Кузыченко, доктор сельскохозяйственных наук, доцент, smc.yuka@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-6394-2447
Константин Александрович Катков, кандидат технических наук, доцент, kkatkoff@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4734-8656
Yuri A. Kuzychenko, Doctor of Agriculture, Associate Professor, smc.yuka@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-6394-2447
Konstantin A. Katkov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, kkatkoff@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4734-8656
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 21.04.2022; одобрена после рецензирования 11.05.2022; принята к публикации 15.06.2022.
The article was submitted 21.04.2022; approved after reviewing 11.05.2022; accepted for publication 15.06.2022. -♦-
Научная статья
УДК 631.412
doi: 10.37670/2073-0853-2022-96-4-13-18
Вариабельность физико-химических свойств тёмно-серых лесных почв Северного Зауралья
Светлана Михайловна Каюгина1, Дмитрий Иванович Ерёмин2
1 Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюмень, Россия
2 Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья - филиал Тюменского научного центра СО РАН, п. Московский, Тюменская область, Россия
Аннотация. Исследование проведено с целью изучения варьирования физико-химических свойств целинных тёмно-серых лесных почв в зависимости от утяжеления гранулометрического состава. Всего на территории лесостепной зоны Северного Зауралья было заложено 123 полнопрофильных разреза, взяты образцы почвы для лабораторных анализов. Результаты обрабатывались в программе MS Excel 2016. Для оценки варьирования физико-химических свойств были построены диаграммы Boxplot. Установлено, что в гумусовом горизонте тёмно-серых лесных почв сумма обменных оснований и ёмкость катионного обмена возрастают от супесчаных к легкоглинистым. Связь гидролитической кислотности и степени насыщенности основаниями с гранулометрическим составом не обнаружена.
Ключевые слова: тёмно-серые лесные почвы, физико-химические свойства, гранулометрический состав, варьирование.
Для цитирования: Каюгина С.М., Ерёмин Д.И. Вариабельность физико-химических свойств тёмно-серых лесных почв Северного Зауралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 4 (96). С. 13 - 18. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-96-4-13-18.
Original article
Variability of physico-chemical properties of dark gray forest soils of the Northern Trans-Urals
Svetlana M. Kayugina1, Dmitry I. Eremin2
1 Northern Trans-Ural State Agricultural University, Tyumen, Russia
2 Scientific research Institute of Agriculture of the Northern Trans-Urals - branch of Tyumen Research Centre, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences, Moskovsky, Tyumen region, Russia
Abstract. The aim of the research was to study the variation of physicochemical properties of virgin dark gray forest soils depending on the weighting of the granulometric composition. In total, 123 full-profile sections were laid on the territory of the forest-steppe zone of the Northern Trans-Urals, soil samples were taken for laboratory analysis. The results were processed in MS Excel 2016. To assess the variation of physicochemical properties, Boxplot diagrams were constructed. It was found that in the humus horizon of dark gray forest soils, the sum of exchange bases and the capacity of cation exchange increase from sandy loam to light clay. The relationship of hydrolytic acidity and the degree of saturation of bases with the granulometric composition has not been found.
Keywords: dark gray forest soils, physico-chemical properties, granulometric composition, variation.
