CC BY
69
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.316.22:001+633+631.67
ОБОСНОВАНИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДЛЯ ГЛУБОКОГО
МЕЛИОРАТИВНОГО РЫХЛЕНИЯ ПОЧВЫ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ШИРОКОРЯДНЫХ ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ОРОШЕНИЯ
В.И. Пындак, доктор технических наук, профессор
Волгоградский государственный аграрный университет
А.Е. Новиков, кандидат технических наук
ГНУ Всероссийский НИИ орошаемого земледелия Россельхозакадемии
Для основной обработки орошаемых почв под широкорядные культуры рабочие органы должны обеспечить глубокое рыхление (до 0,6 м) с формированием полости на максимальной глубине и рыхлого мульчирующего слоя на поверхности почвы.
Ключевые слова: рабочий орган, глубокое рыхление, основная обработка почвы, широкорядные культуры, орошение.
Известно, что отвально-лемешная обработка почвы сопровождается образованием плужной «подошвы» и закапыванием на глубину вспашки органики и семян сорняков. А.Ю. Москвичёв и его соавторы доказывают [5], что при возделывании зерновой кукурузы на чернозёмах (без орошения) разуплотнение почвы глубокорых-лителями до 0,6 м - после отвальной обработки и ряда интенсивных агротехнических приёмов - способствуют получению урожайности зерна до 8,65 т/га. Но после отвальной пахоты дополнительное разуплотнение почвы (схема обработки и тип рабочего органа не указывается) не способствует, на наш взгляд, существенному повышению плодородия почвы.
Более эффективной является замена отвально-лемешной вспашки на глубокое чизельно-отвальное мелиоративное рыхление почвы. Это подтвердили, в частности, наши исследования [6]: при возделывании зерновой кукурузы на светло-каштановой почве в условиях капельного орошения (без минерального питания) замена отвальнолемешной вспашки (0,26-0,28 м) на чизельно-отвальное рыхление (0,35-0,40 м) приводит к увеличению выхода зерна на 12-15 %. В.А. Богомягких и его соавторы установили [1], что все пропашные культуры, за исключением кукурузы, не реагируют на способы и глубину обработки почвы.
Во многих изданиях раскрываются особенности корневой системы кукурузы: отдельные корни могут проникать на глубину до 3 м и размещаться в радиусе 1 м. Минеральные удобрения влияют на полегание стеблей кукурузы, что характерно в основном для сахарной кукурузы. Мощная корневая система, как известно, способствует повышению урожайности и зелёной массы, и зерна. Очевидно, что глубокое залегание корней возможно в разуплотнённых и удобренных горизонтах почвы (реально до 0,6 м).
Для безотвального разуплотнения почвы на глубинах до 0,45 м разработаны и используются почвообрабатывающие адаптированные комплексы на основе чизеля [2 и др.]. Некоторые аграрии недооценивают роли основной обработки почвы в условиях орошаемого земледелия. После завершения периода вегетации растений глинистые почвы переуплотняются, при этом отвальная вспашка сопровождается выворачиванием влажных, но реальных глыб. По нашим данным, в слое 0,3-0,4 м (ниже плужной «по-
дошвы») плотность сложения светло-каштановой почвы на орошаемых полях после уборки кукурузы - в среднем за три года составляет 1,47 т/м3, что предопределяет целесообразность глубокого рыхления при орошении.
В.И. Медведев, используя методы виброреологии [3, 8], даёт оценку технологиям основной обработки почвы и предлагает подпокровный рыхлитель с вращающимся дре-нером, смонтированным сзади чизельной стойки [4]; глубина обработки почвы 0,350,5 м. Такой рабочий орган образует полость на максимальной глубине рыхления, что обусловлено, как считает автор, наличием в почвенном пласте пяти биологических зон, из которых только последняя - самая глубокая - нуждается в дополнительном рыхлении.
В разработке В.И. Медведева [4] верхний (стержневой) слой почвы обрабатывается дисками на глубину 0,08-0,12 м, по-видимому, тяжёлой дисковой бороной. Но подобные операции выполняются, как правило, после уборки урожая - до основной (зяблевой) обработки почвы. Нам представляется, что после дискования в приповерхностном слое почвы - одновременно с основной обработкой - целесообразно формировать мульчирующий рыхлый и обогащённый нетрадиционными удобрениями горизонт.
Такой слой может включать измельчённые остатки предшествующих растений и сорняков и, например, перспективное комплексное удобрение на основе природного сыпучего глауконита и глубоко переработанного осадка после биоочистки канализационных сточных вод [7]. Кроме высоких биогенных свойств и наличия комплекса микроэлементов, такие удобрения способны аккумулировать и длительно удерживать почвенную влагу. Это и есть первое и главное исходное требование к новому рабочему органу В.И. Медведева.
Основу нового рабочего органа (рис. 1) составляет чизельная прямая стойка с глубиной внедрения в почву Н = 0,3-0,6 м (глубина зависит от свойств почвы и предстоящей культуры). На конце стойки съёмно монтируется модернизированная плоскорежущая лапа - нож (рис. 1, вид Б).
|Б А
Б
Рисунок 1 - Глубокорыхлитель:
1 - чизельная стойка; 2 - L-образные плоскорежущие лапы; 3 - трубка с жиклёром на конце; 4 - дренеры; 5 - эксцентрики; 6 - отверстия для переустановки по высоте L-образных плоскорежущих лап; 7 - отверстия для крепления стойки к раме орудия;
8 - долото; 9 - шарниры с 2-мя степенями свободы; 10 - нож; в = 25-30° - угол
склонения долота
Для образования верхнего мульчирующего слоя почвы (с удобрениями) на стойке установлены две оппозитно расположенные L-образные плоскорежущие лапы - с возможностью изменения угла атаки, за счёт предусмотренного конструкцией эксцентриков (рис. 1, вид А). Рабочий диапазон плоскорежущих лап лежит в пределах h = 0,10,4 м, а ширина захвата 0,45 м. Рекомендуемая глубина поверхностной обработки почвы (0,10-0,15 м) выполняется одновременно с рыхлением почвы после разбрасывания сыпучего удобрения. На тыльной стороне стойки предусмотрена трубка с жиклёром на конце для подачи в нижнюю объёмно-рыхлую полость жидких комплексных удобрений или мелиорантов.
Разуплотнение почвы осуществляется долотом с углом склонения в = 25-30°, которое расположено на съёмном ноже. Ширина долота Ь = составляет 0,06 м. Наличие такого угла склонения и ширины долота обеспечивает эффект чизелевания, которое сопровождается обрушением почвы под углом а ~ 45° по бокам и впереди стойки. Смонтированные на ноже при помощи шарниров, имеющих две степени свободы, дренеры дополнительно проводят крошение и перемешивание почвы, образуя объёмно-рыхлые углубления. Ширина захвата ножа с дренерами В составляет 0,32-0,36 м (рис. 2).
Разработанный рабочий орган создаёт оптимальную структуру почвы в слое 0-
0,6 м, по В.И. Медведеву [3] и по мнению немецких агробиологов [8], это биологические зоны. Так, на глубине 0,3-0,6 м - зоны питательных составляющих и расположения корней, необходимо интенсивное рыхление, крошение и перемешивание почвы, что и осуществляется за счёт ножа рабочего органа, на крыльях которого смонтированы дренеры.
культурных растений
Рисунок 2 - Схема обрушения почвы:
1 - пропашные культуры; 2 - подрезание сорняков; 3 - гребни; 4 - объёмно-рыхлые углубления дна борозды; М - ширина междурядья; Н - максимальная глубина внедрения глубокорыхлителя; h - глубина работы плоскорежущих лап; В - ширина ножа с дренерами; Ь - ширина долота; а = 45° 0 - угол обрушения почвы
Формируемая объёмно-рыхлая полость (рис. 2), в которую возможна подача мелиорантов и удобрений посредством трубки с жиклёром при основной обработке почвы, представляет собой питательную среду для культурных растений, полостью для накопления и сохранения влаги за счёт осадков в осенне-зимний и весенне-летний сезоны. Накопленная влага сохраняется в углублениях в течение всего вегетационного периода растений, её испарение ограничивается глубоким залеганием и «сокрытием» плоскостями обрушения почвы, что делает орудие незаменимым и в условиях богарного земледелия. Помимо этого, наличие так называемых гребней ограничивает в почве перетоки воды, а соответственно и водную эрозию (рис. 2).
Применяемые лемешно-отвальные плуги, как известно, проводят оборот пласта, чего, по нашему мнению [6, 7] и мнению других специалистов [3, 8 и др.], категорически нельзя делать, так как тем самым нарушаются жизненные циклы микроорганизмов, изменение среды обитания приводит к их вымиранию. Предлагаемое орудие не проводит оборота пласта, тем самым не затрагивает верхний 0-0,1 м («крайний») слой почвы - среду обитания почвенных микроорганизмов, что является крайне важным в современном земледелии.
Отмечаемые В.И. Медведевым и другими специалистами [8, 9] биологические зоны (слой почвы 0,10-0,30 м), в одной из которых происходит кислородная ферментация и гнилостное брожение, а в другой - нейтрализация и дезинфицирование, нуждаются лишь в незначительном рыхлении. Это требование также учтено: смонтированные на стойке оп-позитно расположенные L-образные плоскорежущие лапы, которые можно дискретно переустанавливать по высоте и за счёт эксцентриков изменять угол атаки, позволяют применять орудие на любых почвах, независимо от глубины расположения биологических зон. Кроме рыхления на заданной глубине, наличие плоскорежущих лап позволяет механическим путём, без дополнительных энерго- и ресурсозатрат, вести борьбу с сорняками.
Наличие на ноже долота, ширина которого 0,06 м, а угол склонения в = 25-30°, обеспечивает эффект чизелевания, сопровождающееся обрушением почвы под углом ~ 45° по бокам и впереди стойки орудия. Сущность чизелевания заключается в блокированном резании почвы посредством долота без выноса почвенной стружки на дневную
поверхность. Поскольку срезанная долотом стружка оказывается запертой со всех сторон, то она скапливается на верхних плоскостях долота. При движении орудия стружка сжимается, давление на плоскости долота (напряжение сжатия почвы) достигает 50 МПа, из стружки выдавливается влага и воздух. После этого фрагменты сжатой почвы срываются с долота и веерообразно разлетаются по бокам и ходу движения стойки. Процесс происходит непрерывно и на максимальной глубине хода орудия. В результате чего стойка двигается в разуплотнённой почве, а значит, и тяговое сопротивление орудия значительно ниже. Это позволяет экономить до 30 % энергоресурсов на работу машинно-тракторного агрегата.
Таким образом, основная обработка почвы рассматриваемым орудием обеспечивает создание благоприятных условий для работы микроорганизмов и развития сельскохозяйственных культур, при этом улучшаются физико-механические и химические свойства земель сельскохозяйственного значения, происходит восстановление деградированных почв.
Библиографический список
1. Богомягких, В.А. Минимальная обработка почвы в южной степной зоне [Текст]/
B.А. Богомягких, В.И. Таранин, Г.А. Жидков // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2004. - № 4. - С. 20-21.
2. Борисенко, И.Б. Модернизация и адаптация почвообрабатывающих орудий на основе чизеля [Текст]/ И.Б. Борисенко, В.И. Пындак, А.Е. Новиков // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2011. - № 4. - С. 8-10.
3. Медведев, В.И. Оценка конкурентоспособности разных технологий основной обработки почвы [Текст]/ В.И. Медведев // Материалы Всерос. науч.-практ. крнф., посвящённой 75-летию Чувашской ГСХА. - Чебоксары, 2006. - С. 464-469.
4. Медведев, В.И. Выбор оптимальных параметров почвообрабатывающей техники с использованием методов виброреологии и многокритериальной оценки [Текст]/ В.И. Медведев / Чувашская ГСХА. - Чебоксары, 2000. - 99 с.
5. Москвичёв, А.Ю. Пути совершенствования технологии возделывания зерновой кукурузы в условиях Чернозёмной зоны Волгоградской области [Текст]/ А.Ю. Москвичёв,
C.В. Ерёмин, А.П. Дубровин // Использование инновационных технологий для решения проблем АПК в современных условиях: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Волгоград, 2009. -Т. 1. - С. 103-106.
6. Пындак, В.И. Совершенствование технологий возделывания кукурузы в условиях орошения [Текст]/ В.И. Пындак, А.Е. Новиков // Агро XXI. - 2009. - № 7-9. - С. 50-51.
7. Пындак, В.И. Перспективы технологий возделывания пропашных культур с нетрадиционными удобрениями [Текст]/ В.И. Пындак, Ю.А. Степкина, Е.Ф. Помогаев // Альманах-2011. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2011. - С. 284-292.
8. Hofman, M. Boden bearbeitung in alternation / M. Hofman // Landtechic, 1983. - № 2. - p. 52-55.
Е-mail: mshaprov@bk.ru
