CC BY
19
4. Федоренко В.Ф., Ревякин Е.Л. Зерноочистка - состояние и перспективы. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. - 204 c
5. Авдеев А.В., Сечкин В.С., Галкин В.Д. Агрегаты и комплексы для послеуборочной обработки и хранения зерна и семян / СПбГАУ. - СПб., 2005. - 130 с.
6. Волхонов М.С., Зимин Е.М., Зимин И.Б. Анализ состояния послеуборочной обработки зерна в хозяйствах Псковской области и перспективы ее совершенствования // Труды Костромской ГСХА - Вып. 60. - Кострома: Изд. КГСХА, 2002.- С.41- 45.
7. Щепилов Н.Я. Проектирование поточных линий и зерноочистительно - сушильных комплексов.-Великие Луки: Издательский центр ВГСХА, 1999.-180c
8. Малин Н.И. Справочник по сушке зерна. - М.: Агропромиздат, 1986. - 159 с.
УДК 631.431.73:633.491 Доктор техн. наук А.Б. КАЛИНИН
(СПбГАУ, [email protected]) Канд. техн. наук И.З. ТЕПЛИНСКИЙ (СПбГАУ, [email protected]) Аспирант П.П. КУДРЯВЦЕВ (СПбГАУ, [email protected])
ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ПОЧВЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ ПО ИНТЕНСИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Картофель, технология, корневая система, переуплотнение почвы, твердость почвы
В исследованиях отечественных и зарубежных авторов отмечается, что снижение уплотнения почвы в процессе всего вегетационного периода развития картофеля является важным резервом повышения урожайности. Поэтому основной задачей технологических процессов обработки почвы при возделывании картофеля является формирование корнеобитаемого слоя с требуемыми параметрами почвенного состояния и их поддержание в течение всего периода вегетации [1,2]. Однако при производстве картофеля по традиционной технологии возникает проблема существенного переуплотнения почвы по горизонтам корнеобитаемого слоя. Несмотря на применяемый принцип минимизации количества обработок в широко используемой в настоящее время западноевропейской технологии возделывания картофеля, проблема переуплотнения почвы не исчезает, а проявляется лишь в менее острой форме.
Как известно из работы [3], важную роль в обеспечении растений картофеля питательными веществами и влагой играет та небольшая часть корневой системы, которая пробивается в глубинные слои почвы. Несмотря на то, что корневая система картофеля обладает слабой проникающей способностью, глубина распространения отдельных корней данной культуры при благоприятных условиях может достигать до 120-130 см и более. Это во многом зависит от степени уплотнения почвы по горизонтам. Именно эта часть корневой системы обуславливает устойчивость растений картофеля к засушливым погодным условиям. С повышением плотности почвы устойчивость растений к неблагоприятным погодным условиям значительно снижается.
Таким образом, проникающая способность корневой системы картофеля во многом определяется плотностью почвы. Исследованиями в работах [4,5] установлено, что плотность почвы имеет высокую степень корреляции с ее твердостью. Поэтому при оценке механического сопротивления почвы развитию корневой системы картофеля примем твердость почвы в качестве оценочного показателя параметров почвенного состояния. Считается, что нормальное развитие корневой системы картофеля обеспечивается при твердости почвы, не превышающей 1,0 МПа [6]. Однако распространение корневой системы вглубь почвенного горизонта происходит и при больших значениях твердости почвы, но уже с меньшей интенсивностью, так при значениях твердости почвы 4,5 МПа рост корневой системы сильно затруднен, а при превышении этого значения становится и вовсе невозможным.
На основании приведенных данных при оценке параметров почвенного состояния после выполнения основных технологических процессов возделывания картофеля нами предлагается
условно разделить степень уплотнения почвы на 4 зоны. Показатели твердости почвы в диапазоне 01,0 МПа будут соответствовать зоне нормального уплотнения, в диапазоне 1,1-2,5 МПа - зоне среднего уплотнения, в диапазоне 2,6-4,5 МПа - зоне сильного уплотнения, а свыше 4,5 МПа - зоне переуплотнения.
В наших исследованиях изучалась динамика почвенного состояния дерново-подзолистой почвы легкого механического состава при возделывании картофеля по интенсивной технологии, применяемой в ЗАО «Любань» Тосненского района Ленинградской области.
Методика полевых исследований включала сбор статистической информации об изменениях случайного процесса твердости почвы г(1) по глубине расположения горизонтов ^ почвенного пласта толщиной а=60 см с шагом Да=5 см вдоль направления рядков картофеля. Регистрация твердости почвы осуществлялась на длине гона Ь=100 м с шагом дискретизации Д1=1,0 м. Измерения процесса твердости почвы проводились с помощью пенетрометра, имеющего конический наконечник площадью 1,0 см2 и угол плунжера 60о. Прибор позволяет одновременно автоматически определять твердость почвы, глубину взятия пробы и местоположение точки измерения на карте поля. Для привязки результатов измерений по глубине залегания почвенных горизонтов, после выполнения различных технологических процессов возделывания картофеля, за нулевую отметку был принят уровень дневной поверхности поля до начала проведения весенне-полевых работ.
При статистической обработке материалов экспериментальных исследований рассчитывались оценки процесса изменения твердости почвы по горизонтам корнеобитаемого слоя после выполнения технологических процессов: основной обработки (весной - до начала полевых работ), предпосадочной обработки комбинированным агрегатом ТЪогй 10/600 КИЛ, посадки шестирядной сажалкой ОЬ 36Т, междурядной обработки пропашным культиватором ОН 6-90 и после удаления ботвы (перед началом уборки) роторным ботводробителем К8 5400. В табл. 1-4 приведены оценки случайного процесса твердости почвы в виде числовых характеристик: математического ожидания Шг, среднего квадратического отклонения Ог и коэффициента вариации Уг.
Таблица 1. Оценки статистических характеристик процесса изменения твердости почвы г(1) по горизонтам почвенного пласта aí до и после проведения предпосадочной обработки
а{, см Измерения процесса г(1)
до предпосадочной обработки после п редпосадочной обработки
Шг, МПа Ог, МПа Уг, % Шг, МПа Ог, МПа Уг, %
5 0,49 0,22 45 0,39 0,14 37
10 0,50 0,24 47 0,65 0,26 40
15 0,56 0,28 50 0,79 0,33 42
20 0,64 0,33 52 0,79 0,35 45
25 0,72 0,49 68 0,98 0,59 60
30 1,11 0,77 70 1,77 0,95 54
35 1,88 1,02 54 2,41 1,08 45
40 2,57 1,15 45 2,72 1,33 49
45 3,00 1,26 42 3,11 1,33 43
50 3,24 1,50 46 3,55 1,50 42
55 3,51 1,57 45 3,99 1,57 45
60 4,03 1,63 41 4,39 1,97 45
Сравнивая данные в табл. 1, можно отметить, что после проведения предпосадочной обработки структура почвы становится более однородной по сравнению с состоянием почвы до начала весенне-полевых работ, о чем говорят более низкие значения коэффициентов вариации.
На рис. 1 представлены графики изменения математического ожидания процесса твердости почвы по глубине до и после проведения предпосадочной подготовки почвы. Из этих графиков видно, что после проведения предпосадочной обработки почвы, начиная с глубины aí=10 см, условия развития корневой системы картофеля незначительно ухудшились по сравнению с состоянием до обработки.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
О 5 10 15
20 25 30 35 40 45 50 55 60 а,сы
ш,,МПа
\ :
Г:
\ ч
Ч
V,
\ \ ч
X
Рис. 1. Изменение оценок математического ожидания процесса твердости почвы г(1) по горизонтам </.,:
--до культивации;......после культивации
Анализ оценок показателей твердости почвы, приведенных на рис. 2 ив табл. 2, после проведения технологического процесса посадки свидетельствует о наличии дополнительного уплотнения по следу ходовых систем посадочного агрегата и его рабочих органов. Объясняется это тем, что почва, находящаяся во влажном состоянии, легко уплотняется.
Таблица 2. Оценки статистических характеристик процесса изменения твердости почвы г(1) по горизонтам почвенного пласта aí после посадки
о^, см Место измерений процесса г(1)
по центру рядка по следу колеса сажалки по следу колеса трактора
тг, МПа Ог, МПа Уг, % тг, МПа Ог, МПа уг, % тг, МПа Ог, МПа Уг, %
-5 0,33 0,20 61 - - - - - -
0 0,59 0,28 47 - - - - - -
5 0,97 0,37 38 - - - - - -
10 0,99 0,28 28 1,07 0,21 20 1,68 0,21 13
15 0,99 0,33 33 1,38 0,31 22 1,97 0,34 17
20 0,95 0,28 30 1,68 0,52 31 2,07 0,35 17
25 1,32 0,57 43 2,60 1,00 39 1,93 0,34 17
30 2,00 0,77 38 3,47 0,93 27 2,14 0,51 24
35 2,30 1,02 45 3,56 1,03 29 2,90 0,86 30
40 2,92 1,31 45 3,71 1,38 37 3,25 1,02 31
45 3,61 1,64 45 4,15 1,66 40 3,29 1,23 37
50 4,21 2,07 49 4,53 1,91 42 3,47 1,39 40
55 4,77 2,14 45 5,03 1,99 40 3,69 1,61 44
60 5,27 2,17 41 5,39 2,15 40 4,16 1,83 44
На основании данных, приведенных в табл. 2, можно сделать вывод, что рыхлая почва в верхней части гребня, сформированная случайным образом заделывающими дисками сажалки, имеет неоднородную структуру, о чем свидетельствуют высокие значения коэффициентов вариации (Уг=47-61%). По следу колеса трактора в слоях от 10 см до 25 см, там где почва сильно уплотнена, отмечены наименьшие значения коэффициентов вариации (Уг=13-17%). Кроме этого, оценки математических ожиданий значений твердости почвы по центру рядка, по следам колес сажалки и трактора с
увеличением глубины значительно повышаются (рис. 2), что говорит об ухудшении условий развития корневой системы картофеля.
Рис. 2. Изменение оценок математического ожидания процесса твердости почвы г(1) по горизонтам а после проведения посадки:--по центру рядка; по следу колеса сажалки;...... по следу колеса трактора
Таблица 3. Оценки статистических характеристик процесса изменения твердости почвы г(1) по горизонтам почвенного пласта aí после междурядной обработки
0{, см Место измерений процесса г(1)
по центру рядка по следу колеса сажалки по следу колеса трактора
Шг, МПа Ог, МПа V, % шг, МПа Ог, МПа V, % Шг, МПа Ог, МПа V, %
-15 0,40 0,21 54 - - - - - -
-10 0,88 0,54 61 - - - - - -
-5 1,96 0,44 22 - - - - - -
0 2,40 0,32 14 - - - - - -
5 2,51 0,50 20 - - - - - -
10 2,58 0,60 23 1,26 0,48 38 1,80 0,30 17
15 2,75 0,72 26 1,84 0,73 40 1,92 0,45 23
20 3,45 0,98 28 2,17 0,96 44 2,06 0,62 30
25 3,57 1,21 34 2,79 1,19 43 2,78 0,97 35
30 3,46 1,32 38 3,34 1,45 43 3,21 1,26 39
35 3,55 1,55 44 3,83 1,78 47 3,48 1,59 46
40 3,78 1,69 45 4,01 1,82 45 3,67 1,64 45
45 4,17 1,94 47 4,19 1,91 46 3,97 1,83 46
50 4,63 1,97 43 4,57 2,08 45 4,28 1,94 45
55 5,16 2,04 40 4,99 2,29 46 4,59 1,97 43
60 5,81 2,11 36 5,35 2,24 42 4,95 1,98 40
Анализ оценок показателей твердости почвы, приведенных на рис. 3 ив табл. 3, после проведения технологического процесса междурядной обработки показал, что ходовая система трактора дополнительно увеличивает значения математических ожиданий в областях уже уплотненных при выполнении технологического процесса посадки. Помимо этого при формировании высоких гребней примененным в хозяйстве пассивным гребнеобрабозателем происходит объемное сжатие почвы внутри гребня и уплотнение дна борозды, вызванные давлением щитка гребнеобразователя на почву и его скольжением по обрабатываемой поверхности. Касательные напряжения, обусловленные контактом щитка с почвой [1,4], приводят к сдвигу почвенных элементов на гребневой поверхности, что влечет за собой замазывание пор и капиллярных каналов. В результате такого воздействия снижается водопроницаемость почвы; в случае выпадения даже небольшого количества атмосферных осадков влага будет скапливаться на дне борозды.
После проведения технологического процесса междурядной обработки почва по центру рядка уплотняется по всем горизонтам а, в результате чего выше материнского клубня формируется зона среднего уплотнения, а ниже - зона сильного уплотнения. Поэтому корневая система картофеля будет испытывать стресс, а начиная с глубины щ = 50 см ниже дневной поверхности поля ее развитие станет невозможно.
Рис. 3. Изменение оценок математического ожидания процесса твердости почвы г(1) по горизонтам а после
междурядной обработки:--по центру рядка; по следу колеса сажалки; ......по следу колеса трактора
На рис. 3 видно, что значения математического ожидания твердости почвы по центру рядка, в слоях от 10 см до 30 см, значительно превышают аналогичные показатели, полученные по следам колес трактора и сажалки. На глубине залегания почвенных горизонтов аí > 30 см они примерно совпадают.
Из вышесказанного следует, что применяемые машины и орудия для междурядной обработки почвы не в полной мере выполняют задачу по созданию требуемого почвенного состояния.
Таблица 4. Оценки статистических характеристик процесса изменения твердости почвы г(1) по горизонтам почвенного пласта aí после удаления ботвы
ш, см Место измерений процесса г(1)
по центру рядка по следу колеса сажалки по следу колеса трактора
Шг, МПа Ог, МПа V, % шг, МПа Ог, МПа V, % Шг, МПа Ог, МПа V, %
-15 0,57 0,21 36 - - - - - -
-10 1,28 0,76 59 - - - - - -
-5 2,86 0,73 25 - - - - - -
0 3,66 0,56 15 - - - - - -
5 3,76 0,54 14 - - - - - -
10 3,75 0,62 17 0,97 0,54 56 2,93 1,14 39
15 3,85 0,74 19 1,97 0,80 41 3,96 0,72 18
20 4,67 1,27 27 2,51 0,70 28 4,31 0,96 22
25 4,97 1,46 29 3,13 1,02 33 4,80 0,38 29
30 4,88 1,64 34 4,00 1,37 34 4,85 1,74 36
35 4,96 1,85 37 4,55 1,64 36 4,97 1,96 40
40 5,27 1,95 37 5,12 2,05 40 5,24 2,02 39
45 5,73 2,15 37 5,62 2,35 42 5,68 2,24 39
50 6,25 2,26 36 5,96 2,47 41 6,16 2,36 38
55 6,85 2,27 33 6,55 2,43 37 6,80 2,38 35
60 7,32 2,28 31 7,02 2,43 35 7,34 2,24 31
На основании данных табл. 4 можно сделать вывод о том, что естественная усадка почвы в течение 3-х месяцев после междурядной обработки привела к тому, что значения коэффициентов
вариации твердости почвы Уг по центру рядка на глубине залегания почвенных горизонтов щ > 15 см стали более стабильными. На рис. 4 видно, что процесс естественного уплотнения почвы более выражен в верхних слоях почвенного горизонта по следу колеса трактора и по центру рядка.
О 0,5 1 1,5 2 5;5 3 3,5 4. 4;5 5 5;5 6 6;5 7 Т^щМПа
\
N
1
1
л
V
_ч
1
ч
Рис. 4. Изменение оценок математического ожидания процесса твердости почвы г(1) по горизонтам а после
удаления ботвы:--по центру рядка; по следу колеса сажалки; ■***««* по следу колеса трактора
Таким образом, проведенный анализ параметров почвенного состояния по показателю твердости почвы после выполнения основных технологических процессов возделывания картофеля показал, что применение энергонасыщенных машинно-тракторных агрегатов приводит к ухудшению почвенного состояния и переуплотнению корнеобитаемого слоя. В связи с этим возникает необходимость разработки специальных технологических приемов, направленных на устранение уплотненных зон в корнеобитаемом слое и включения их в технологию возделывания картофеля с целью ее совершенствования.
Литература
1. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Смелик О.В. Реологическая модель почвы как объекта формирования требуемой плотности в заданном слое // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2012. - №29. - С. 248-255.
2. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Врублевский В.Д., Смелик О.В. Методы и средства формирования профилированных поверхностей с заданными параметрами почвенного состояния // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2014. - №35. - С. 277-284.
3. Шпаара Д. //Картофель.- Минск: ЧУП «Орех», 2004. - 465 с.
4. Калинин А.Б. Критерии и методы оценки выполнения агротехнических требований к параметрам почвенного состояния в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур на основе статистической интерпретации реологической модели почвы и устройств контроля качества ее обработки: Дис... докт. техн. наук. - СПб., 2000. - 362 с.
5. Лурье А.Б., Еникеев В.Г., Теплинский И.З., Смелик В.А. Сельскохозяйственные машины.- СПб., 1988 - 366 с.
6. Медведев В.В. Твердость почв. - Харьков: КГ1 «Городская типография», 2009. - 152 с.
