CC BY
0
УДК 631.51.01; 631.311 DOI 10.36461^.2023.66.2.004
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ОРУДИЯ ДЛЯ МЕЛКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
НА СКЛОНОВЫХ ЗЕМЛЯХ
Н.М. Соколов, доктор техн. наук, С.Б. Стрельцов, кандидат техн. наук, В.В. Худяков, кандидат техн. наук, П.А. Покусаев, аспирант
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Федеральный аграрный научный центр Юго-Востока», г. Саратов, Россия, тел. 8 (8452) 647688, e-maiL: ariser@yandex.ru
В статье представлен анализ основных факторов, влияющих на процесс водной и технологической эрозии почвы на склоновых землях. На основании проведенных исследований разработан технологический процесс противоэрозионной обработки, который обеспечивает одновременно с безотвальным рыхлением почвы создание на поверхности пашни противоэрозионного микрорельефа, в виде кулис. Представлена конструктивно-технологическая схема почвообрабатывающего орудия и параметры создаваемых им кулис на склоновом участке поля с крутизной до восьми градусов. Проведена агротехническая и эксплуатационно-технологическая оценка почвообрабатывающего орудия.
Ключевые слова: водная и технологическая эрозия, склоновые земли, почвообрабатывающее орудие, обработка почвы, противоэрозионный микрорельеф, кулиса.
Для цитирования: Соколов Н.М., Стрельцов С.Б., Худяков В.В., Покусаев П.А. Результаты испытаний орудия для мелкой обработки почвы на склоновых землях. Нива Поволжья, 2023, 2 (66), с. 3002. йв! 10.36461/ЫР.2023.66.2.004
Введение
Процесс эрозии на склоновых участках поля в основном протекает под действием водной и технологической эрозии, которые, как правило, усиливают друг друга [1-5].
Это приводит к ежегодному сползанию плодородного слоя почвы в нижнюю часть склона. Наглядный результат такого смещения почвенного слоя под действием рабочих органов орудий, силы гравитации и кинетической энергии потоков воды хорошо виден ранней весной. Вершины всех склоновых полей, обрабатываемых различными способами и орудиями, имеют более светлую окраску, которая свойственна нижним материковым породам [6-10].
Многочисленные исследования показывают, что в среднем ежегодно на склоновых землях теряется до 30 % дефицитных осадков и до 8 т/га плодородной почвы. Основная причина потерь почвенных и водных ресурсов заключается в том, что при обработке почвенного слоя применяемыми в производстве техническими средствами на поверхности пашни не создаются условия для регулирования поверхностного стока, который и является первопричиной эрозии [11-13].
Целью исследований является повышение качества основной обработки почвы на склоновых землях за счет разработки технологического
процесса и почвообрабатывающего орудия, снижающих водную и технологическую эрозию. Методы и материалы Исследование технологического процесса основной обработки почвы с одновременным созданием на поверхности пашни противоэрозион-ного микрорельефа на склоновых землях проводили с использованием отраслевых стандартов ГОСТ Р52777-2007, ГОСТ Р52778-2007, СТО АИСТ 4.2-2004, СТО АИСТ 2.8-2007 и по разработанным частным методикам.
Результаты и их обсуждение Проведенный анализ показывает, что процесс водной и технологической (механической) эрозии при определенных условиях протекает очень быстро. В основном интенсивность этого процесса зависит от климатических условий, рельефа местности, физико-химических свойств почвы, способов обработки почвы и их интенсивности. Основные факторы, влияющие на процесс водной и технологической эрозии, можно разделить на три основные группы (рис. 1).
Первая группа постоянных факторов независимо от применяемой технологии обработки почвы и используемых машин не меняется во времени. Эти факторы постоянно действуют в одном направлении, величина их воздействия может изменяться только от конкретно сложившихся природных условий. Особенностью
второй группы неуправляемых факторов является то, что они зависят от природно-климатических особенностей региона, поэтому эти факторы носят случайный характер, и они ежегодно могут принимать различные значения. Группа управляемых факторов, как и первые две, оказывают значительное влияние на процесс как
водной, так и технологической эрозии. Особенностью этой группы факторов является то, что с их помощью можно изменять условия протекания эрозионного процесса в широких пределах, применяя для этого, к примеру, разные приемы и режимы обработки почвы или более щадящие рабочие органы [11-13].
Рис. 1. Схема основных факторов, влияющих на процесс эрозии в склоновых агроландшафтах
В производстве с целью сохранения плодородия склоновые земли обрабатывают оборотными плугами или орудиями с рыхлящими рабочими органами поперек склона. Данные обработки в определенных условиях позволяют сократить только водную эрозию. Использование оборотных плугов на вспашке склонов со смытыми почвами не дает желаемых результатов ввиду того, что при обработке на поверхность поля выносится менее плодородный почвенный слой. Кроме этого, обработанная выровненная поверхность пашни, имея рыхлую структуру, легко размывается потоками как талой, так и ливневой воды. На безотвальных обработках в таких условиях ввиду более плотного сложения почвенного слоя формируется повышенный сток воды, вызывающий потери дефицитной влаги и ускоренную эрозию [14-16].
Неразрывная, тесная связь основных факторов, влияющих на процесс водной и технологической эрозии, показывает, что задача по сохранению почвенных и водных ресурсов должна решаться комплексно. С этой целью в ФГБНУ «ФАНЦ Юго-Востока» разработан технологический процесс ресурсосберегающей обработки почвы и орудие для его выполнения [17, 18].
Отличительной особенностью разработанного способа является то, что одновременно с основной обработкой почвы на поверхности пашни создается противоэрозионный микрорельеф, представляющий собой гребне-стерневые кулисы, состоящие из почвенно-стерневой смеси. Данными кулисами обработанный склоновый участок поля расчленяется на множество элементарных, изолированных друг от друга, замкнутых участков. Это позволяет сократить энергию
водных потоков внутри каждого образованного замкнутого участка до безопасной величины и предотвратить образование лавинообразного стока и эрозии [19, 20]. Формирование противо-эрозионного микрорельефа (рис. 2) осуществляется за счет подрезания верхнего слоя почвы со стерней лемешно-подрезающими рабочими органами (2), установленными на вертикальных осях с возможностью их поворота в горизонтальной плоскости и перемещения подрезанного слоя
и
С целью определения оптимальных параметров рабочих органов разработанного орудия и эффективности ресурсосберегающей обработки почвы были проведены лабораторно-поле-вые исследования в условиях Саратовской области.
Опыты закладывались на склоновом участке, с уклоном у до 8°, после уборки проса. Влажность почвы в пахотном горизонте при обработке зяби составляла W = 17,8 %, твердость 2,2 Мпа, масса пожнивных остатков на поверхности поля была равна 288 г/м.
На летней обработке парового поля влажность почвы составляла от 15,1 до 18,5 %, твердость 1,6...1,75 Мпа.
В ходе исследований было отмечено (рис. 3), что при влажности W = 15,1 % односторонние лемешно-подрезающие рабочие органы при установленной глубине обработки = 3 см не обеспечивали равномерное заглубление в почву.
С увеличением глубины хода лемешно-под-резающих рабочих органов до = 4-6 см равномерность их хода становилась устойчивой,
постоянно вверх по склону. Величина перемещения подрезанного верхнего слоя почвы соизмерима с шириной образуемых кулис (3).
В результате данного технологического процесса производится безотвальное рыхление почвы лапами (1) на глубину до 16 см и одновременное выравнивание верхнего плодородного слоя почвы по толщине за счет его перемещения постоянно вверх по склону и возврата ранее смытой плодородной почвы на прежнее место.
образуемая гребне-стерневая кулиса имела постоянные параметры по высоте и ширине. Масса одного погонного метра образуемой и перемещенной вверх по склону кулисы Q в зависимости от влажности почвы W изменялась от 20 до 29 кг/п.м.
В исследованиях было установлено, что на зяблевой обработке почвы величина перемещения подрезанной почвенно-стерневой массы вверх по склону при увеличении уклона обрабатываемого участка у с 2° до 8°, при оптимальных углах атаки лемешно-подрезающих рабочих органов Р = 40°, снижалась на 12,1 % с 0,33 до 0,29 м (рис. 4).
На участке с уклоном у = 2°, увеличение угла атаки режущей кромки лемешно-подрезаю-щих рабочих органов Р с 30° до 50° увеличивает величину перемещения подрезанного верхнего почвенного слоя на 50 % с 0,26 м до 0,39 м. С увеличением уклона участка до у = 8° величина перемещения подрезанной почвы при тех же углах атаки рабочих органов - также увеличивается на 33,3 % с 0,24 м до 0,32 м.
о
Рис. 2. Конструктивно-технологическая схема почвообрабатывающего орудия: 1 - рыхлящие лапы, 2 - лемешно-подрезающие рабочие органы, 3 - гребне-стерневая кулиса. - направление движения агрегата, Б - направление перемещения пожнивных остатков и почвы, у° - уклон поля, - угол атаки режущей кромки лемешно-подрезающих рабочих органов
35
£ СУ
т т О 1=
0
1 I
30
ш 25 Е?
ш
2 20 ь
и ш т
§
15
Р=40'
м/с Ш=18,5% ✓ У ✓ X у
X Л ✓ ^---- у ^^^ У ^ц/ЦГ
/ V <" _____• * _____ У=15,1%
X ^— ✓ _____^ у ^^^ ________
4 5
Глубина хода И, см
Рис. 3. Зависимость количества перемещенной почвы - Q вверх по склону от глубины хода - Ь ле-мешно-подрезающих рабочих органов и влажности почвы - W
0,4
0,35
л т т
о
с
н
ш
Е?
ш
а ш 1=
0,3
0,25
0,2
и=2,1 м/с И=5 см Ш=17,8%
XV ^ У=5°. Ч
у у J 8 У
У . - ^ ^ _______ ^ ^ _______ * **^^—
25
30
35 40
Угол атаки р, град.
45
50
Рис. 4. Влияние угла атаки лемешно-подрезающих рабочих органов и величины уклона поля - Y на перемещение почвенного слоя вверх по склону
В ходе эксперимента при углах атаки рабочих органов более 45°, отмечались случаи забивания рабочих органов приспособления растительными остатками, что приводило к нарушению технологического процесса.
Результаты агротехнических и эксплуатационно-технологических показателей работы почвообрабатывающего орудия представлены в таблице 1.
В указанных условиях по таким показателям как глубина обработки почвы, параметры создаваемого микрорельефа, крошение почвы, уничтожение сорняков как на зяблевой, так и на паровой обработке поля экспериментальный
образец орудия соответствовал показателям, заложенным в техническом задании на его проектирование.
На обработки зяби средняя скорость движения агрегата составила 8,3 км/ч, глубина обработки почвы рыхляще-подрезающими лапами -15,8 см. Производительность экспериментального орудия за один час основного времени составила 2,4 га/ч, погектарный расход топлива равен 7,8 кг/га.
На летней обработке парового поля, при глубине обработки почвы равной 8,6 см, производительность агрегата за один час основного времени составила 2,7 га/ч, расход топлива 5,3 кг/га.
2
3
6
7
Таблица 1
Агротехнические и эксплуатационно-технологические показатели работы почвообрабатывающего орудия
Показатель ТЗ По результатам испытаний
Состав агрегата трактор кл. 3-4 МТЗ 1221 + эксперимент. орудие
Вид обработки Зяблевая обработка Паровая обработка
Скорость движения агрегата, км/ч до 10 8,3 9,8
Ширина захвата орудия, м 3±0,05 3,0 3,0
Глубина обработки почвы рыхляще-подрезающими лапами,см До 16 15,8 8,6
Среднее квадратическое отклонение от глубины обработки, ±см 1,5 1,2 1,3
Глубина подрезания верхнего слоя почвы лемешно-подрезающими рабочими органами, см 3,0-6,0 5,2 4,5
Крошение почвенного пласта, %, размеры комков до 50 мм Не менее 50 64,7 78,2
Количество гребне-стерневых кулис образуемых за один проход, шт. 4 4 4
Параметры гребне-стерневой кулисы, см - ширина - высота 20-35 7-17 32,8 13,6 30.2 11.3
Перемещение вверх по склону подрезанного слоя почвы, м Не менее 0,25 0,32 0,28
Подрезание пожнивных остатков и сорняков, % 100 100 100
Содержание эрозионно-опасных частиц в слое 0-5 см, % Не должно возрастать Не возрастает Не возрастает
Забивание и залипание рабочих органов Не допускается Не наблюдалось Не наблюдалось
Производительность за 1 час, га: - основного времени - сменного времени - эксплуатационного времени 1,9-2,9 1,7-2,7 2,4 2,0 1,9 2,7 2,3 2,1
Погектарный расход топлива, кг/га Нет данных 7,8 5,3
Эксплуатационно-технологические коэффициенты: - надежности технологического процесса - использования сменного времени - использования эксплуатационного времени Не менее 0,98 Не менее 0,78 Не менее 0,77 0,98 0,83 0,79 0,99 0,85 0,78
Заключение
1. Создание при обработке почвы противо-эрозионного микрорельефа на поверхности пашни, в виде кулис, путем подрезания верхнего почвенного слоя со стерней и его перемещения вверх по склону позволяет произвести перемещение при каждой обработке до 150 т/га ранее утраченной плодородной почвы на расстояние до 0,32 м и сократить интенсивность процесса эрозии.
2. Проведенными исследованиями установлено, что почвообрабатывающее орудие по таким показателям как равномерность глубины обработ-
ки почвы, крошение почвенного пласта, параметрам формируемых противоэрозионных кулис соответствуют техническому заданию на его проектирование. Производительность агрегата с трактором МТЗ 1221 на обработке зяби составляет 2,4 га/ч, расход топлива равен 7,8 кг/га, на обработке паров эти показатели равны 2,7 га/ч и 5,3 кг/га.
3. Почвообрабатывающее орудие целесообразно применять на склоновых землях, не засоренных камнями, с уклоном до 8°, на мелкой зяблевой обработке и летних обработках паровых полей.
Литература
1. Шабаев А.И. Адаптивно-экологические системы земледелия в агроландшафтах Поволжья. Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2003, 284 с.
2. Медведев И.Ф., Шабаев А.И. Эрозионные процессы на пашне Приволжской возвышенности. Почвоведение, 1991, № 11, с. 61-69.
3. Наумов С.В. Водная эрозия почв в Саратовской области. Саратов: Приволжское книжное издательство, 1970, 128 с.
4. Шабаев А.И. Пути совершенствования почвозащитного земледелия на эрозионно-опасных землях. Почвоохранное земледелие в Поволжье. Саратов, 1985, с. 3-19.
5. Шабаев А.И. Почвозащитное земледелие: Опыт, проблемы. Саратов: Приволжское книжное издательство, 1985, 96 с.
6. Макарова М.С., Зацаринный В.А. Перемещение пласта почвы при вспашке склоновых полей. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2008, № 8. с. 16-18.
7. Рахимов З.С. Механическая эрозия почвы на склонах. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2005, № 5, с. 37-38.
8. Карпович К.И., Якунин А.И. Совершенствование обработки почвы в Лесостепи Поволжья. Земледелие, 2006, № 4, с. 21-22.
9. Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв. Москва: Издательство МГУ, 1996, 335 с.
10. Мударисов С.Г., Рахимов З.С., Фархутдинов И.М., Валиуллин И.Э., Ахметянова И.И. Моделирование технологического процесса обработки почвы на склоновых агроландшафтах. Вестник Казанского государственного аграрного университета, 2016, т. 11, № 1 (39), с. 87-91.
11. Шабаев А.И., Соколов Н.М., Жолинский Н.М. Ресурсосберегающая почвозащитная обработка почвы в агроландшафтах Поволжья. Земледелие, 2007, № 1, с. 20-23.
12. Шабаев А.И., Соколов Н.М., Жолинский Н.М. Приемы сохранения плодородия почв на склонах. Плодородие, 2008, № 1, с. 37-38.
13. Немцев С.Н. Агроэкологические основы почвозащитных систем земледелия в лесостепи среднего Поволжья. Ульяновск: ФГБНУ «Ульяновский НИИСХ» (Тимирязевский), 2005, 240 с.
14. Корчагин В.А., Шаяхметов Г.И., Горенин О.И., Маврин М.В. Новым технологиям - современные машины. Научно-практическое руководство. Самара: Самарский НИИСХ, 2007, 107 с.
15. Есин А.И., Соколов Н.М. Исследование процесса инфильтрации воды в неоднородной среде. Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова, 2011, № 11, с. 28-30.
16. Соколов Н.М., Стрельцов С.Б., Худяков В.В. Влияние параметров гребне-стерневых кулис на инфильтрацию воды в почву и эрозионный процесс. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2015, № 12 (Ч. 1), с. 19-22.
17. Патент РФ №2564849, МПК А01В 79/02 (2006.01). Способ обработки почвы в паровом поле. Соколов Н.М., Шабаев А.И., Стрельцов С.Б., Худяков В.В. Опубл. 10.10.2015, Бюл. № 28.
18. Патент РФ №2612211, МПК А01В 13/16 (2006.01). Орудие для противоэрозионной обработки почвы. Соколов Н.М., Стрельцов С.Б., Худяков В.В.; Шабаев А.И., Соколов В.Н. Опубл. 03.03.2017, Бюл. № 7.
19. Соколов Н.М., Стрельцов С.Б. Исследование физико-механических свойств гребнестерневых противоэрозионных кулис. Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова, 2008, № 9, с. 31-33.
20. Соколов Н.М., Стрельцов С.Б., Худяков В.В., Либерцев С.А., Покусаев П.А. Совершенствование технологического процесса обработки почвы, снижающего водную и технологическую эрозию на склоновых землях. Успехи современного естествознания, 2018, № 11 (2), с. 299-304.
UDC 631.51.01; 631.311 DOI 10.36461/N P.2023.66.2.004
TEST RESULTS OF A TOOL FOR SHALLOW TILLAGE ON SLOPING LANDS
N.M. Sokolov, Doctor of Technical Sciences, S.B. Streltsov, Candidate of Technical Sciences, V.V. Khudyakov, Candidate of Technical Sciences, P.A. Pokusaev, Postgraduate.
Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Center of Agriculture Research of the South-East Region", Saratov, Russia, tel. 8 (8452) 647688, e-mail: ariser@yandex.ru
The article presents an analysis of the main factors influencing the process of water-induced and technological soil erosion on sloping lands. On the basis of the research carried out, a technological procedure for erosion control treatment was developed, which, simultaneously with non-moldboard loosening of soil, enables the creation of an erosion-inhibiting micro-relief in the form of coulisse on the surface of arable land. The article
presents the structural-technological, scheme of the tillage tool and the parameters of the coulisses it produces on a sloping plot with a steepness of up to eight degrees. An agrotechnical and operational evaluation of the tillage tool was carried out as part of the study.
Keywords: water and technological erosion, sloping lands, tillage tool, tillage, anti-erosion microrelief, coulisse.
References
1. Shabaev A.I. Adaptive-ecological farming systems in agrolandscapes of the Volga region. Saratov: FGOU VPO "Saratov GAU", 2003, 284 p.
2. Medvedev I.F., Shabaev A.I. Erosion processes on the arable land of The Volga Upland. Pochvovedenie, 1991, No. 11, pp. 61-69.
3. Naumov S.V. Water erosion of soils in the Saratov region. Saratov: Privolzhskoe Knizhnoe Izdatelstvo, 1970,128 p.
4. Shabaev A.I. Ways to improve soil-protective farming on the erosion-hazardous lands. Soil-saving agriculture in the Volga region. Saratov, 1985, pp. 3-19.
5. Shabaev A.I. Soil-protective farming: Experience, problems. Saratov: Privolzhskoe Knizhnoe Izdatelstvo, 1985, 96 p.
6. Makarova M.S., Zatsarinny V.A. Soil layer displacement when plowing the sloping fields. Mekhani-zatsiya i Elektrifikatsiya Selskogo Khozyaystva, 2008, No. 8. pp. 16-18.
7. Rakhimov Z.S. Mechanical erosion of soil on slopes. Traktory i Selskokhozyaystvennye Mashiny, 2005, No. 5, pp. 37-38.
8. Karpovich K.I., Yakunin A.I. Improvement of tillage in the forest-steppe of the Volga region. Zemlede-lie, 2006, No. 4, pp. 21-22.
9. Kuznetsov M.S., Glazunov G.P. Erosion and soil protection. Moscow: MSU Publishing House, 1996, 335 p.
10. Mudarisov S.G., Rakhimov Z.S., Farkhutdinov I.M., Valiullin I.E., Akhmetyanova I.I. Modelling of tillage workflow on sloping agricultural landscapes. Vestnik of the Kazan State Agrarian University, 2016, vol. 11, No. 1 (39), pp. 87-91.
11. Shabaev A.I., Sokolov N.M., Zholinsky N.M. Resource-saving soil protection tillage in agricultural landscapes of the Volga region. Zemledelie, 2007, No. 1, pp. 20-23.
12. Shabaev A.I., Sokolov N.M., Zholinsky N.M. Methods of soil fertility conservation on slopes. Plodoro-die, 2008, No. 1, pp. 37-38.
13. Nemtsev S.N. Agroecological bases of soil-protective farming systems in the forest-steppe of the Middle Volga region. Ulyanovsk: FGBNU "Ulyanovsk NIISKH" (Timiryazevsky), 2005, 240 p.
14. Korchagin V.A., Shayakhmetov G.I., Gorenin O.I., Mavrin M.V. New technologies - modern machines. Scientific and practical guide. Samara: Samarsky NIISKH, 2007, 107 p.
15. Esin A.I., Sokolov N.M. Research of the process of water infiltration in inhomogeneous medium. Vestnik of Saratov State Vavilov Agrarian University, 2011, No. 11, pp. 28-30.
16. Sokolov N.M., Streltsov S.B., Khudyakov V.V. Influence of parameters ridge-straw coulisses at water infiltration into the soil and erosion processes. International Journal Of Applied And Fundamental Research, 2015, No. 12 (Part 1), pp. 19-22.
17. RF Patent No. 2564849, IPC A01B 79/02 (2006.01). Method of tillage on fallow field. Sokolov N.M., Shabaev A.I., Streltsov S.B., Khudyakov V.V. Publ. 10.10.2015, Bull. No. 28.
18. RF Patent No. 2612211, IPC A01B 13/16 (2006.01). Tool for conservation tillage. Sokolov N.M., Streltsov S.B., Khudyakov V.V.; Shabaev A.I., Sokolov V.N. Publ. 03.03.2017, Bull. No. 7.
19. Sokolov N.M., Streltsov S.B. The researches of ridge-straw anti-erosion coulisses physic-mechanical characteristics. Vestnik of Saratov State Vavilov Agrarian University, 2008, No. 9, pp. 31-33.
20. Sokolov N.M., Streltsov S.B., Khudyakov V.V., Libertsev S.A., Pokusaev P.A. Improvement of the technological process of soil treatment for decreasing water and technological erosion on slope lands. Advances In Current Natural Sciences, 2018, No. 11 (2), pp. 299-304.
