CC BY
18
УДК 633.18
РОТОРНОЕ ОРУДИЕ С АКТИВНОЙ ФРЕЗЕРНОЙ СТОЙКОЙ ДЛЯ МЕЛИОРАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ СОЛОНЦОВОЙ ПОЧВЫ
© 2006 г. В.П. Калиниченко, В.К. Шаршак, Е.П. Ладан, В.Е. Зинченко, Н.А. Морковской, В.В. Черненко
Reclamation of solonets soil by plough with active rotor milling implement provides melioration after-effect period more than 30 years. Resumption of reclamation of solonets soils by means of plough rotor implement with active milling pole is proposed.
Мелиорация солонцовых почв является важной составной частью комплекса мероприятий повышения плодородия почв. Основным вариантом освоения солонцов является агробиологический метод, главное звено которого - глубокая ярусная обработка.
Мелиоративная обработка таких почв выполнялась преимущественно трехъярусными плугами типа ПТН-40, ПТ-40 и др. Трехъярусная вспашка не обеспечивает качественного перемешивания солонцового и карбонатного горизонтов, способствует утрачиванию значительной части верхнего наиболее плодородного надсолонцового горизонта, который перераспределяется вниз по профилю почвы в процессе технологических операций оборачивания и перемешивания обрабатываемых пластов.
Мелиоративные орудия для основной обработки солонцовых почв
В 70-х гг. ХХ в. [1] были разработаны технологическая и конструктивная схемы нового мелиоративного орудия для обработки солонцовых почв, сконструирована серия мелиоративных плугов ПМС-70, ПМС-100, ФС-1,3, сочетающих безотвальную обработку верхнего гумуса слоя с фрезерной обработкой солонцового и подсолонцового горизонтов. Опытные образцы орудий прошли производственные испытания в юго-восточных районах Ростовской области. Принципиальная особенность конструктивной схемы состоит в наличии активного рабочего органа, с помощью которого обеспечивается ротационное крошение и перемешивание солонцового и карбонатного горизонтов, на поверхности сохраняется перегнойно-элювиальный слой почвы (рис.1).
Фрезерный почворыхлитель состоит из горизонтального вала с набором дисковых четырехзубовых фрез диаметром 300 мм, за счет изменения расстояния между которыми регулируется степень крошения и перемешивания почвы.
При движении устройства фрезерный почворыхли-тель перемещается в почве ниже надсолонцового горизонта и перемешивает между собой солонцовый и подсолонцовый горизонты. Вибрация, возникающая при работе фрезерователя, передается надсолонцовому
горизонту, в результате чего происходит погружение в нижележащие горизонты эрозионно опасных пыле-ватых частиц, расположенных на поверхности почвы.
Рис. 1. Мелиоративное орудие для основной обработки солонцовых почв: 1- рама; 2 - опорные колеса; 3 -вертикальный рыхлящий нож; 4 - опорные стойки; приводы: 5 - фрезерователя; 6 - от вала отбора мощности трактора
Экранирующий эффект фрезерования под поверхностью почвы предотвращает частичную потерю гумусового слоя, свойственную другим видам мелиоративной обработки солонцов. Глубина обработки - до 50 см.
При обработке солонцовых почв орудие с активным рабочим органом обеспечивает качественную обработку почв в широком диапазоне влажности и позволяет регулировать степень крошения почвы. Имеет место равномерное по профилю почвы вовлечение карбонатов в солонцовый горизонт, что определяет интенсивность процесса «самомелиорации».
Полевые исследования
Проведенные в 2003 г. полевые исследования на опытном стационарном участке позволяют утверждать, что улучшение водно-физических и физико-химических свойств солонцов и зональной каштановой почвы после применения указанных орудий оказывает длительное положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур [2].
Срок последействия обработки солонцовых почв орудием с фрезерным почворыхлителем составил около 30 лет, причем прибавка урожайности в настоящее время составляет свыше 50 % по сравнению с зональной агротехникой. Подобный результат недостижим для орудий с пассивными рабочими органами.
Наблюдения проведены в длительном стационарном опыте по схеме:
- отвальная вспашка на глубину 20-22 см (рекомендованная обработка согласно зональным рекомендациям о ведении агропромышленного производства);
- трехъярусная вспашка на глубину 45 см, серийно выпускаемым плугом ПТН-40;
- обработка орудием ПМС-70 на глубину 45 см.
Почвенный покров опытного участка представлен
каштаново-солонцовым комплексом, в котором солонцы занимают 15-25 % площади.
После закладки опыта участок обрабатывался согласно зональной агротехнологии, предполагающей отвальную обработку почвы.
Проведенные более чем через 30 лет после закладки опыта полевые исследования на стационарном участке позволяют дать следующие основные морфологические характеристики мелиорированных почв в длительном последействии их окультуривания.
Разрез 1 заложен в варианте опыта с отвальной вспашкой на глубину 20-22 см. Профиль разреза характеризуется ровным, достаточно выраженным переходом границ между горизонтами. Слой 0-10 см наиболее рыхлый, сухой, порошисто-комковатой структуры, с множеством мелких корней, серовато-коричневого цвета. Отличающийся комковато-
ореховатой структурой слой 10-25 см более уплотнен, мелко трещиноват, органические остатки представлены только корешками растений. Слой 25-40 см выделяется более светлой окраской, коричневый, с глубины 3035 см преобладает призматическая структура с коричневатым оттенком на границах структурных отдельно-стей. Плотность сложения почвы в слое 0-20 см составляет 1,35 г/см3, а в слое 20-40 см - 1,47 г/см3.
Разрез 2 описывает почву в варианте трехъярусной обработки. В верхней части профиля выделяется серый, рыхлый, сухой, комковато-порошистый слой мощностью 10 см, с выраженной коркообразной прослойкой с поверхности, проходящей локально до глубины 18-20 см в типичный старопахотный горизонт с присущими ему морфологическими признаками. На глубине 20-45 см прослеживаются антропогенные преобразования, являющиеся следствием трехъярусной обработки: сильное относительное смещение генетических горизонтов в вертикальной плоскости, их пере-мешанность, потечность гумусовых веществ. С глубины 45 см следует типичный для каштановых почв карбонатный горизонт. Плотность сложения почвы в слое 0-20 см - 1,36 г/см3, в слое 20-40 см -1,43 г/см3.
Разрез 3 заложен в варианте, обработанном орудием с фрезерным почворыхлителем. Слой 0-20 см не отличается от других вариантов опыта, слой 20-40 см отличатся слабоконтрастной пятнистостью, равномерно распределенной по всему горизонту. Хорошо обозначается глубина обработки: с 38-40 см следует резкий переход к подпахотному горизонту, плотному, бескорневому, серовато-коричневой окраски, неоднородному, призмовидной ореховатой структуры. Остальные признаки являются характерными для исследуемых почв. Плотность сложения почвы в слое 0-20 см составляет 1,29 г/см3, в слое 20-40 см - 1,33 г/см3. Результаты наблюдений представлены в таблице.
Улучшение водно-физических и физико-химических свойств солонцов и зональной почвы под влиянием мелиоративных вспашек оказывают положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур.
Элементы структуры урожая ярового ячменя по вариантам опыта
Элементы структуры урожая Отвальная обработка почвы на глубину 20-22 см Обработка почвы орудием ПТН-40 на глубину 40-45 см Обработка почвы орудием ПМС-70 на глубину 40-45 см
Количество растений, шт/м2 264 271 282
Высота растений, см 45,2 63 67,4
Длина колоса, см 6,7 7,9 8,2
Число колосков, шт 16,6 16,8 17,8
Число зерен в колосе, шт 12,1 13,3 15,2
Масса 1000 зерен, г 35 33 33
Кустистость продуктивная 1,2 1,3 1,45
Биологическая урожайность, ц/га 13,4 15,5 20,5
Результаты полевого опыта
На основании данных таблицы можно констатировать, что в 30-летнем последействии мелиоративной обработки солонцовых почв орудием с активным рабочим органом имеет место наиболее полное выполнение агротребований, предъявляемых к мелиоративным обработкам солонцов.
В условиях сухой степи при агрокультуре следует рассматривать новый гомеостаз антропогенной био-геоценотической ландшафтной системы [3], инициируемый применением фрезерной обработки солонцов. Состояние солонцовых почв при их природном режиме является не только результатом равновесия процессов синтеза и уноса, а признаком генезиса, который следует из степени соблюдения условий сохране-
ния предпосылок восстановления солонцовых свойств в последействии мелиорации. Это обусловлено синтезом свежего органического вещества в почве, степенью мелиоративной турбации горизонтов, стабильностью искусственного каркаса почвенного профиля при актуальном соотношении региональных и агро-генных факторов его устойчивости. Как только агрокультура становится значимым фактором экосистемы, режим веществ в почве изменяется. Из приведенных данных следует процедура рассмотрения гомеостаза солонцовой почвы в терминах поддержанного развития почвы в агрокультуре. Имея в виду данные, полученные в исследованиях на описанном стационаре, следует констатировать, что общепринятая в настоящее время характеристика антропогенно преобразованной почвы содержанием гумуса, влажностью и другими показателями текущего режима не дает ответа на вопрос о квазистационарном характере последействия мелиорации в последующие 30 и более лет. Согласно действующим критериям, можно констатировать, что имеется некоторая тенденцию снижения мелиоративных признаков почвы, но аппроксимация этой тенденции линейной моделью, как это практикуется при проектировании агромелиорации солонцов, когда указывается только необходимость трансформации устройства профиля солонцовой почвы без рассмотрения признаков орудия, которым следует проводить мелиоративную обработку, недопустима. Данные рассмотренного полевого опыта позволяют сформулировать рабочую гипотезу экспертной процедуры оценки степени адаптации мелиоративной технологии солонцов, суть которой, по нашему мнению, состоит в поиске чувствительных критериев, объективно отражающих многолетнюю агротехническую перспективу этих объектов, особо консервативных в силу относительно низкого присутствия воды как агента скорости трансформации природно-антропогенных процессов [4]. К числу таких критериев принадлежит и подход к расчету экономических показателей. Очевидно, что экономические соображения ближайшей перспективы, принятые при оценке затрат на агротехнику, в случае мелиорации солонцовых почв являются поводом неправомерного отказа от перспективных решений. В частности, практика проектирования предусматривает норматив последействия трехъярусной вспашки 10 лет. По этой причине относительно дешевое орудие ПТН-40 получило распространение в период интереса к мелиорации солонцов, а орудия ПМС-70, ПМС-100, ФС-1,3 так и не пошли в производство. Тем не менее срок последействия более 30 лет, который недостижим для орудий с пассивными рабочими органами, является объективным критерием возобновления работ по мелиорации солонцовых почв с применением орудий с активными рабочими органами. Такая рекомендация следует из принципа адаптации агроэкосистемы согласно представлениям об устойчивости почв к естественным и антропогенным воздействиям [5].
Новое мелиоративное орудие
В порядке возобновления работ по мелиорации солонцовых почв с применением орудий с активными рабочими органами предложено новое мелиоративное
орудие. Принципиально новый тип привода рабочего органа представляет собой активную фрезерную стойку, что позволяет снизить тяговое сопротивление, повысить качество обработки и, основное, резко повысить надежность привода и всего устройства.
Патентное название орудия «Ротационный рыхлитель подгумусного слоя почвы». Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено для нарезки водопоглощающих щелей и рыхления подгумусного слоя почвы между ними.
Для случая мелиорации солонцовых почв осуществление технологического процесса обеспечивает перемешивание солонцового и подсолонцового горизонтов почвы.
Для случая старопахотных черноземов, слитых почв и других объектов, природа которых природно или антропогенно обусловлена генетически и агротехнически значимым резким различием свойств слоев или горизонтов почвы на глубине 20-30 см, предлагаемое устройство является агентом реорганизации почвенного профиля, углубления корнеобитаемого слоя почвы, создания предпосылок адаптации агротехники к свойствам агроландшафтной системы.
В случае применения предлагаемого устройства агроландшафтная система получает адаптационные возможности совершенно нового уровня. Стартовые предпосылки адаптации принципиально отличаются от предлагаемых в настоящее время медленных агро-фитоценотических мер адаптации. В последнем случае агроэкосистема может не достичь регионально обусловленного продукционного максимума агротехники, например, ввиду того, что конечный срок культуры многолетних трав окажется меньше срока отклика агроэкоситемы на фитомелиорацию. В результате агрофизические параметры почвы, полученные на завершающей стадии травяного фитоценоза, не достигнут состояния искомого гомеостаза продукционного максимума, а фитоценоз последующей культуры не будет развиваться в заявленном адаптированном ландшафту режиме по тривиальной причине отсутствия реальных предпосылок адаптации.
Известны рабочие органы для обработки почв, подверженных водной эрозии, имеющие подпокровный фрезерователь с цепным закрытым приводом внутри пассивной стойки устройства, например, используемые в машинах ПМС-70; ПМС-100; ФС-1,3, МСП-2 и др. Устройства обладают следующими недостатками: высокое тяговое сопротивление; низкая надежность. Высокое тяговое сопротивление устройства обусловлено значительной толщиной приводной стойки, которая одновременно является конструктивным элементом передачи усилия на подпокровный фрезерова-тель, а также дополнительным пространством механического привода рабочего органа, внутри которого размещаются приводная цепь или шестерни, работающие в масляной ванне. Низкая надежность устройства связана с ограниченным пространством для элементов привода внутри рабочей стойки, который по этой причине работают в предельном режиме прочности материалов.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является рабочий орган для обработки почв,
подверженных водной эрозии, предложенный в описании изобретения к авторскому свидетельству № 442759 [6]. Сущность устройства состоит в том, что в нем имеется подпокровный фрезерователь с дисковым щелевателем и звездочкой цепного привода на общей оси. Их привод обеспечивается путем поделки борозды, в которой формируется пространство для привода рабочих органов цепью сверху. В этом устройстве имеются следующие недостатки: высокое тяговое сопротивление из-за необходимости применения отвального бороздователя, устанавливаемого перед цепным приводом вала дискового щелевателя и фрезерователя для формирования пространства в почве, в котором имеется возможность перемещения ведомой звездочки цепной передачи без контакта с почвой; низкая надежность привода устройства цепной или зубчато-шестеренчатой передачей, обусловленная агрессивной средой почвы.
Целью описанного в настоящем сообщении изобретения является снижение тягового сопротивления устройства при ротационном щелевании и подгумус-ном фрезеровании почвы с сохранением стерни в промежутках между водопоглощающими щелями без образования борозд и повышение надежности привода устройства [7].
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый ротационный рыхлитель снабжен подпокровным фрезерователем, двумя дисковыми щелевателями и их цевочным приводом, которые установлены на различных валах, расположенных параллельно друг относительно друга и перпендикулярно направлению движения агрегата. Цевочные передачи размещены внутри чашеобразных дисков щелевателей, расположенных симметрично с обеих сторон фрезерователя.
На рис. 2 показан вид устройства сзади.
Рис. 2. Ротационный рыхлитель подгумусного слоя почвы
Устройство выполнено симметрично. С каждой стороны имеется дисковый щелеватель 1 с элементами цевочного зацепления 2, которые выполнены на внутренней поверхности монолитного чашеобразного диска 3. Диск установлен на валу 4 в опоре 5 корпуса фрезерователя 6. Ведомая звездочка 7 установлена на
валу 8 в опоре 9 подпокровного фрезерователя 10. Ведущая звездочка 11 установлена на валу 12 ведущего узла устройства в опоре 13.
Работает устройство следующим образом. При движении ротационного рыхлителя в почве дисковый щелеватель 1 производит поделку водопоглощающей щели в почве с каждой стороны устройства (технологически при последующих проходах орудия одна щель нарезается, вторая зачищается), а подпокровный фрезерователь 9 производит рыхление подгумусного слоя почвы, разуплотняя и перемешивая его с сохранением стерни на поверхности почвы.
Новое решение орудия состоит в использовании ротационного щелевателя 1. В результате орудие не имеет частей, которые бы пассивно протаскивались сквозь почву, что обычно обусловливает высокое тяговое сопротивление. Рыхление, разуплотнение и перемешивание подгумусного слоя почвы происходит с сохранением на ее поверхности гумусового слоя с высокой стабильностью процесса обработки, ее высоким качеством, надежностью устройства.
Энергозатраты на осуществление технологического процесса существенно ниже, чем у ранее известных устройств, так как снижается сопротивление перемещению агрегата за счет замены процесса продвижения в почве пассивной стойки с приводом орудия внутри нее [1] или пассивного процесса обработки почвы отвальным бороздователем [6] на активный процесс ротационного щелевания. Привод рабочих элементов устройства более надежен ввиду использования цевочной передачи, открытые элементы зацепления которой выполнены на внутренней поверхности дисков 3, вместо цепной или зубчато-шестеренчатой передач, менее надежных в условиях агрессивной почвенной среды.
Формула изобретения
Ротационный рыхлитель подгумусного слоя почвы содержит дисковый щелеватель, подпокровный фре-зерователь и его привод. С целью снижения тягового сопротивления при ротационном щелевании и подгу-мусном фрезеровании почвы с сохранением стерни в промежутках между водопоглощающими щелями без образования борозд и повышения надежности привода он снабжен фрезерователем, двумя дисковыми ще-левателями и их цевочными приводами, которые установлены на различных валах, расположенных параллельно друг относительно друга и перпендикулярно движению агрегата, а их привод выполнен в виде цевочных передач, размещенных во внутренней полости чаши дисков щелевателей, расположенных симметрично с обеих сторон фрезерователя.
Перспектива применения орудия состоит в том, что технологический процесс подпокровного фрезерования может быть совмещен с технологическим процессом внесения химического мелиоранта. Для случая мелиорантов, содержащих загрязняющие вещества, в частности фосфогипса, эта перспектива означает снятие проблемы загрязнения окружающей среды и верхних слоев почвы. В связи с этим следует отметить, что агромелиоративное применение фосфогипса одновременно
обеспечит природоохранный эффект. Обстоятельством природоохранного содержания предлагаемых мер является автоморфный водный режим большинства солонцовых почв. По этой причине вносимые в них субстанции локализуются на глубине векового проникновения влаги в почву - 50-80 см. Следовательно, мелиоративная агротехника не только обеспечит повышение плодородия почв, но решит задачу вывода загрязнения из биосферы и консервацию загрязнения. Предложенное решение способствует быстрому кардинальному рассредоточению и пассивированию загрязнения, что сведет к минимуму уровень опасности воздействия фосфогипса и содержащихся в нем веществ на окружающую среду. Солонцовые почвы являются неограниченным резервом агротехнически и экологически обоснованной утилизации фосфогипса.
Литература
1. Минкин М.Б., Ладан Е.П., Бондаренко Т.Н. // Международный сельскохозяйственный журнал. 1978. № 5. С. 92-93.
Донской государственный агромелиоративный университет
2. Морковской Н.А., Зинченко В.Е., Черненко В.В. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Управление плодородием агроландшафтов юга России. Спецвыпуск. 2003. С. 140-145.
3. Кирюшин В.И. // Земледелие. 2000. № 3. С. 4-7.
4. Калиниченко В.П. и др. Природные и антропогенные факторы происхождения и эволюции структуры почвенного покрова М., 2003.
5. Панов Н.П., Мамонтов В.Г. // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям: Тез. докл. Всерос. конф. 24-25 апреля 2002 г., Москва. М., 2002.
6. Шаршак В.К., Зоткин А.А., Москвичев Н.Н., Слю-сарев В.С., Генев Е.Д., Ладан Е.П. Рабочий орган для обработки почв, подверженных водной эрозии. А.с. СССР № 442759 // Б.И. №34. 15.09.72. - 2 с. приоритет от 11.12.72.
7. Ротационный рыхлитель подгумусного слоя почвы. МПК Кл. А01В 31/02. Заявка № 2004111564. Приоритет от 16.04.04. Положительное решение Роспатента от 20.05.04.
18 ноября 2005 г
