CC BY
12
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Citation. Levshin M.V. Frequency dependence of the resistance in the electrophysical approach to estimating the properties of soils in the humid zone // Izvestiya Saint-Petersburg State Agrarian University, 2020. 4(61). 156-162. DOI 10.24411/2078-1318-2020-14156
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.316.2 DOI 10.24411/2078-1318-2020-14163
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОДГОТОВКИ ПОЧВЫ В БИОЛОГИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
КАРТОФЕЛЯ
Аспирант Валентина Андреевна Калинина
(федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»,
e-mail: val.kalinina@gmail.com) РИНЦ SPIN-код: 7374-5750 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5496-5428 196601, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2
Дата поступления в редакцию 10.10.2020 г. Дата принятия в печать 05.11.2020 г.
Аннотация. Для нормального развития растений картофеля и минимизации экологических и технологических рисков необходимо создать почвенное состояние, при котором корневая система растений способна проникать на глубину 120-130 см и охватывать площадь 90 см для доступа к запасам влаги и элементам питания в нижних горизонтах корнеобитаемого слоя. При этом основным сдерживающим фактором свободного распространения корневой системы картофеля является повышенная плотность почвы, созданная регулярными воздействиями на одну и ту же глубину таких орудий, как лемешные плуги, дисковые бороны, фрезы и др., а также в результате многократных проходов тяжелых машинно-тракторных и уборочно-транспортных агрегатов. По разным оценкам глубина залегания зон переуплотнения почвы достигает 65-70 см. Традиционно для устранения повышенного уплотнения почвы используют почвообрабатывающие орудия -глубокорыхлители, которые выполняют обработку почвы на глубину 35-40 см, однако это не всегда позволяет разрушить переуплотненные слои в нижележащих горизонтах корнеобитаемого слоя. Поэтому для проведения разуплотнения почвенных слоев на значительной глубине предлагается усовершенствовать технологические процессы подготовки почвы и в дополнение к механической обработке использовать биологический потенциал сидеральных культур ввиду того, что их быстрорастущая корневая система способна проникать на глубину более 130 см за короткий период времени. Для достижения этой цели предлагается обосновать принципы рационального сочетания комплекса почвообрабатывающих орудий и их оснащения необходимыми рабочими органами, использовать энергосберегающие режимы применения почвообрабатывающих агрегатов,
выполнить подбор сидеральных культур и технических средств, обеспечивающих наиболее полную реализацию биологического потенциала сидератов.
Ключевые слова: почва, переуплотнение почвы, биологизированная технология, сидеральные культуры, комбинированный агрегат
AN IMPROVEMENT OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF SOIL PREPARATION IN THE BIOLOGIZED TECHNOLOGY OF POTATO GROWING
Postgraduate Student Valentina Andreevna Kalinina
(Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint-Petersburg State Agrarian University, e-mail: val.kalinina@gmail.com)
RSCI SPIN-code: 7374-5750 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5496-5428 196601, Russian Federation, Saint-Petersburg, Pushkin, Petersburgskoye shosse, 2
Accepted 10/10/2020 Submitted 05/11/2020
Abstract. For the normal development of potato plants and minimization of environmental and technological risks, it is necessary to create a soil state in which the root system of plants is able to penetrate to a depth of 120-130 cm with radius of spreading more than 90 cm. It allow provide to access the reserves of moisture and nutrients in the lower soil horizons of the root spreading zone. At the same time, the main limiting factor for the free spreading of the potato root system is the increased soil density created by regular using on the same depth ploughs, disc harrows, rotary machines etc., as well as a result of multiple passes of heavy tractors with different farm machinery, heavy harvesters, trailers and trucks. According to various estimates, the depth of soil over compaction reaches 65-70 cm. Traditionally, to eliminate increased soil compaction, use subsoilers which able cultivate the soil to a depth of 35-40 cm, this does not always allow destroying over compacted layers in the lower horizons. Therefore, to carry out the decompaction of soil layers at a significant depth, it has proposed to improve the technological processes of soil preparation. It means in addition to action of the tillage machines proposed use the biological potential of green manure crops because their fast-growing root system is able to penetrate to a depth of more than 130 in a short period. To achieve this goal, the proposed principle of choice a rational combination of tillage machines and their working tools, as well as energy-saving modes of its using.
Keywords: soil, soil compaction, biologized technology, green manure crops, combined tillage
Введение. Исследованиями и практикой установлено [1, 2], что нормальное развитие растений картофеля происходит при формировании почвенного состояния, позволяющего свободно распространяться его корневой системе, которая способна проникать на глубину 120-130 см и охватывает площадь 90 см. Это позволяет растениям использовать из нижних горизонтов корнеобитаемого слоя достаточные запасы влаги и растворенных в ней элементов питания, что при неблагоприятных погодных условиях минимизирует экологические и технологические риски, влияющие на урожайность.
Однако основным сдерживающим фактором свободного распространения корневой системы картофеля внутри корнеобитаемого слоя почвы является ее повышенная плотность, сформированная в различных горизонтах после многократных обработок часто на одну и ту же глубину таких почвообрабатывающих орудий, как лемешные плуги, дисковые бороны, лаповые культиваторы, фрезы и др., а также в результате воздействия ходовых систем тяжелых машинно-тракторных и уборочно-транспортных агрегатов [3, 4]. По различным оценкам глубина залегания переуплотненных слоев почвы достигает 65-70 см [2].
Для устранения повышенного уплотнения почвы экономически целесообразно проводить разуплотнение почв механическим способом, используя почвообрабатывающие орудия - глубокорыхлители, выполняющие обработку почвы на глубину 35-40 см, так как рыхлительные органы таких орудий наиболее эффективно разрушают переуплотненные участки в корнеобитаемом слое [5, 6]. Однако обработка почвы на указанной глубине не позволяет разрушить переуплотненные слои, которые формируются в нижележащих горизонтах корнеобитаемого слоя. Поэтому для проведения разуплотнения почвенных слоев на значительной глубине предлагается в дополнение к механической обработке использовать биологический потенциал сидеральных культур.
Цель исследования - совершенствование технологических процессов: подготовки почвы в биологизированной технологии производства картофеля за счет рационального сочетания комплекса почвообрабатывающих орудий, оснащенных необходимыми рабочими органами; использования энергосберегающих режимов их работы, а также подбора сидеральных культур и технических средств, обеспечивающих технологию их применения.
Материалы, методы и объекты исследований. В работах [7, 8] приводятся данные о переуплотнении почвенных горизонтов при выполнении технологических процессов возделывания картофеля. На основании этих данных предложено выделить 4 зоны по степени уплотнения, где показатели твердости в диапазоне 0-1 МПа соответствуют зоне нормального уплотнения, 1,1-2,5 МПа - зоне среднего уплотнения, 2,6-4,5 МПа - зоне сильного уплотнения и свыше 4,5 МПа - зоне переуплотнения. В качестве оценочного показателя принята твердость почвы по горизонтам корнеобитаемого слоя. Для измерения твердости почвы предлагается использовать различного типа твердомеры [9, 10]. В настоящее время для измерения твердости почвы широко применяются пенетрологгеры, фиксирующие значительный массив данных с привязкой к координатам поля.
С целью существенного сокращения затрат энергии на подготовку почвы под посадку картофеля предложено использовать быстрорастущие сидеральные или покровные культуры, имеющие стержневую корневую систему, способную проникать в короткие сроки на глубину свыше 130 см. Развитие корневой системы на значительную глубину позволит выполнить разуплотнение почвы в нижележащих слоях почвенного горизонта за счет использования биологического потенциала сидеральных культур. К таким культурам можно отнести редьку масличную и горчицу белую, которые являются хорошими предшественниками для картофеля, так как их корневая система и заделанная в почву наземная масса растений оказывают обеззараживающее действие на почву [11].
Для оценки результатов комбинированного воздействия на почву машин для глубокого рыхления и корневой системы быстрорастущих сидеральных культур в течение двух лет были проведены натурные экспериментальные исследования на полях ООО «Фермерское хозяйство "Пуцко"» в специализированном картофельном севообороте. Для глубокой обработки почвы был выбран комбинированный культиватор-глубокорыхлитель Карат 9/300 U, на подпружиненных стойках которого установлены рыхлительные лапы шириной 60 мм (рис.1). Настроечное значение глубины обработки составляло 35 см. Сразу же после глубокой обработки почвы выполнялся посев сидеральных культур специально разработанным в СПбГАУ комбинированным агрегатом (рис. 2). В качестве сидеральной культуры использовали редьку масличную, норма высева которой составляла 15 кг/га. Сидеральные культуры выращивали до момента формирования нижних стручков во избежание огрубления стеблей. При этом высота растений достигала 120-130 см, урожайность наземной массы - 25 т/га. Измельчение растительных остатков выполнялось с помощью водоналивного ножевого катка Dal-Bo (рис. 3).
Заделка растительных остатков проводилась комбинированным культиватором Карат 9/300 U. Настроечное значение глубины обработки составляло 20 см.
Для оценки почвенного состояния проводилось измерение твердости почвы по длине гона в 100 точках с шагом 1 м. В результате измерения был получен массив данных об изменении твердости почвы R(l)i в каждом 1 слое на глубине до 70 см с шагом а=5 см. При статистической обработке значений процесса изменения твердости почвы в этих слоях получены значения оценок математического ожидания тш, среднеквадратического отклонения ош и коэффициента вариации VRi.
Рис. 1. Комбинированный культиватор-глубокорыхлитель Карат 9/300U
Программой экспериментальных исследований предусмотрено получение статистических данных о параметрах почвенного состояния для каждого пятисантиметрового слоя до и после обработки почвы культиватором-глубокорыхлителем, а также после заделки сидеральной культуры.
Рис. 2. Комбинированный агрегат для посева сидеральных культур
Рис. 3. Водоналивной ножевой каток Dal-Bo
Результаты исследований. По результатам статистической обработки были получены оценки статистических характеристик процесса изменения твердости почвы поля в исходном состоянии для каждого пятисантиметрового слоя, которые представлены в таблице 1. На основании этих данных был построен график изменения математических ожиданий твердости почвы mRi в зависимости от глубины расположения 1-го слоя (рис. 4).
Таблица 1. Оценки статистических характеристик твердости почвы процессов R(l)i
в исходном состоянии опытного поля
a, см 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
mr, МПа 0,4 0,6 1,6 3,2 4,1 4,7 4,5 4,6 5,1 3,8 3,2 2,2 2,3 3,2
Gr, МПа 0,13 0,17 0,42 0,7 0,98 0,99 0,99 0,83 0,97 0,65 0,64 0,4 0,44 0,74
Vr, % 32 28 26 22 24 21 22 18 19 17 20 18 19 23
5,5-
R,
МРа " 4,5
4,03,53,025 2,015' 1 ^ 05
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 а, ст 80 Рис. 4. Изменение mRl по глубине а в исходном состоянии опытного поля
Анализ этих данных показал, что на глубине от 25 до 50 см наблюдаются два ярко выраженных участка переуплотнения почвы, в которых средние значения твердости почвы превышают 4,5 MPa, что препятствует свободному проникновению корневой системы растений в нижележащие почвенные горизонты [8]. Для устранения переуплотнения внутри корнеобитаемого слоя было проведено рыхление почвы комбинированным культиватором-глубокорыхлителем. Для гарантированного устранения верхнего переуплотненного слоя использовался предложенный в работе [12] алгоритм настройки почвообрабатывающего орудия, позволяющий существенно снизить затраты энергии на проведение данной операции.
После прохода культиватора-глубокорыхлителя также была выполнена оценка почвенного состояния путем измерения значений твердости почвы на глубину до 70 см. Оценки статистических характеристик этих измерений представлены в таблице 2, на их основании был построен график изменения математических ожиданий mRi по глубине расположения i-го слоя (рис. 5).
Таблица 2. Оценки статистических характеристик изменения твердости почвы R(l)i после прохода культиватора-глубокорыхлителя
a, см 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
mr, МПа 0,6 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 2,6 3,7 4,8 4,0 3,1 2,3 2,5 3,3
Gr, МПа 0,17 0,24 0,18 0,19 0,16 0,22 0,73 0,89 1,01 0,76 0,71 0,55 0,5 0,73
Vr, % 28 30 25 27 23 31 28 24 21 19 23 24 20 22
Рис. 5. Изменение mRi по глубине a после прохода культиватора-глубокорыхлителя
Анализ представленных данных показал, что в результате обработки почвы комбинированным культиватором-глубокорыхлителем был устранен уплотненный слой на глубине до 35 см, однако, как уже отмечалось ранее, этого недостаточно, чтобы устранить препятствия для свободного проникновения корневой системы растений в нижележащие горизонты корнеобитаемого слоя. Следует отметить, что низкие значения твердости почвы на глубине до 30 см можно объяснить тем, что к моменту проведения измерений почва ещё не успела дать усадку. Обычно этот период составляет 2-3 недели.
Для устранения уплотнения почвы на глубине более 35 см был проведен посев редьки масличной сразу же после прохода культиватора-глубокорыхлителя. Через 60 дней после посева к моменту формирования нижних стручков высота растений достигла 120-130 см. В этот момент были проведены измельчение растительных остатков водоналивным ножевым катком и последующая их заделка в верхний слой с помощью комбинированного культиватора-глубокорыхлителя, настроенного на глубину 20 см. Для получения оценки комбинированного воздействия на корнеобитаемый слой механической обработки почвы и корневой системы редьки масличной измерения твердости почвы проводились через 20 дней после заделки сидератов, когда почва дала усадку. Измерения твердости почвы также проводились на глубину до 70 см. Оценки статистических характеристик этих измерений представлены в таблице 3, на их основании был построен график изменения математических ожиданий mRi по глубине расположения i-го слоя (рис. 6).
Таблица 3. Оценки статистических характеристик изменения твердости почвы R(l)i через 20 дней после заделки редьки масличной
a, см 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
mr, МПа 1,2 2,1 1,7 1,6 2,6 3,2 1,8 1,6 1,7 2,2 2,0 1,9 2,2 2,1
Gr, МПа 0,35 0,61 0,46 0,4 0,68 0,77 0,41 0,34 0,41 0,44 0,46 0,42 0,4 0,42
Vr, % 29 29 27 25 26 24 23 21 24 20 23 22 18 20
Анализ полученных данных этого этапа подготовки почвы к посадке картофеля показал, что комбинация применения механического разуплотнения и использования биологических особенностей редьки масличной позволила существенно устранить переуплотнение почвы в корнеобитаемом слое. После заделки в верхний слой растительной массы сидеральной культуры в почве отсутствуют зоны уплотнения во всем корнеобитаемом слое. Средние показатели твердости почвы не превышают значения 3,5 МПа, что обеспечивает свободное проникновение корневой системы картофеля в нижележащие слои почвенного горизонта, богатые запасами влаги и элементов питания. При такой структуре почвы по порам и капиллярам, сформированной почвообрабатывающими орудиями, корневыми и растительными остатками, под действием физических сил и природных явлений перемещается влага. Это позволяет накапливать значительные ее запасы в периоды избыточного увлажнения, не допуская скопления воды на поверхности поля.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 а, ст 80
Рис. 6. Изменение mRl по глубине а после заделки редьки масличной в верхний слой
Выводы. Таким образом, комбинированное воздействие на почву культиватора-глубокорыхлителя и быстрорастущих сидеральных культур позволило обеспечить высокое качество подготовки почвы под картофель за минимальное число проходов сельскохозяйственных агрегатов по полю. При этом предложенный набор почвообрабатывающих машин позволил наиболее полно реализовать биологический потенциал сидеральной культуры, первоначально создав ей благоприятные условия для роста и развития, а затем обеспечив качественную ее заделку в верхний почвенный горизонт. Реализация такого способа подготовки почвы под посадку картофеля помимо формирования требуемых параметров почвенного состояния направлена на минимизацию влияния неблагоприятных погодных условий, на борьбу с сорной растительностью и вредителями, а также на подавление активности патогенной биоты.
Литература
1. Шпаар Д., Быкин А., Дрегер Д и др. Картофель / под редакцией Д. Шпаара. - Торжок: ООО «Вариант», 2004. - 466 с.
2. Аксененко В.Д., Свиридов В.М., Винокурова И.А. Пути снижения степени отрицательного воздействия тракторной и другой мобильной сельскохозяйственной техники на окружающую среду: обзор. - Вып. 5. - Сер.1. - М.: ЦНИИТЭИ тракторсельмаш, 1984. - 57 с.
3. Stalham M.A., Allen E.J., Rosenfeld A.B. and Herry F.X. Effects of soil compaction in potato (Solanum tuberosum) crops. // The Journal of Agricultural Science. 2007. - Vol. 145, Iss. 4. - Р. 295-312.
4. Лыков А.М., Прудникова А.Г., Прудников А.Д. К проблеме экологизации обработки почвы в современных системах земледелия // Плодородие. - 2006. - № 6. - С. 1-5.
5. Труфанов В.В. Глубокое чизелевание почвы / Всесоюз. акад. с.-х. наук им. В.И. Ленина. -М.: Агропромиздат, 1989. - 140 с.
6. Калинин А.Б., Теплинский И.З. и др. Реологическая модель почвы как объекта формирования требуемой плотности почвы в заданном слое // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2012. - № 29. - С. 248-255.
7. Медведев В.В. Твердость почвы. - Харьков: Городская типография, 2009. - 152 с.
8. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Кудрявцев П.П. Анализ параметров почвенного состояния при выполнения технологических процессов возделывания картофеля с целью выявления причин переуплотнения почвы // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава / СПбГАУ. - 2015. - С. 493-498.
9. Авторское свидетельство SU 1302187 А1, 97.04.1987. Устройство для оперативного контроля твердости почвы / Лурье А.Б., Еникеев В.Г., Теплинский И.З. и др. Заявка № 3922847 от 04.07.1985.
10.Авторское свидетельство SU 1631422 А1, 28.02.1991. Устройство для определения глубины залегания плужной подошвы, настройки и оперативного контроля работы чизельных орудий / Еникеев В.Г., Теплинский И.З., Крянев А.С, Калинин А.Б. бюл. № 8. Заявка № 4636764/15 от 12.01.1989.
11. Стрельникова Е.А., Горлова Л.А., Бочкарева Э.Б., Трубина В.С. Масличные капустные культуры - перспективный высокоэффективный сидерат // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. - 2018. - №12-1. - С. 125-131.
12.Теплинский И.З., Калинин А.Б. Алгоритм настройки чизельных плугов на глубину обработки // Тракторы и сельхозмашины. - 1997. - №2. - С. 22-24
Reference
1. SHpaar D., Bykin A., Dreger D i dr. Kartofel' / pod redakciej D. SHpaara. - Torzhok: OOO «Variant», 2004. - 466 s.
2. Aksenenko V.D., Sviridov V.M., Vinokurova I.A. Puti snizheniya stepeni otricatel'nogo vozdejstviya traktornoj i drugoj mobil'noj sel'skohozyajstvennoj tekhniki na okruzhayushchuyu sredu: obzor. - Vyp. 5. - Ser.1. - M.: CNIITEItraktorsel'mash, 1984. - 57 s.
3. Stalham M.A., Allen E.J., Rosenfeld A.B. and Herry F.X. Effects of soil compaction in potato (Solanum tuberosum) crops. // The Journal of Agricultural Science. 2007. - Vol. 145, Iss. 4. - R. 295-312.
4. Lykov A.M., Prudnikova A.G., Prudnikov A.D. K probleme ekologizacii obrabotki pochvy v sovremennyh sistemah zemledeliya // Plodorodie. - 2006. - № 6. - S. 1-5.
5. Trufanov V.V. Glubokoe chizelevanie pochvy / Vsesoyuz. akad. s.-h. nauk im. V.I. Lenina. -M.: Agropromizdat, 1989. - 140 s.
6. Kalinin A.B., Teplinskij I.Z. i dr. Reologicheskaya model' pochvy kak ob"ekta formirovaniya trebuemoj plotnosti pochvy v zadannom sloe // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2012. - № 29. - S. 248-255.
7. Medvedev V.V. Tverdost' pochvy. - Har'kov: Gorodskaya tipografiya, 2009. - 152 s.
8. Kalinin A.B., Teplinskij I.Z., Kudryavcev P.P. Analiz parametrov pochvennogo sostoyaniya pri vypolneniya tekhnologicheskih processov vozdelyvaniya kartofelya s cel'yu vyyavleniya prichin pereuplotneniya pochvy // Nauchnoe obespechenie razvitiya APK v usloviyah reformirovaniya: materialy nauchno-prakticheskoj konferencii professorsko-prepodavatel'skogo sostava / SPbGAU.
- 2015. - S. 493-498.
9. Avtorskoe svidetel'stvo SU 1302187 A1, 97.04.1987. Ustrojstvo dlya operativnogo kontrolya tverdosti pochvy / Lur'e A.B., Enikeev V.G., Teplinskij I.Z. i dr. Zayavka № 3922847 ot 04.07.1985.
10.Avtorskoe svidetel'stvo SU 1631422 A1, 28.02.1991. Ustrojstvo dlya opredeleniya glubiny zaleganiya pluzhnoj podoshvy, nastrojki i operativnogo kontrolya raboty chizel'nyh orudij / Enikeev V.G., Teplinskij I.Z., Kryanev A.S, Kalinin A.B. byul. № 8. Zayavka № 4636764/15 ot 12.01.1989.
11.Strel'nikova E.A., Gorlova L.A., Bochkareva E.B., Trubina V.S. Maslichnye kapustnye kul'tury
- perspektivnyj vysokoeffektivnyj siderat // Mezhdunarodnyj zhurnal gumanitarnyh i estestvennyh nauk. - 2018. - №12-1. - S. 125-131.
12.Teplinskij I.Z., Kalinin A.B. Algoritm nastrojki chizel'nyh plugov na glubinu obrabotki // Traktory i sel'hozmashiny. - 1997. - №2. - S. 22-24
Цитирование. Калинина В.А. Совершенствование технологических процессов подготовки почвы в биологизированной технологии производства картофеля // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2020. - №4(61). - С. 163-171. DOI 10.24411/2078-13182020-14163
Авторский вклад. Автор настоящего исследования принимал непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Автор настоящей статьи ознакомился и одобрил представленный окончательный вариант.
Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Citation. Kalinina V.A. An improvement of technological processes of soil preparation in the biologized technology of potato growing // Izvestiya Saint-Petersburg State Agrarian University, 2020. 4(61). 163-171. DOI 10.24411/2078-1318-2020-14163
Autor's contribution. Author of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. Author of this paper have read and approved the final version submitted. Conflict of interest. The author declare no conflict of interest.
