CC BY
89
DOI: 10.12737/2198 УДК 631.111: 631.3
УПЛОТНЕНИЕ ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
заведующий кафедрой мелиорации, водоснабжения и геодезии, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А. Ю. Черемисинов кандидат экономических наук, доцент, доцент кафедры мелиорации, водоснабжения и
геодезии А. А. Черемисинов аспирант кафедры мелиорации, водоснабжения и геодезии С. А. Плотников ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» [email protected], [email protected]
После сильнейшей засухи 2010 года в Воронежской области стало развиваться орошение сельскохозяйственных культур. Его основу составили дождевальные машины различных конструкций. Создавая искусственный дождь поливными нормами, можно обеспечить оптимальную влажность почвы и создать условия для лучшего роста и развития растений и увеличить их урожайность [1].
Для развития большинства сельскохозяйственных культур влажность в почве должна находиться на уровне 65...90 % от наименьшей влагоемкости. В большинстве технологий орошаемого земледелия режимы орошения имеют цель поддерживать постоянный высокий уровень увлажнения почвы [2]. Это обеспечивает наиболее благоприятные условия для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
Но для почв такие уровни увлажнения создают условия их оптимального уплотнения. Для многих культур плотность почвы в пахотном слое должна находиться в пределах 1,0.1,2 г/см3. В то же время, в механике грунтов еще в 1905 году в США было введено понятие об оптимальной
влажности грунта и выявлено ее влияние на результат уплотнения (метод стандартного уплотнения грунтов Проктора). Величина влажность грунта в строительстве должна обеспечивать требуемую плотности при наименьших затратах труда и численно она составляет для оптимально влажных
Ж = Жо ±0,1 Жо; (1)
где Жо - оптимальная влажность по методу стандартного уплотнения, которая соответствует 75.85 % НВ.
Таким образом, влажность почвы, поддерживаемая поливами, соответствует оптимальной влажности при искусственном уплотнении грунтов. Воздействие сельскохозяйственной машины ходовыми системами на почву при такой влажности приводит к значительным деформациям почвы. Высокие механические нагрузки разрушают сложение почвы, почвенные частицы сближаются, происходит уменьшение пор и их более плотная упаковка. Количественные значения уплотнения почвы зависят от механического и структурного состава, влажности почвы и нагрузки на почву.
Было отмечено, что уплотнение от МТА распространяется не только в вертикальном направлении, но и в горизонтальном на 35.. .70 см от центра следа.
В уплотненных ходовыми системами МТА почвах различают следующие градации: средняя степень уплотнения -1,3.1,5 г/см3, сильная степень - 1,5 .1,6 г/см3. В исследованиях установлено, что потери урожая при равных условиях могут достигать 25.32 %. А при сильном уплотнении иногда до 60 %. Это происходит за счет ухудшения газообмена, уменьшения скорости фильтрации воды в нижележащие горизонты более чем в 5 раз. Замечено, что многократное воздействие МТА из года в год приводит к накоплению плотности почв.
Исследованиями, проведенными в БелНИИ земледелия, установлено, что изменение в агрофизических свойствах почвы в результате ее уплотнения трактором МТЗ-80 снизило урожай зерна ячменя и озимой ржи на суглинистой почве на 5,3 ц/га (14,8 %), трактором Т-74 - на 2,6 ц/га (7,4 %). Особенно большое снижение урожайности наблюдается на поворотных полосах, сбор зерна ячменя на поворотных полосах ниже, чем на основном массиве,
на 32,1.75,9 %, озимой ржи - на 52,9.67,3 % [4].
Особенно остро реагируют на уплотнение почвы черноземы. При повышении плотности выщелоченного чернозема на 0,1 г/см3 снижение урожайности зерновых колосовых составляет 15 процентов, а на 0,2 г/см3 - 50 % [3].
Поэтому кафедра мелиорации, водоснабжения и геодезии ВГАУ проводила исследования на опытных участках уплотнения на орошаемых черноземных почвах. Влажность в опытах на картофеле поддерживалась в диапазоне 70.78 % НВ. Для уплотнения использовались трактора класса: Т-16МГ класса 0,6 т; МТЗ - 52 класса 0,9 т и Т-150 К класса 3,0 т. Количество проходов приняли: 1, 4, 7 и 10. За контроль взята исходная плотность почвы. Измерение плотности проводилось методом стандартного уплотнения прибором Союздор-нии. В образце определяли: оптимальную влажность (Жо) и максимальную плотность (уск.макс), которые являются основными параметрами, характеризующими уплотняе-мость слоя почвы.
Плотность измерялась в слоях 0. 10 см, 10.20 см и 20.30 см. Конечные результаты приведены в табл. 1.
Трактор Число проходов
Контроль 1 4 7 10
класса 0,6 т 1,17 1,22 1,33 1,37 1,38
класса 0,9 1,17 1,24 1,33 1,37 1,38
класса 3,0 т 1,17 1,29 1,33 1,36 1,40
Таблица 1
Уплотнение чернозема типичного мощного в зависимост от числа проходов тракторов в слое
0...0,30 см, г/см3
Как установлено исследованиями, на неуплотненных участках время впитывания почвой поливной нормы составляет 4...11 минут, то после двукратного прохода трактора Т-150К - 80...180 минут. Если трактор Т-150К сделает 5.6 проходов, то поливная вода в почву практически не впитывается. При этом водопроницаемость уплотненной ходовыми системами почвы уменьшается в 3...5 и более раз. Было установлено, что при механическом уплотнении пахотного слоя водопроницаемость
почвы значительно уменьшается в сотни раз по сравнению с неуплотненной почвой и фильтрационная способность верхнего слоя почвы может препятствовать поступлению поливной воды в почву. Важная составляющая водного баланса - суммарное испарение влаги также напрямую зависит от влажности почвы и обратно пропорционально ее плотности.
Для наглядности по результатам таблицы построен график (рис.).
Рисунок. Уплотнение орошаемого чернозема проходами тракторов
Из него видно, что кривые похожи. Для прогнозирования возможной плотности почвы от количества проходов получим математическую модель изменения плотности орошаемых почв для чернозема типичного мощного относительно неуплотненной почвы (контроль).
Графический анализ выявил степенную форму зависимости. Для более универсального применения, зависимости получим в относительных единицах - р/р min.
Аналитический вид полученных моделей следующий:
- для трактора класса 0,6 т -
р / ртт = 1 + 0,044N0'68, (1)
- для трактора класса 0,9 т -
р / ртш = 1 + 0,038N0 59, (2)
- для трактора класса 3,0 т -
р / рт1п = 1 + 0,096N0 28, (3)
В табл. 2 приведены результаты проверки полученных зависимостей в относительных величинах и их относительные
ошибки расчета
Из табл. 2 видно, что полученные зависимости дают хорошую сходимость с фактическими данными, т.к. относительные ошибки расчетов меньше ошибок измерений (20 %) и их можно использовать в расчетах.
Но кроме прогноза уплотнения орошаемых почв существенное значение имеют вопросы снижения и разуплотнения почв.
На это могут быть направлены как системы агротехнических, технологических так и технических решений. Возможны три основных направления уменьшения уплотнения: применение дифференцированных режимов орошения с понижением уровня увлажнения при обработках почв, механическая обработка уплотненных почв и снижение уплотняющего воздействия на почву машин за счет технических решений.
Таблица 2
Проверка зависимостей уплотнения чернозема типичного мощного от числа проходов _тракторов в слое 0...0,30 см_
Трактор Число проходов
Контроль 1 4 7 10
1 2 3 4 5 6
класса 0,6 т
р/р min (фак) 1,00 1,04 1,14 1,17 1,18
р/р min (рас) 1,00 1,04 1,08 1,16 1,21
G, % - 0,3 5,1 0,4 - 2,5
класса 0,9 т
р/р min (фак) 1,00 1,06 1,14 1,17 1,18
р/р min (рас) 1,00 1,06 1,13 1,17 1,20
G, % - - 0,03 1,3 0,4 - 1,5
класса 3,0 т
р/р min (фак) 1,00 1,10 1,13 1,16 1,20
р/р min (рас) 1,00 1,10 1,14 1,17 1,18
G, % - 0,4 - 1,1 - 0,5 1,4
Выводы:
1. Для высокой продуктивности сельскохозяйственных культур в условиях Воронежской области необходимо поддерживать в почве высокие уровни увлажнения за счет орошения.
2. Эти уровни увлажнения при орошении соответствуют оптимальным условиям уплотнения грунтов в строительстве.
3. Поэтому различные агротехниче-
ские мероприятия, проводимые с помощью МТА, приводят к уплотнению почв разной степени.
4. Наибольшие значения уплотнения почв достигаются от первых четырех проходов.
5. Разработаны модели прогноза плотности почв на орошаемых землях от количества проходов сельскохозяйственной техники.
Библиографический список
1. Черемисинов А.Ю., Черемисинов А.А., Красов В.Д. Определение потребности в гидромелиорации на основе оценки атмосферного увлажнения // Вестник Воронежского государственного университета. 2012. № 2. С. 70-75.
2. Григоров М.С., Черемисинов А.Ю. Сельскохозяйственные мелиорации сего-
дня и завтра / Труды Волгоградского СХИ. Волгоград, 1993. С. 4-60.
3. Черемисинов А.Ю., Черемисинов А.А. Опыт агроресурсопользования в ЦЧР // Вестник УМО по образованию в области природообустройства и водопользования. М.: МГУП, 2010. №2. С.236-241.
4. Симченков Г.В., Цыганов Ф.П., Коробач А.П. Новое в обработке почвы. Минск: Ураджай, 1988. 80 с.
DOI: 10.12737/2199 УДК 697.973
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПЛАСТИНЧАТЫХ ВОДОИСПАРИТЕЛЬНЫХ ОХЛАДИТЕЛЕЙ КОСВЕННОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ
заведующий кафедрой высшей математики и теоретической механики, доктор технических наук, профессор В. П. Шацкий кандидат технических наук, доцент кафедры высшей математики и теоретической механики
В. А. Гулевский
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» shaty11 @yandex.ru
Достижение допустимых температур-но-влажностных параметров микроклимата на рабочем месте, а также технологических норм на производстве, требует привлечения охладительных устройств локального и общего действия. Применение конкретных установок должно быть экономически оправданно, и осуществлено при учете строительно-монтажных, эксплуатационных, технологических требований и требований экологической безопасности.
Нельзя не отметить существенные преимущества, которыми обладают водо-испарительные кондиционеры. Они просты по конструкции и в эксплуатации, экологически безвредны, обладают низкой потреб-
ляемой мощностью, саморегулируемы по эффективности охлаждения в зависимости от температурно-влажностных составляющих охлаждаемого воздуха. При определенных условиях, например, при необходимости кондиционирования воздуха в мобильных средствах, охлаждения радиоэлектронной аппаратуры или в условиях пониженной влажности, использование именно этих устройств является наиболее оправданным.
Выбор конструктивных характеристик таких охладителей осуществлялся либо на опытной основе, либо на базе простейшего математического моделирования с помощью балансовых уравнений. Подхо-
