CC BY
103
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.316.22:001
РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЧИЗЕЛЬНЫХ ОРУДИЙ
В.И. Пындак, доктор технических наук, профессор А.Е. Новиков, кандидат технических наук, докторант С.Д. Фомин, кандидат технических наук, доцент В.А. Моторин, кандидат технических наук
Волгоградский государственный аграрный университет
Интенсивное использование земель приводит к глобальным негативным последствиям. Решение подобных проблем возможно только комплексными методами, к числу которых относятся технологии глубокого безотвального рыхления. Показаны дополнительные возможности чизельных орудий, например, повышение в почве органического углерода, снижение выноса N, P, K, экономия поливной воды (при орошении), повышение урожайности зерновых и колосовых культур, за счёт их комплектования отвалами, подрезающими ножами и т.п.
Предложен комбинированный рабочий орган - прямая стойка с долотом, плоскорежущие лапы и дренеры с ротационными рыхлителями. Обеспечивается, в частности, верхняя зона сплошного рыхления глубиной 15 см и кротованием глубокого горизонта для сбора и отвода грунтовых вод. Создан также двухъярусный рабочий орган для сверхглубокой (до 80 см) мелиорации почв. Верхний ярус - это чизель, а нижний ярус - Л-образная арка с узкими долотами на концах, к арке прикреплены дренеры.
Ключевые слова: чизель, рабочий орган, долото, подрезающий нож, дренеры, кротование почвы.
Чизельные почвообрабатывающие орудия-глубокорыхлители, которые в англоязычных изданиях трактуются как Subsoilers, получают заметное распространение [11, 1, 2, 10]. Вместе с тем чизельные рабочие органы являются объектами совершенствования с целью расширения функциональных возможностей [7, 8, 9]. Современные чизели, кроме прямых или наклонных стоек, могут включать: отвалы для дополнительного рыхления верхнего горизонта и заделки в почву органики; подрезающие ножи для уменьшения высоты внутрипочвенных гребней и уничтожения сорняков и т.п. Глубина рыхления (чизелевания) почвы ныне составляет 30-45 см; рациональная периодичность такого рыхления - один раз в 3 года. Но возможности чизелей этим не ограничиваются.
В России нарастают площади утраченных, неиспользуемых и деградированных сельхозугодий, из них 12-15 млн га можно вернуть в севообороты [4]. Для этого ВИМ предлагает современные комбинированные почвообрабатывающие орудия, обеспечивающие, в том числе, глубокое (30-45 см) полостное рыхление (чизелевание) почвы. Созданы, в частности, агрегаты серии VIKING с винтовыми корпусами, глубокорыхлителями типа «Paraplow» и чизельными рабочими органами.
Подпахотные горизонты используемых земель зачастую переуплотнены, их плотность р > 1,3 г/см . Установлено [5], что не только в глубоких, но и в мелких (пахотных) горизонтах изменение плотности и ряда других показателей влияет на жизнедеятельность почвенной биоты, круговорот воды и питательных веществ. При наличии уплотнённого подпахотного горизонта на орошаемых землях проявляется ряд негативных факторов, в их числе: уменьшение коэффициента фильтрации влаги, водная эрозия, вторичное засоление и т.п. [3]. Интенсивное использование земель приводит к глобальным последствиям [13].
Разумеется, решение подобных проблем возможно только комплексными методами, к числу которых относятся технологии глубокого безотвального рыхления. Современные (в том числе экспериментальные) комбинированные орудия-глубокорыхлители обеспечивают: разрушение плужной «подошвы», угнетающей корневую систему; «стандартное» (до 45 см) и сверхглубокое (до 80 см) чизелевание и щелевание; оборот верхнего (взрыхлённого) слоя глубиной 15-20 см; подрезание внутрипочвенных гребней и сорняков; заделку на оптимальную глубину органики, сыпучих удобрений и т.п.; подачу на необходимую глубину жидких мелиорантов; создание благоприятных условий для развития почвенной биоты; улучшение водно-воздушного режима почвы.
Однако такие явления, как поднятие уровня грунтовых вод и засоление определённых почвенных горизонтов орудия-глубокорыхлители устраняют недостаточно эффективно, несмотря на актуальность проблемы для суглинистых почв и орошаемого земледелия.
Техническое решение подобных проблем возможно посредством рабочих органов (рис. 1), сочетающих в себе прямую чизельную стойку с долотом, смонтированные на стойке плоскорежущие лапы и закреплённые на нижних ножах дренеры с ротационными рыхлителями [8, 9]. Лапы монтируются с возможностью их переустановки по высоте и изменения угла атаки. Во внутренней полости дренеров смонтирован вал, выступающая часть которого заканчивается шарниром с двумя степенями свободы, соединённым с рыхлителем.
Рисунок 1 - Комбинированная чизельная стойка
Фронтальное сечение зоны рыхления (рис. 2) включает верхнюю зону сплошного рыхления глубиной И = 10-15 см (это глубина внедрения лап в почву); максимальная глубина рыхления Н = 35-45 см (в обоснованных случаях до 60 см); ширина междуследия М = 40 см. Нетронутая почва сохраняется в виде внутрипочвенных гребней с углом 2а ~ 90о при вершине. В межгребневом пространстве накапливается влага, подвижные элементы питания и микроэлементы, а сами гребни предотвращают водную эрозию, если пахотное поле располагается на склонах (обработку выполняют поперёк склона).
Рисунок 2 - Схема рыхления почвы
Все горизонты обработки формируются без оборота пласта, благодаря чему, гумус и наиболее плодородная структура остаются в верхнем горизонте - до 15 см, сохраняется нетронутой основная среда обитания почвенной микрофлоры. Но при этом подпахотный горизонт разуплотняется, что способствует оптимизации процессов фильтрации влаги, снижении засоления почвы, а глубокое рыхление (с разрушением плужной «подошвы») создаёт благоприятные условия для развития корневой системы сельхозкультур.
Рабочие органы (рис. 1) могут выполнять функции кротования, если изъять ротационные рыхлители, сохранив дренеры. В этом варианте дренеры формируют в пахотном (переуплотнённом, суглинистом и почти всегда влажном > 20 %) горизонте кротовины, которые определённое время сохраняются (рис. 3). Как известно, кротование почвы - это один из эффективных способов сбора и отвода грунтовых вод. В условиях орошения в Прикаспийской низменности образованию грунтовых вод способствует мощный водоупорный горизонт из хвалынских («шоколадных») глин. Для снижения энергоёмкости кротования наружную оболочку дренеров целесообразно изготавливать из антифрикционного материала - из соответствующего полимера или бронзы.
Рисунок 3 - Схема дренирования
Ещё одним направлением в техническом развитии чизельных орудий является создание двухъярусного рабочего органа для сверхглубокой (до 80 см) противоэрозионной и почвозащитной мелиорации (рис. 4) [6, 9]. Верхний ярус рабочего органа - это чизельная двухслойная стойка с переустанавливаемым долотом. Нижний ярус - это отогнутые слои, образующие Л - образную арку с узким долотом на концах шириной Ь = 0,5В, где В = 60 мм - ширина верхнего долота. Нижние наклонные стойки могут иметь накладные ножи, на их тыльной стороне шарнирно закреплены дополнительные рыхлители - дренеры. Предусматривается возможность подачи в почву жидких мелиорантов, например железного купороса ¥е$04 7И20.
Подобные рабочие органы предназначаются, прежде всего, для рекультивации и возрождения деградированных, солонцовых, переуплотнённых, склоновых и т.п. земель, нейтрализации и снижения уровня грунтовых вод (в сочетании с другими мелиоративными приёмами). Верхний ярус - это «классический» чизель, а нижний ярус - нетрадиционный щелеватель с дренерами, которые формируют в подпахотном горизонте специфические кротовины.
Рисунок 4 - Сверхглубокорыхлитель
Представленные примеры показывают, что функциональные возможности чизельных орудий могут быть существенно расширены за счет модернизации рабочих органов и дополнительных приспособлений, в частности, монтажа дренеров. В этой связи комбинированные чизельные орудия не следует рассматривать только в качестве средства для основной обработки почвы. Перспективно их использование и для решения проблем солонцовых почв и грунтовых вод.
Многочисленные публикации, в частности [12, 14, 15], показывают малоизвестные (для российских аграриев) преимущества глубокого рыхления подпахотных горизонтов - Subsoil, например: разуплотнение почвы на 3-4 года; повышение и стабилизация органического углерода и N; снижение выноса N, P, K; улучшение водно-воздушного режима почвы; сокращение стока; экономия поливной воды (при орошении); нарастание до 40 % массы корневой системы сельхозкультур и её проникновение в сверхглубокие горизонты; повышение урожайности зерновых и колосовых культур, в том числе в условиях орошения. При таких результатах «нулевая» обработка почвы (NT) может применяться в промежутках (до 4-х лет) между глубоким чизелеванием.
Библиографический список
1. Борисенко, И.Б. Совершенствование ресурсосберегающих и почвозащитных технологий и технических средств обработки почвы в острозасушливых условиях Нижнего Поволжья [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук / И.Б. Борисенко. - Чебоксары, 2006. - 42 с.
2. Ветохин, В.И. Системные и физико-механические основы проектирования рыхлителей почвы [Текст] : автореф. дисс. докт. техн. наук / В.И. Ветохин. - Глеваха, 2010. -43 с.
3. Данатаров, А. Совершенствование ресурсосберегающих и почвозащитных технологий и технических средств обработки почвы в условиях Туркменистана [Текст]/ А. Данатаров, С.Ч. Аширов // Молодой учёный. - 2011. - №12. - Т. 2. - С. 207-210.
4. Измайлов А.Ю. Технологии и технические средства для восстановления неиспользуемых и деградированных сельхозугодий [Текст] / А.Ю. Измайлов, Я.П. Лобачевский // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2009. - №4 (11). - С. 17-20.
5. Кушнарёв, А.С. Биосферные основы формирования требований к экологической экспертизе агротехнологий [Текст] / А.С. Кушнарёв, В.И. Кравчук // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2011. - №4. - С. 17-20.
6. Лобойко, В.Ф. Комплексные ресурсосберегающие и почвозащитные решения проблем мелиорации на юге России [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук / В.Ф. Лобойко. -Волгоград, 2009. - 39 с.
7. Медведев, В.И. Повышение эффективности основной обработки почвы [Текст]/ В.И. Медведев, В.С. Макаров // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. -№12. - С. 3-5.
8. Пындак, В.И. Обоснование рабочих органов для глубокого мелиоративного рыхления почвы при возделывании широкорядных пропашных культур в условиях орошения [Текст] / В.И. Пындак, А.Е. Новиков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - №2(26). - С. 161-165.
9. Пындак, В.И. Агротехническая мелиорация земель в аридных условиях Нижнего Поволжья [Текст] / В.И. Пындак, А.Е. Новиков // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2013. - №4. - С. 15-17.
10. Токушев, Ж.Е. Теория и расчет орудий для глубокого рыхления почв [Текст] / Ж Е. Токушев. - М.: Инфра-М, 2003. - 300 с.
11. Baba J. Subsoilers // Mechanics Agricultural. - 1987.-№11.-Р.9-12.
12. Daz-Zorita M. Effect of deep-tillage and nitrogen fertization interactions on dry land corn (zea mays L.) productivity // Soul & Tillage Research.-2000.-V.54(1-2).-P.11-19.
13. Foley j.a., Defries R., Asner G.P. et al. Global consequences of land use (Review)// Science. - 2005.-V.309 (5734).-P.570-574.
14. Ishaq M., Ibrahim M. & Lal R. Persistence of subsoil compaction effects on soil propecties and growth of wheat and cotton in Pakistan // Experimental Agriculture.-2003.-V39(04).-P.341-348.
15. Lal R. & Kimble J.M. Conservation tillage for carbon sequestration // Nutrient Cycling in Agroecosystems.-1997.-V.49(1-3).-P.243-253.
E-mail: [email protected]
