CC BY
99
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.51.01
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ
В.И. Пындак1, доктор технических наук, профессор И.Б. Борисенко1,3, доктор технических наук
А.Е. Новиков1,2, кандидат технических наук
1 Волгоградский государственный аграрный университет 2Всероссийский НИИ орошаемого земледелия 3Прикаспийский НИИ аридного земледелия
Предложена современная концепция системы основной обработки - агротехнической мелиорации почвы, совмещающая рыхление верхних и разуплотнение нижних глубоких горизонтов с дифференцированным внесением по слоям удобрительно-мелиоративного комплекса. Зяблевую вспашку рекомендуется проводить модернизированными чизельными почвообрабатывающими орудиями с прямыми и наклонными стойками, которые снабжены отвалами и (или) плоскорезными «крыльями».
Ключевые слова: вспашка почвы, плотность почвы, чизель, блокированное резание почвы, удобрения, мелиоранты, иониты, осадок сточных вод.
Ныне нет единого мнения по критериям эффективности того или иного способа основной (зяблевой) обработки почвы; имеются рекомендации по полному упразднению пахоты [8], публикуются результаты полевых исследований, подтверждающие преимущества чизельной обработки почвы [1, 2, 4, 5, 10]. Как отмечает В.И. Филин [12], в современных условиях основным показателем эффективности возделывания сельскохозяйственных культур является не высокая урожайность, а себестоимость.
Украинские учёные считают [7], что плотность почвы - это интегральный показатель, предопределяющий условия развития почвенной биоты и корневой системы растений, при этом распределение плотности почвы по глубине является исторически сложившимся и характеризует равновесное состояние биогеоценоза. Максимум урожайности достигается при плотности р = 1,1-1,2 г/см , для некоторых культур, в частности для озимой пшеницы, р = 1,3 г/см3; увеличение р ведёт к изменению температурного режима почвы, как правило, к его ухудшению.
Очевидно, что р зависит от способов обработки почвы. Но, как показано в [7], снижение и различие р фиксируется лишь в период обработки, а в период вегетации сельхозкультур р повышается и несущественно зависит от вида обработки (рис. 1). Разумеется, при выборе основной обработки почвы для острозасушливых условий и бедных гумусом почв должны учитываться и другие факторы, например соотношение С/Ы и распределение р и элементов питания по горизонтам почвы, наличие признаков засоления и т.п. Следует учитывать, что отвально-лемешная вспашка «способствует» потере почвой углерода [4] и, следовательно, дисбалансу С/Ы; при многолетней отвальной вспашке происходит ветровая эрозия почвы [6].
1.3
I
Дооброботки В период обработки Припоседе В период бегетации
Рисунок 1 - Динамика плотности почвы по периодам при различных
способах её обработки
Основная обработка - это, как известно, одна из разновидностей агротехнической мелиорации почвы. Для её реализации в засушливых условиях целесообразно вспашку любым способом совмещать с рыхлением верхнего, наиболее плодородного слоя почвы и разуплотнением более глубоких горизонтов, внесением разнообразных удобрений и мелиорантов в различные горизонты и, при необходимости, заделкой про-тивосолонцовых препаратов. После пахоты на дневную поверхность поля желательно вносить удобрения-мелиоранты.
Этим требованиям удовлетворяют - в определённой степени - комбинированные почвообрабатывающие орудия - глубокорыхлители с чизельной составляющей и удобрительно-мелиоративный комплекс на основе глубокого переработанного илового осадка после биологической очистки бытовых (канализационных) сточных вод и природных сыпучих минералов-ионитов в сочетании с обычными органическими и минеральными компонентами.
Во многих публикациях, в том числе [2, 3, 9-11], отмечается, что основа процесса чизелевания - это взаимодействие долота с преимущественно нетронутой почвой без выноса почвенной стружки на дневную поверхность; этот процесс иногда называют «блокированное резание». Почвенная стружка скапливается на верхних плоскостях долота и, не имея выхода, сжимается до огромных значений. Выход накопленной энергии выражается в «полётах» комьев почвы вперёд и по бокам чизельной стойки под углами ~ 45° происходит разуплотнение и частично обрушение почвы. Это явление способствует снижению тягового сопротивления орудия и уменьшению на 30-35 % (иногда больше) удельного расхода моторного топлива при пахоте, которая, как известно, относится к числу наиболее энергоёмких процессов при сельхозработах.
В России первоначально чизельные стойки были прямыми, мало отличающимися от щелерезов [10, 11]. Но такие стойки оставляют после себя вертикальную щель в почве, что приводит к некоторому иссушению пахотного горизонта и дополнительному выходу в атмосферу С02. Прообраз чизельных рабочих органов - американская стойка Параплау изначально была наклонной [3]. В дальнейшем отечественные стойки были в основном наклонными под углом 45° - углом обрушения почвы. Впервые в мировой практике стойки стали снабжаться особыми отвалами (отнюдь не лемехами !) для оборота и дополнительного крошения верхнего, уже взрыхлённого слоя почвы (рис. 2, а [2, 3]), а также (от себя добавим) для заделки в почву на оптимальную глубину удобрений.
При обработке почвы чизельно-отвальным орудием формируется гребнистое дно борозды и обеспечивается подрезание сорняков и пожнивных остатков и их заделка в почву на глубину действия отвалов к0 = 10-20 см - вместе с соломой (при её наличии), традиционными минеральными и органическими удобрениями (рис. 2, б). Отвалы монтируются на стойках с возможностью дискретной переустановки, что позволяет регулировать глубину к0 в указанном диапазоне.
а б
Рисунок 2 - Наклонная стойка с отвалом в двух проекциях (а) и профиль почвы после прохода чизельно-отвального орудия (б)
Идеально ровных пахотных полей не существует; даже небольшой уклон поля приводит к скатыванию части воды при обильных дождях и таянии снегов, что провоцирует водную эрозию почвы и некоторую потерю элементов питания. Поэтому пахоту целесообразно проводить поперёк склона, благодаря чему влага и подвижные элементы питания будут накапливаться в углублениях дна борозды на глубине чизелевания к = 35-45 см. При вегетации растений эти «запасы» будут экономно расходоваться, способствуя развитию корневой системы (к примеру, отдельные корни озимой пшеницы могут достигать глубины ~ 45 см); в условиях засухи это гарантия получения приемлемых урожаев. При склонах > 1° возможно формирование волнообразной дневной поверхности поля за счёт установки на орудии отвалов на различной высоте и даже изъятия одного отвала [2].
Наряду с этим, на тыльной стороне стоек можно монтировать трубки с жиклёром на конце (рис. 2, а); трубки соединяются с соответствующей ёмкостью на раме орудия. Это дополнительная система на чизельно-отвальном орудии позволяет вносить на глубину к жидкие комплексные удобрения в микродозах и/или мелиоранты для солонцовых почв. К числу жидких удобрений относится угольная кислота Н2С03, которая обычно хранится в баллонах (сосудах) высокого давления и через гидравлический редуктор поступает в коллектор, далее в трубки. В почве экологическая кислота быстро разлагается, высвобождая углекислый газ:
Н2СО3 ^ Н2О + С02\.
Как показали наши полевые опыты и исследования других авторов, С02 способствует дополнительному гумусообразованию, под действием микроорганизмов его часть преобразуется в весьма дефицитный углерод, вследствие чего соотношение С/И приближается к оптимуму 28±4. В почве возрастает (за счёт преобразований) содержание и общих форм N и Р.
Упомянутый нетрадиционный удобрительно-мелиоративный комплекс целесообразно вносить после основной обработки почвы в виде мульчирующего слоя. Рациональная норма внесения зависит от возделываемых культур и состояния почвы. Глубо-
ко переработанный иловой осадок обладает огромными сорбционными свойствами -способен (даже в условиях острой засухи) аккумулировать из атмосферы и длительно удерживать воздух и влагу, дополнительно разуплотнять верхний слой почвы. Осадок содержит 15-18 % глубоко переработанной органики, легко доступной корням растений, а также общие формы И, Р, К, подвижную серу до 2-х г/кг, комплекс биогенных микроэлементов и наночастиц [9]. Осадок стимулирует развитие и жизнедеятельность почвенной микрофлоры.
Сыпучие природные минералы-иониты содержат кремнезём, калийное К20 и магниевое Mg0 удобрения, другие компоненты и «набор» микроэлементов. Минералы обладают сорбционными и ионообменными свойствами, улучшают структуру и водновоздушный режим почвы, нейтрализуют действие тяжёлых металлов, имеющихся в почве.
Все компоненты комплекса взаимно дополняют и усиливают действие друг друга, а также действие традиционных минеральных удобрений, являются высокоэффективными экологическими мелиорантами. Весьма важно наличие в комплексе серных (в микродозах) и магниевых компонентов; известно, что сульфат серы 80%~ - важнейший
источник минерального питания, а магний предотвращает хлороз растений.
Комплекс действует на протяжении 3-х лет, если после его внесения не производить основную обработку почвы. Следовательно, имеется возможность совмещения (по времени) и обработки почвы, и внесения удобрений-мелиорантов, при этом достигается компромисс между «нулевой» и глубокой обработкой почвы.
Почвообрабатывающие орудия на основе чизеля могут быть адаптированы к конкретным условиям, этим требованиям более удовлетворяют прямые стойки. В частности, многофункциональное орудие «РАНЧО» может видоизменяться для выполнения различных технологических операций с глубиной чизелевания 35-45 см.
В базовой модели (рис. 3) предусматриваются прямые стойки с отвалами (ширина междуследия 35-40 см), внизу съёмно и с возможностью изменения угла крошения монтируются подрезающие «крылья» с шириной захвата до 45 см. Возможен демонтаж отвалов
- орудие обеспечивает рыхление с сохранением стерневого фона. При этом «крылья» располагаются вверху стойки, происходит и подрезание сорняков, и дополнительное рыхление на дискретно регулируемой глубине 10-20 см. При демонтаже «крыльев» реализуется «классическое» чизелевание, а при замене широкого долота (60 мм) на узкое (30 мм) чизе-левание трансформируется в щелевание; расстояние между щелерезами регулируется.
Рисунок 3 - Рабочий орган модернизированного чизельного орудия
Рекомбинации орудий на основе чизеля этим не ограничиваются. Разработан, в частности, рабочий орган для двухъярусного чизелевания почвы [3], при этом глубина разуплотнения почвы достигает 80 см, что необходимо для внесения мелиорантов в сверхглубокие горизонты. Заслуживает внимания вариант с тремя парами «крыльев» на прямой стойке для многократного подрезания глубоко проникающего злостного сорняка - горчака.
Имеется разработка орудия с наклонными стойками и односторонними плоскорезными крыльями, направленными в противоположную сторону от «изгиба» стойки (рис. 4, а). Такая комбинация позволяет оптимизировать объём деформируемой почвы с учётом повышения водопроницаемости и оптимальной структуры почвы для корнеобитаемого слоя (зависит от возделываемой культуры). «Крылья» дискретно переустанавливаются на прямой части стоек, их глубина внедрения в почву варьируется в диапазоне 6-16 см при глубине чизелевания 25-40 см (рис. 4, б, в).
а в
Рисунок 4 - Наклонная чизельная стойка с односторонним «крылом» (а) и варианты формируемого им почвенного профиля (б, в)
«Крылья» в разной степени подрезают вершины гребней борозды. Соотношение длин горизонтальных составляющих проекций накладного ножа стойки и лезвия крыла равно 0,25 и 0,5 расстояния между стойками.
Представленный материал предусматривает комплексную интерпретацию системы основной обработки почвы в засушливых и острозасушливых условиях. Эта система носит гибкий характер, оставляет простор для «местной самодеятельности» и служит дополнением к традиционным способам обработки.
Библиографический список
1. Богомягких, В.А. Минимальная обработка почвы в южной степной зоне [Текст]/
В.А. Богомягких, В.И. Таранин, Г.А. Жидков // Вестник РАСХН. - 2004. - № 4. - С. 20-21.
2. Борисенко, И.Б. Совершенствование ресурсосберегающих и почвозащитных технологий и технических средств обработки почвы в острозасушливых условиях Нижнего Поволжья [Текст] : автореф. дис. ... д-ра техн. наук/ И.Б. Борисенко. - Чебоксары, 2006. - 43 с.
3. Борисенко, И.Б. Развитие чизельных почвообрабатывающих орудий и их теоретическое обоснование [Текст]/ И.Б. Борисенко, В.И. Пындак, А.Е. Новиков // МашинноТехнологическая Станция. - 2012. - № 3. - С. 16-20.
4. Дринча, В.М. Агротехнические аспекты развития почвозащитных технологий [Текст]: монография / В.М. Дринча, И.Б. Борисенко, Ю.Н. Плескачёв; под ред. В.М. Кряжкова.
- Волгоград: Перемена, 2004. - 145 с.
№ г (so) zoi3
5. Кильдюшкин, В.М. Совершенствование системы основной обработки почвы в эрозионно-опасных и равнинно-западинно-степных агроландшафтах Западного Предкавказья [Текст]: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук/ В.М. Кильдюшкин. - Курск, 2005. - 50 с.
6. Кирюшин, В.И. Уроки целины [Текст]/ В.И. Кирюшин // Земледелие. - 2004. - № З. -
С. 6-9.
7. Кушнарёв, A.G Методологические предпосылки выбора путей энергосбережения при обработке почв [Электронный ресурс] / A.C Кушнарёв, В.В. Погрелый // Матер. Между-нар. интернет конф. - Режим доступа: http: // www .ndipvt.org .ua/konf2/2/2.htm.
S. Махонин, И. Влагосбережение - основа высокого урожая [Текст]/ И. Махонин, Н. Лагуткин // Вестник AПК Волгоградской области. - 2011. - № 6. - С. 27-2S.
9. Пындак, В.И. Нетрадиционная агротехническая мелиорация нарушенных земель Нижнего Поволжья [Текст]/ В.И. Пындак, A.E. Новиков // Научная жизнь. - 2012. - № З. -
С. 110-11S.
10. Токушев, Ж.Е. Технология, теория и расчёт орудий для разуплотнения пахотного и подпахотного горизонтов почвы [Текст]: дис. ... д-ра техн. наук/ Ж.Е. Токушев. - М., 200З. -284 с.
11. Труфанов, В.В. Глубокое чизелевание почвым [Текст]/ В.В. Труфанов. - М.: Aгро-промиздат, 19S9. - 142 с.
12. Филин, В.И. Поле деятельности: новые технологии [Текст]/ В.И. Филин // Поле деятельности. - 2011. - № 10. - С. 42.
E-mail: [email protected]
б
