Поскольку возникновение многих экологических и социально-экономических проблем Центральной Азии кроется в ограниченности водных ресурсов, несовершенстве технико-экономических решений по их использованию, а также технологических приемов сельхозпроизводства и производства промышленной продукции, то основными путями стабилизации экологического равновесия и социально-экономической стабильности является разработка и реализация единой для всего региона стратегии водосбережения; рационального использования и управления водно-земельными ресурсами. Стратегия должна базироваться на разработках и широком внедрении комплекса мероприятий по водосберегающей, водоохранной и природоохранной техники и технологии, в увязке с располагаемым водным ресурсом и ориентации на совместное повышение продуктивности не только земли, но и воды.
В отличие от природных пустынных и недавно орошаемых земель луговые почвы имеют повышенное содержание гумуса, питательных элементов и более оптимальные водно-физические и физико-химические свойства. Тем не менее вопросы регулирования физических свойств верхного слоя луговых почв, развитых на тяжелых агроирригационных наносах, приобретают особую важность. Сочетание глубокого рыхления с обычной вспашкой и внесением органических удобрений положительно влияет на физические свойства почвы, что в конечном итоге способствует повышению до 4,2 ц/га урожайности хлопчатника [3].
Двухъярусная пахота на глубину 30-35 см, мотыжение и внесение гербицидов не способствуют полному уничтожению сорняков. Вспашка с оборотом пласта на 30 см с одновременным рыхлением на глубину 60 см позволяет полностью очистить поле от таких сорняков, как гумай, тростник обыкновенный, верблюжья колючка, свинорой, вьюнок полевой и другие. Кроме того, глубокая обработка в течение двух лет исключает применение гербицидов. Ежегодный экономический эффект от рекомендуемого приема обработки не считая прибавки урожая хлопка-сырца – 40 руб/га [5].
Пути и способы борьбы с уплотнением почвогрунтов следует свести к трем направлениям: снижение уплотнения почвы; предотвращение; разуплотнение. По первому направлению проводится исследования в области совершенствования ходовой системы энергетических и транспортных агрегатов, снижение их массы, применяя широкозахватные и комбинированные способы обработки почвы, использование технологической колеи для возделивания схк. По второму направлению – предотвращение уплотнения почвы, до настоящего времени мало разработок, если не считать технологию нулевой обработки и мостовое земледелие. За рубежом данному вопросу придается большое практическое значение. По третему направлению разуплотнения проводятся работы естественном путем и механическое рыхление [6]. Создание мощного культурного пахотного слоя путем рыхления подпахотного горизонта энергоемкий технологический процесс, который выполняется специальными глубокорыхлителями.
Эффект рыхления зависит также от гранулометрического состава и химических свойств почвы. В результате рыхления повышается их водопоглощающая способность. Переход некапиллярной порозности в капиллярную после глубокого рыхления происходит обычно медленно и в редких случаях внезапно, например после интенсивного выпадения атмосферных осадков, неправильной обработки почвы или проезда по ее поверхности транспортные средств в неподходящее время.
Устройство АД регламентируется агротехническими требованиями к его проведению. Согласно данных требований глубина кротования тяжелых почв должна составлять не менее 0,6м для обеспечения оптимального водно-воздушного режима почвы. Для этой цели использует различные агромелиоративные приемы: глубокая вспашка, рыхление, кротование. Однако, глубокая вспашка и рыхление не в полной мере отвечают предъявляемым требованиям, т.к. не в полной мере удовлетворяют интенсивности и эффективности проведения режимов вследствие слабой гидравлической связи с материальным дренажом.
Рассоление таких почв обычными промывными нормами не дает положительного результата, а также приводит к значительным перерасходом воды. Наиболее приемлемым в решении данного вопроса является кротодренаж. Однако, технология и конструкции для его проведение недостаточной степени эффективны и надежны по устойчивости и прочности. Для удовлетворения изложенных требований нами были разработаны специальные, универсальные рыхлители-кротователи новой конструкции, защищенные авторским свидетельством №1751263 [1].
Для рыхления подпахотного уплотненного слоя теоретически и экспериментально исследованы и разработаны оптимальные параметры рыхлителя-кротователя.
Эффективность глубокого рыхления (объем, степень крошения почвы и др.) зависит, в первую очередь, от формы и параметров долота и стойки. Отечественные конструкции кротовых дрен представляет собой полость с наддренной щелью. Щель от ножа, разрезающего почву и подпочву, должна быть ликвидировать, так как она ослабляет верхний свод дрены, может способствовать заилению дрены и обвалу верхнего свода.
Важным параметрам рыхления является величина hкр,
т.е. такая глубина, при которой прекращается резание с отделением
стружки и происходит смятие почвы в боковых направлениях. Критическая
глубина резания по определению Е. Динглинглера, равна 74
S
(S-ширина долота). Для большинства почв
критическая глубина резания оказалось меньше этой величины. Если
обозначить hкр/
h =
Кбок ,
то величина этого коэффициента для
разных почв равна 0,70-0,95.
Основным недостатком ножевых рабочих органов, применяемых в кротодренажных машинах, является большая энергоемкость из-за большой сплошной линии скола. Снижение энергоемкости для данного типа рабочего органа возможно достичь за счеть послойного резания [3]. Для обеспечения условий послойного резания необходимо чтобы линии скола, происходящие впереди режущей кромки нижнего ножа-клина, выходили на свободную поверхность, создаваемую первым ножом, для чего зубья ножа должны быть расположены с опережением друг-друга в вертикальной плоскости на величину – a.
Величину а находим из схемы взаимодействия ступенчатого рабочего органа с грунтом /рис. 2/:
a = hctg
(1)
где: h- глубина резания, см;
-
угол скола, град.
Линия скола грунта приданной схеме
резания проходит параллельно линии действия результирующей силы
резания, которая образует угол трения -
с нормалью Nk
к передней грани ножа. Угол скола -
определяем по следующей зависимости:
=
- (α+
(2)
где: α – угол резания, град;
-
угол трения, град.
Тогда
a = hctg
(3)
при установке режущих зубьем с опережением на величину общее усилие равно сумме усилий каждой из ступеней:
Pобщ = P1 + P2 (4)
Рис. Схема нож-стойки рабочего органа рыхлителя-кротователя
со смещенными зубьями
Предполагаем, что толщина разрабатываемых слоев одинакова, тогда
Pобщ = 2P (5)
По зависимости А.Н. Зеленина [3] определим тяговое усилие резания сплошного и ступенчатого рабочих органов, сопоставляя их величины:
Pсп
= Cуд
(1+
0,1δн)(1-
)
kΥ;
(6)
где: h – глубина резания, см;
δн – толщина ножа, см;
α – угол резания, град;
kΥ – коэффициент, учитывающий влияние угла заострения ножа.
Pпол
= Cуд(
)
(1+ 0,1δн)
(1-)kΥ;
(7)
Рассмотрим отношение
(8)
Таким образом, зависимость позволяет определить тяговые усилие резания при изменении положения зубьем на ноже кротователя-рыхлителя при послойном резании грунта. Известно, что усилие резания грунта на докритической глубине на 20-25% менее чем при закритической, т.е. используя данный эффект в конструкции ножа можем снизить тяговое усилие по сравнению со сплошным ножом. Обоснована технология нарезки АД и рыхления подпахотного слоя глубокорыхлителем, которая позволяет улучшить агротехнические показатели работы орудий при наименьших затратах.
Технология нарезки аэрационного дренажа (АД) разработана с учетом грунтовых условий и биологических требований к развитию корневой системы хлопчатника, которая основана на разрыхления подпахотных слоев и нарезке в монолите грунта перпендикулярно основному дренажу водоаккумулирующих кротовых спаренных дрен на глубину 600 мм и на расстояния 900 мм. Обоснована технология рыхления подпахотного горизонта рыхлителем-кротователем, которая позволяет улучшить агротехнические показатели работы орудий при наименьших затратах. Аккумулирующая способность почвы увеличивается. Культурные растения развивают более глубокую корневую систему и обеспечиваются влагой лучше, чем до рыхления-кротования [2].
Моделирование работы дренажа свидетельствует о том, что интенсивность поступления воды в дрену определяется коэффициентом фильтрации и водоотдачи наддренного слоя грунта, из которого происходит сброс гравитационной воды. Кроме того, рабочие органы, применяемые для нарезки дрен, имеют большие тяговые усилия, в результате образования пластично-упругих деформаций грунта в нижней части ножа, о чем свидетельствуют также результаты исследований А.Н. Зеленина [4]. В этой зоне грунт, вытесняемый рабочим органом, выдавливается в боковые стенки щели, не разрушая его к дневной поверхности. Критическая глубина резания рабочими органами данного типа определяет значительные тяговые усилия базовых машин. Поэтому нарезка АД в зоне орошаемого земледелия не нашла широкого применения. Это дало возможность предложить новую конструкцию АД. Предлагаемая конструкция АД включает две параллельные дренажные полости, сформированные в монолите грунта естественной структуры. Сохранение естественной структуры грунта вокруг дрены обеспечивает достаточную водозахватную способность и эксплуатационную надежность (табл.5).
Таблица 5. Влияние агромелиоративного приема на плотность (d) и порозность (V) почвы
-
Варианты
Показатели
Годы
1990
1991
1992
1993
Рыхление-кротования
d, г/см3
1,28
1,32
1,38
1,45
V, %
53,2
42,1
38,2
36,8
Рыхление-сплошное
d, г/см3
1,30
1,39
1,50
1,57
V, %
51,6
41,5
36,1
34,0
Рыхление-поллосное
d, г/см3
1,31
1,40
1,56
1,60
V, %
50,6
38,2
33,8
33,3
Контроль
d, г/см3
1,45
1,49
1,62
1,65
V, %
39,9
39,8
34,1
33,0
Таблица 6. Влияние агромелиоративного приема на водопроницаемость
(Н = 5 см,Т = 23 0С) почвы (по методу Б.А. Доспехову)
-
Варианты
Водопроницаемость, мм/мин
1-й час
2-й час
3-й час
4-й час
5-й час
6-й час
ср. за 6 час
Рыхление-кротования
3,19
2,49
1,99
1,87
2,48
2,73
2,46
Рыхление-сплошное
1,99
1,97
1,96
1,89
1,89
1,87
1,93
Рыхление-поллосное
1,65
1,69
1,63
1,64
1,65
1,66
1,65
Контроль
0,19
0,21
0,24
0,23
0,23
0,23
0,25
Исследования показали, что в процессе нарезки кротовин плотность грунта околодренной зоны по величине практически не отличалась от плотности монолита грунта. Полости дрен были весьма устойчивы. Качество рыхления проверялось раскрытием зоны разрушения поверхности грунта за проходом рабочего органа. Установлено, что за проходом сплошного ножа, разрушение грунта происходит в виде комьев до критической глубины резания, в данном случае до 0,4 м, а в нижней части происходит трещинообразование. При работе ступенчатого рыхлителя разрушение грунта происходит на всю глубину резания. Однако, следует отметить, что при этом ширина разрушаемой полосы меньше на 10 см по сравнению со сплошным ножом.
Литература:
1. А.с. 1751263 /СССР/. Устройство для нарезки кротовин /Хоммадов К., Данатаров А. –Москва. 1992. Бюл.№28.
2. Данатаров, А. Аккумулирующая способность воды аэрационного дренажа в аридной зоне. Международный научно-практический журнал №1.Проблемы освоения пустынь. 1999. –с.85-89.
3. Дуриков, М., Ходжакулиев, С. Глубина обработки луговых почв. Двухмесячный научно-производственный журнал. Хлопок. №1. 1992. ВО Агропромиздат. –с.6-7.
4. Зеленин, А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. 2-е изд. перераб. и доп. –М.: Машиностроение. 1968. -376с.
5. Ирматов, А., Катаев, Б. Какая вспашка уменьшает засоренность. Двухмесячный научно-производственный журнал. Хлопок.№1. 1992. ВО Агропромиздат. –с.8-10.
6. Панов, И.М., Сучков, И.В., Ветохин, В.И. Вопросы теории взаимодействия рабочих органов глубокорыхлителей с почвой. В. кн.: Исследование и разработка почвообрабатывающих и посевных машин НПОВИСХОМ :М.1988. –с.30-56.
