В статье представлены различные технологии предпосевной обработки почвы. Проведён сравнительный анализ всех технологий. Выведены и обозначены все преимущества и недостатки каждой технологии в отдельности. Приведены данные о природно-климатических, физико-механических показателях пахотных земель Тюменской области. На основе этих данных выбрана наиболее подходящая технология возделывания сельскохозяйственных культур в нашем регионе. Предложено техническое решение позволяющее соблюдать агротехнические требования по обеспечению установленной глубины посева путем применения трубчатых элементов с изменяемой жёсткость в конструкции сошниковых групп сеялок.
Ключевые слова:почва, технология, климатические условия, свойства почв, влажность, обработка почвы, сошниковая группа.
Задачи, возникающие при обработке почвы в целях создания оптимальных условий для жизни растений, решаются различными способами, приемами и системами. Система обработки почвы должна быть составлена с учетом энергосбережения и иметь почвозащитную направленность. В основу ее классификации положены следующие признаки:
1. Биологические и технологические особенности возделываемых культур: Это и озимые и пропашные. Так же разделяют под яровые, зерновые и зернобобовые.
2. Предшественники: после озимых и яровых зерновых; многолетних трав; пропашных; однолетних трав в занятом пару (сидеральный пар); чистые нары.
3. Одним из основных факторов является насколько почва подвержена ветровой и водной эрозии, а так же каков уровень загрязнения радионуклидами.
4. Гранулометрический состав и тип почв: песчаные и супесчаные; легко- среднесуглинистые; тяжелосуглинистые; торфяные; переувлажненные минеральные.
5. Время проведения обработки почвы: основная; предпосевная; послепосевная.
Это первая наиболее глубокая обработка, выполняемая после уборки предшествующей культуры определенным способом, самостоятельно или в сочетании с приемами поверхностной обработки для решения главных задач обработки. Она коренным образом улучшает почвенные условия жизни сельскохозяйственных культур. В результате ее проведения изменяется строение пахотного слоя почвы, обеспечиваются наиболее благоприятные условия для протекания биологических, физико-химических и физических процессов, усиливается круговорот питательных веществ. Вследствие улучшения газообмена, оптимизации водного и теплового режимов усиливается активность почвенной микрофлоры, что увеличивает содержание в ней доступных для растений форм азота, фосфора, калия, магния, серы, железа и других жизненно важных элементов питания растений. Основная обработка почвы значительно очищает почву от семян и вегетативных органов размножения сорной растительности, зачатков болезней и вредителей сельскохозяйственных культур. При ее осуществлении заделываются в почву удобрения, растительные остатки, создаются условия для защиты почвы от эрозионных процессов, миграции радионуклидов в подпахотные слои почвы [1 с. 1].
На данный момент существует четыре наиболее распространённых технологий предпосевной обработки почвы, Классическая (отвальная); минимальная(безотвальная); нулевая(no-till); комбинированная (strip-till).
Во всём мире лидирующую позицию занимает классическая – отвальная технология обработки почвы. На её долю приходится более 70% всех пахотных земель планеты. При вспашке происходит — воздействие на почву рабочими органами почвообрабатывающих орудий (отвальный плуг). При проходе плугом происходит подрезание и переворачивание - отвал слоя почвы для изменения положения слов почв с различными физико-механическими свойствами [2, с. 1].
Характеристика данной технологии представлена в таблице 1.
Таблица 1
Достоинства и недостатки традиционной технологии
|
Достоинства |
Недостатки |
|
отсутствие или минимальное количество химических средств обработки растений при борьбе с сорняками |
потеря гумуса почвы |
|
наличие хорошо разработанной технологии и стандартной техники для обработки почвы |
снижение плодородия почв с течением времени |
|
|
снижение плодородия почв с течением времени |
|
|
сильное влияние на урожайность количества осадков и их распределения в течение вегетационного периода |
|
|
образование «подплужной подошвы» |
|
|
большое количество проходов техники в течение вегетативного периода, особенно при выращивании пропашных культур |
|
|
большие трудозатраты и как следствие большие финансовые затраты |
Минимальная технология или проще говоря безотвальная принципиально отличается от классической только тем, что обработка почвы производится плугом со снятым отвалом, чизельным плугом, чизельным культиватором. Отвал и переворачивание слоёв почвы не происходит, в результате этого сохраняется стерня (жнивьё) на поверхности почвы.
Такаю технологию целесообразно применять в условиях недостаточной увлажнённости почв подверженных ветровой эрозии. Благодаря сохранению верхнего слоя, почва лучше удерживает влагу и создаются благоприятные условия для образования гумуса.
Нулевая технология обработки почвы (No-Till). Эта технология предполагает отказ от перепахивания земли, посев по стерне, применение покровных культур и грамотное использование севооборота. Всю работу выполняет специальная сеялка, которая срезает пожнивные остатки, распределяет их по почве, делает в ней борозду нужной глубины, аккуратно высаживает туда семена и закрывает семенное ложе. Растительные остатки (мульча) остающиеся на поверхности защищают почву от быстрого высыхания и ветреной эрозии. Слой, содержащий воду гораздо толще, чем при традиционной обработке. Так как почва не подвергается механическому воздействию, не нарушается среда обитания микроорганизмов, насекомых энтомофагов, дождевых червей. Нулевая обработка поможет сохранить урожай при нехватке влаги в засушливые года, благодаря тому, что влага испаряется гораздо медленнее из-за покровного слоя [3, с. 62].
Таблица 3
Характеристика технологии NO-TILL
|
Достоинства |
Недостатки |
|
Снижение расхода ГСМ на 50 - 70% по с равнению с традиционной технологией |
Риск снижения урожайности при переходе с традиционной на нулевую технологию обработки почвы. |
|
Улучшение плодородия за счёт прироста гумуса около 0,3% в год. |
Увеличивается количество применяемых гербицидов на начальном этапе. |
|
Снижение эрозии почв. Сохранение достаточной влажности в околокорневом слое почвы |
Высокая стоимость сеялок прямого посева. |
|
Сокращение количества сельскохозяйственных машин используемых при посеве. |
Риск возникновения проблем с вредителями и болезнями. |
|
Снижение количества минеральных удобрений и гербицидов на 30% через 3 года использования данной технологии. |
Усиление дефицита минерального азота. |
|
Снижение трудозатрат в 3 раза. |
|
Комбинированная (strip-till) (полосное вспахивание) - это система рационального природопользования, при которой происходит минимальная обработка почвы. Она сочетает в себе преимущества обычной обработки почвы, такие как просушку почвы и прогрев, с возможностью защиты почв при пашне благодаря тому, что затрагивается лишь тот участок почвы, в который закладывается ряд семян. Каждый ряд, вспаханный приспособлениями для полосной почвообработки, как правило, около 20-25 см в ширину. Еще одно преимущество Strip Till в том, что фермер может применять химикаты и удобрения одновременно [4, с. 1].
Полосное рыхление отлично подходит для большинства регионов Центральных областей России. Благодаря системе стрип-тилл можно решить такие проблемы почвенно-климатических условий, как:
· короткий вегетационный период;
· низкое плодородие почв с недостаточным содержанием органики;
· обилие многочисленных сорняков;
· заплывающие почвы.
При составлении системы обработки почвы необходимо учитывать количество и характер выпадающих осадков и их распределение в году, сумму положительных температур, продолжительность вегетационного периода, гранулометрический состав почвы, мощность пахотного слоя, содержание гумуса, степень увлажнения почвы, подверженность эрозии. Необходимо учитывать, из-под какой культуры и когда освобождается поле, степень засоренности и какая биологическая группа сорняков преобладает. Всякая система обработки почвы осуществляется с учетом биологических особенностей и порядка чередования возделываемых в севообороте культур.
В связи с природно-климатическими условиями на данный момент в Тюменской области, в основном, развита классическая технология обработки почвы. Общая площадь сельскохозяйственных угодий Тюменской области составляет 3383 тыс. га. Из них пашня составляет 1397.3 тыс. га, или 41.3%.
Наряду с уменьшением пахотных площадей происходит и процесс дегумификации почв, связанный с интенсивным выносом питательных веществ, использованием земель при недостаточных объемах внесения минеральных и органических удобрений.
Выбытие пахотных земель из сельскохозяйственного оборота во многом обусловлено их низким качеством. По результатам агрохимического обследования 1237.5 тыс. га пахотных земель, проведенного государственными станциями агрохимической службы «Ишимская» и «Тюменская» за 5 лет, выявлено, что 402.2 тыс. га (32.5%) бедны фосфором. Его наибольшие потери характерны для Аромашевского, Вагайского, Викуловского, Тобольского, Сорокинского, Армизонского и Бердюжского районов. Низким является содержание обменного калия на 38.4 тыс. га (3.1%); прежде всего это Вагайский и Тобольский районы. На пашни с низким содержанием гумуса приходится 345.2 тыс. га (27.9%). Значительное снижение гумуса отмечено в Аромашевском, Вагайском, Викуловском, Нижнетавдинском, Сорокинском, Тобольском, Юргинском и Ярковском районах. Кислую реакцию имеют 691.1 тыс. га (55.8%) пахотных угодий. Максимальна их доля в Упоровском, Викуловском, Армизонском, Нижнетавдинском, Исетском и Заводоуковском районах [5, с. 1].
Из-за равнинного характера местности, медленного схода паводковых вод, гидрогеологических условий более трети сельхозугодий юга области переувлажнены, прежде всего это Вагайский, Тобольский, Нижнетавдинский и Бердюжский районы. Но в целом состояние земельных ресурсов области можно оценить как удовлетворительное, однако по-прежнему актуальны проблемы деградации земель, вызванные эрозией, переувлажнением и заболачиванием, загрязнением.
Применене полосной технологии обработки почвы Strip-Till позволит уменьшить эрозию почвы и снизить затраты на ГСМ, используемые в процессе обработки почвы за счет снижения ширины обработываемой части почвы. Данная технология позволит увеличить гумусный слой и повысить в почве процент необходимых минеральных веществ и органических удобрений, так как технология полосной обработки почвы позволяет вносить удобрения непосредственно вовремя высева семян. Наиболее подходящими районами для внедрения данной технологии в Тюменской области являются Голышмановский, Омутинский, Упоровский и Тюменский районы.
При внедрении технологии необходимо учитывать, что различные физико-механические свойства почвы оказывают влияние не только на тяговое сопротивление агрегата, но и на нестабильность движения рабочего органа на установленной глубине [6, с. 21].
Под действием силы сопротивления почвы, приложенной к рабочему органу, возникает изгибающий момент М, который можно определить из выражения [7, с 143]:
, (1)
где: ρ – радиус кривизны нейтрального слоя, 1/мм;
Е – модуль упругости материала, МПа;
J – момент инерции поперечного сечения, мм4.
Произведение EJ носит название жесткость балки при изгибе.
Рассмотрим интеграл Мора [6] как основную закономерность определения перемещения рабочего органа на стойке, длинной L:
, (2)
где: М – изгибаюший момент от внешней силы, Нм;
М1 – изгибаюший момент от единичной силы, Нм;
Направив единичную силу вертикально, мы имеем возможность определить перемещение лапы относительно установленной глубины. Из выражения 2 видно, что перемещение лапы обратно пропорционально жесткости стойки на изгиб. Т.е. для обеспечения стабильности хода необходимо достичь жесткости, которая в определенных условиях дает перемещение лапы в пределах, установленными агротехническими требованиями.
Использование гибкого трубчатого элемента в сошниковой группе позволяет изменять жесткость (EJ) за счет изменения момента инерции до подачи жидкости под давлением J1 и после - J2 [5]:
(3)
где: Jс, Jсd – момент инерции сечения стойки до и после деформации;
Jd– момент инерции жидкости, заключенной во внутренней полости стойки;
Eст, Еd – модуль упругости стали и жидкости, МПа.
В нашем случае Jdзависит от величины гидравлического давления.
Используя предлагаемую методику расчета, можно выявить зависимости между физико-механическими свойствами почвы и конструктивными параметрами стойки с изменяемой жесткостью, а, значит, и стабилизировать движение лапы на почвах с различными физико-механическими свойствами при использовании технологии Strip-Till.
Литература:
1. Научно-информационный журнал «Биофайл» [Электронный ресурс] http://biofile.ru/bio/18422.html - Загл. с экрана (Дата обращения 15.03.2015)
2. Аграрный портал «Агрономика» [Электронный ресурс] http://agronomic.ru/ - Загл.с экрана. (Дата обращения: 16.03.2015).
3. Киргинцев Б.О. Статья «Современные технологии возделывания зерновых культур и их эффективность»/ Киргинцев Б.О.; Кокошин С.Н.. Тюмень 2014 г. Журнал «Вестник Государственного Аграрного Университета Северного Зауралья» №4(27) стр. 62-64
4. НьюТехАгро (Newtechagro) [Электронный ресурс] http://newtechagro.ru/catalog/strip_till_tehnologiya__striptillrf.html - Загл. с экрана (Дата обращения 16.03.2015).
5. admtyumen.ru [Электронный ресурс] admtyumen.ru›html/upload/3. Земельные ресурсы. Загл. с экрана (Дата обращения 14.03.2015).
6. Кокошин С.Н. Обоснование параметров культиваторной стойки с изменяемой жесткостью: автореферат дис. канд. техн. наук: 05.20.01/ С.Н. Кокошин. – Новосибирск, 2013. – 21с.
7. Степин П.А. Сопротивление материалов / П.А. Степин. Санкт Петербург: Лань, 2012. – 320с.
