СПОСОБ ДОЛГОВРЕМЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТЬЮ СТЕПНЫХ БИОГЕОСИСТЕМ ЮГА РОССИИ
METHOD OF LONG-TERM MANAGEMENT PRODUCTIVITY OF STEPPE BIOGEOSYSTEMS OF SOUTHERN RUSSIA

Изобретение относится к сельскому хозяйству, мелиорации, биогеосистемотехнике.
Калиниченко В.П., Шаршак В.К., Ладан Е.П. и др.
Известен способ повышения плодородия почвы путем роторно-фрезерной обработки и соответствующее почвообрабатывающее орудие, содержащее ротационный рыхлитель солонцового и подсолонцового слоев почвы (А.с. СССР №442760. A01B 49/00, A01B 33/10. БИ №34. 15.09.74. Приоритет от 11.12.72;  Длительное действие фрезерной мелиоративной обработки солонцов // Докл. РАСХН. 2008. №1. С.37-40. - прототип).
Шаршак В.К.
Халанский В.М., Горбачев И.В.
Известен способ агротехнической мелиорации почвы и соответствующее комбинированное почвообрабатывающее орудие МСП-2, содержащее безотвальный пассивный глубокорыхлитель и установленную за ним подпокровную фрезу ( Оценка машин и орудий для основной обработки солонцовых почв // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1987. №3. С.17-19; Сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 2003. 624 с. С.51 - аналог).
В данном способе имеется недостаток:
- рыхление почвы на глубину 45 см с одновременной роторной обработкой слоя 20-45 см (МПС-2) способствует снижению износа роторных рабочих органов и снижению тягового сопротивления почвообрабатывающего орудия, но при этом одновременно ослабляется биогеосистемный почвенно-мелиоративный эффект роторной обработки почвы. Слой почвы, взрыхленной пассивным глубокорыхлителем, преимущественно в виде крупных блоков, которому в процессе безотвального рыхления придается вертикальное ускорение, тут же поступает на подпокровную фрезу. В результате этого слой почвы, грубо дискретно разрыхленный пассивным глубокорыхлителем, слабо рыхлится роторным рабочим органом и преимущественно перебрасывается назад по ходу движения устройства, плотные крупные блоки иллювиального горизонта почвы слабо перемешиваются с блоками подсолонцового горизонта, причем и те, и другие остаются практически непроницаемыми для корней растений в период действия такой мелиоративной обработки почвы. Мелиоративный эффект оказывается недостаточным, его длительность составляет не более 6-10 лет, такое управление биогеосистемой не придает ей нового качества и долговременного тренда устойчивости, обусловливая относительно низкую продуктивность биогеосистемы и краткосрочный мелиоративный эффект.
Технической задачей, для решения которой служит предлагаемое изобретение, является увеличение продолжительности и величины устойчивого повышения плодородия почвы после ее агротехнической мелиорации, снижение затрат труда, энергии, материальных и финансовых ресурсов в мелиоративном цикле долговременного управления продуктивностью степных биогеосистем.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании изобретения, является создание возможности выполнять пассивное глубокое рыхление почвы и через 5-7 лет после него ротационное фрезерование внутренних слоев почвы, разуплотняя, перемешивая слои между собой с высоким качеством и надежностью, обеспечивая длительный почвенно-мелиоративный эффект устойчивого управления продуктивностью биогеосистемы и малые, приведенные к единице срока окупаемости, удельные затраты на создание устойчивых высокоплодородных биогеосистем.
Для решения поставленной технической задачи предлагаемый способ долговременного управления продуктивностью степных биогеосистем путем создания глубокого рыхлого слоя почвы включает проведение глубокого рыхления почвы почвообрабатывающими орудиями с пассивными рабочими органами и роторно-фрезерной обработки внутренних слоев почвы, а также предусматривает произведение роторно-фрезерной обработки внутренних слоев почвы через 5-7 лет после глубокого рыхления почвы почвообрабатывающими орудиями с пассивными рабочими органами.
Для выполнения способа долговременного управления продуктивностью степных биогеосистем могут быть применены устройства для глубокого рыхления почвы пассивными рабочими органами, например плуг ПС-3-40, а также для роторно-фрезерной обработки, например машина ФС-1,3.
Предлагаемый способ долговременного управления продуктивностью степных биогеосистем выполняется следующим образом.
Вначале плугом ПС-3-40 выполняют рыхление с сохранением на исходной позиции по вертикали почвенного профиля верхнего слоя почвы 20 см, слой почвы 20-45 см, в свою очередь, разрыхляется и перемешивается с формированием в почве фракций агрегатного состава до 50 мм (70%) и свыше 50 мм (30%). В период мелиоративного действия глубокого рыхления почвы пассивными рабочими органами почва обрабатывается согласно общепринятой технологии с образованием отдельных блоков почвы. Блоки, вынесенные при мелиоративной обработке из нижнего обработанного слоя в поверхностный слой, впоследствии разрушаются. Блоки, оставшиеся в слое 20-45 см, сохраняются в неизменном виде. Поэтому применение плуга ПС-3-40 без последующих мер управления биогеосистемой не придает ей долговременного тренда устойчивости продуктивности.
Затем через 5-7 лет после глубокого рыхления почвы почвообрабатывающими орудиями с пассивными рабочими органами выполняют обработку слоя почвы 20-45 см машиной ФС-1,3 с роторно-фрезерными рабочими органами.
Машина ФС-1,3 выполняет роторно-фрезерную обработку слоя почвы 20-45 см, производя фрезерование внутренних слоев почвы, разуплотняя и перемешивая их между собой с формированием преобладающей фракции агрегатного состава почвы 1-3 мм (до 40%), сохраняя гумусовый слой, стерню и травяной покров на поверхности почвы. В дальнейшем в мелиоративный период почва обрабатывается согласно общепринятой технологии.
Роторно-фрезерная обработка почвы в слое 20-45 см, в случае ее самостоятельного использования, обеспечивает качественное рыхление и перемешивание почвы, но рабочие органы мелиоративных орудий, которые рыхлят чрезвычайно плотный однородный слой почвы, испытывают значительный износ, что сопряжено с высокими затратами энергии, тяжелым режимом работы деталей и снижением надежности устройства.
В предлагаемом способе долговременного управления продуктивностью степных биогеосистем процесс создание глубокого рыхлого слоя почвы путем ее роторно-фрезерной обработки идет иначе ввиду того, что предварительно была выполнена глубокая обработки почвы пассивными рабочими органами.
Блоки почвы в слое 20-45 см непосредственно после глубокого рыхления почвы пассивными рабочими органами, например плугом ПС-3-40, перемежаются с просыпавшейся вниз в процессе проведения обработки плугом ПС-3-40 почвой верхнего слоя. Средняя связность слоя почвы 20-45 см после обработки низкая, податливость роторной обработки высокая, поскольку просыпавшаяся почва не оказывает значительного сопротивления, а блоки, не разрушенные плугом ПС-3-40, имеют грани, проникновение сквозь которые фрезеров роторного орудия облегчено по сравнению с фрезерованием сплошной уплотненной массы почвы. Это обстоятельство является неблагоприятным при комбинированной обработке почвы, когда подпокровное фрезерование выполняют в едином технологическом процессе с пассивным глубоким рыхлением, поскольку почва преимущественно перебрасывается фрезами назад, через себя, и в малой степени рыхлится. Долговременный тренд устойчивости продуктивности биогеосистемы не формируется.
Однако через 5-7 лет после глубокого рыхления почвообрабатывающими орудиями с пассивными рабочими органами почва в слое 20-45 см достаточно осела, армирована корневой системой растений, развивающейся в почве, просыпавшейся между блоками. Почва в целом уже не представляет собой смесь не связанных между собой блоков, как это имело место непосредственно после глубокого рыхления почвообрабатывающими орудиями с пассивными рабочими органами, а достаточно связна.
Последовательное во времени проведение безотвального рыхления и последующей за ним через 5-7 лет роторной обработки почвы позволит повысить качество рыхления почвы, поскольку предварительно взрыхленная почва поступает на роторный рабочий орган после того, как в ней прошел процесс стабилизации почвенного профиля после безотвального рыхления.
Крупные блоки почвы, не разрушенные безотвальным рыхлением, при использовании предлагаемого способа достаточно зафиксированы просыпавшейся между блоками и осевшей за несколько лет рыхлой фазой почвы из верхнего 0-20 см слоя, а также и самого слоя 20-45 см.
В то же время блоки почвы слоя, подлежащего роторно-фрезерной обработке, через 5-7 лет после глубокого рыхления еще относительно подвижны в окружающей их рыхлой почве. По этой причине дополнительное облегчение процесса их разделки роторным рабочим органом обусловлено динамическими явлениями. В частности, наталкиваясь на прочный блок, индивидуальный фрезер вначале отталкивает его, несколько смещая в направлении своего движения, а уже затем разрушает. Разрушение идет на фоне упругой деформации прилегающей почвы, что резонансно усиливает участие прилегающей почвы в разрушении блока. При этом существенно снижается динамическая нагрузка на отдельный фрезер, средние затраты энергии на фрезерование почвы, среднее тяговое сопротивление обработке почвы. В то же время рыхление идет интенсивно, без переброски блоков через ротор, как это, к сожалению, имеет место в случае применения, например, машины МСП-2.
Роторный рабочий орган по предлагаемому способу обрабатывает в целом относительно однородный достаточно плотный пласт почвы, чем обеспечиваются надлежащие условия качественного рыхления слоя почвы 20-45 см. В то же время предварительно взрыхленная 5-7 лет назад почва оказывает значительно меньшее сопротивление механической обработке, чем в случае прямой роторной обработки.
Роторно-фрезерную обработку выполняют до окончания нормативного срока мелиоративного действия глубокого рыхления почвы пассивными рабочими органами с тем, чтобы почва не просела избыточно, и при этом использовать практически весь период мелиоративного действия глубокого рыхления почвы пассивными рабочими органами, получить соответствующий экономический эффект.
При этом будет использован известный ранее эффект краткосрочного на 5-7 лет повышения плодородия почвы после глубокого безотвального рыхления почвы на глубину до 45 см и получен продленный за счет роторной обработки почвы в слое 20-45 см дополнительный эффект продолжительностью 30 лет.
Последовательное применение безотвального рыхления почвы на глубину 45 см и роторной обработки почвы в слое 20-45 см дает биологический, почвенный и экономический эффект, превышающий эффект изолированного применения известных мелиоративных способов обработки почвы.
Следовательно, применение предлагаемого способа в мелиоративном цикле придает новое качество биолого-хозяйственной системе синтеза и использования почв.
Экономический эффект долговременного управления продуктивностью степных биогеосистем определяется следующим образом.
Прибавка урожайности сельскохозяйственных культур от мелиоративного действия глубокого рыхления почвы пассивными рабочими органами составляет 20% в год.
Ввиду проведения обработки почвы машиной ФС-1,3 с роторно-фрезерными рабочими органами через 5-7 лет, т.е. на 1-3 года раньше нормативного срока 6-10 лет мелиоративного действия глубокого рыхления почвы пассивными рабочими органами, часть планируемой прибавки урожайности будет не получена.
Однако этот экономический результат будет полностью и с запасом скомпенсирован существенным уменьшением затрат на проведение обработки почвы машиной ФС-1,3 с роторно-фрезерными рабочими органами. Продолжительность мелиоративного действия обработки почвы машиной ФС-1,3 с роторно-фрезерными рабочими органами составляет более 30 лет. Прибавка урожайности 35% в год. Общий срок мелиоративного действия предлагаемого способа составит не менее 35-37 лет в мелиоративном цикле.
Использование нового последовательного во времени сочетания глубокого рыхления почвы пассивными рабочими органами и последующей через 5-7 лет роторно-фрезерной обработки внутренних слоев почвы создает возможность выполнять пассивное глубокое рыхление почвы и через 5-7 лет после него ротационное фрезерование внутренних слоев почвы, разуплотняя и перемешивая слои между собой с высоким качеством, надежностью. Обеспечивается длительный почвенно-мелиоративный эффект суммарной продолжительность 35-37 лет. Будут иметь место меньшие приведенные к единице срока окупаемости удельные затраты на создание устойчивых высокоплодородных биогеосистем, чем затраты при изолированном применении пассивного глубокого рыхления почвы и ротационного фрезерования внутренних слоев почвы, т.к. пассивное глубокое рыхление почвы на глубину 45 см позволяет нарушить цельность плотного слоя почвы и разделить его на блоки. Через 5-7 лет после хозяйственно-биологического использования мелиоративного периода пассивного глубокого рыхления, в процессе которого происходит некоторая фиксация блоков осевшей почвой, слой почвы 20-45 см подвергают новому этапу обработки уже орудиями с роторно-фрезерными рабочими органами. В результате предварительно взрыхленная почва оказывает значительно меньшее среднее сопротивление механической роторной обработке, чем это имеет место при применении отдельно прямой роторной обработки.
При использовании предлагаемого способа почва значительно интенсивнее измельчается, чем в случае известного ранее совместного последовательного применения пассивного глубокого рыхления и роторно-фрезерной обработки внутренних слоев почвы в одном почвообрабатывающем устройстве в едином технологическом процессе.