Способ беспахотного содержания почвы в междурядьях многолетних насаждений
METHOD OF NO-TILLAGE SOIL MANAGEMENT IN SPACES BETWEEN ROWS OF PERENNIAL PLANTINGS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к беспахотному содержанию междурядий многолетних насаждений после их посадки.
Известны способы обработки почвы и содержания многолетних насаждений: система черного пара, паросидеральная система, дерново-перегнойная система и их смеси.
Система черного пара, включающая осеннюю основную (пахота, рыхление), весенне-летние поверхностные (культивация, боронование) обработки почвы, затратна и экологически вредна (уплотнение и деструктуризация, деградация почвы), поэтому от такой системы содержания междурядий отказываются (Метлицкий З.А. Агротехника плодовых культур. Издание 2-е. – М.: Колос, 1973), так как постоянная паровая обработка (пахота) ведет к минерализации и потере органических веществ почвы (гибели микроорганизмов).
Паросидеральная система предусматривает посев в междурядья сидеральных культур на «зеленое » удобрение с последующей заделкой их в почву (RU 2029453 С1, 27.02.1995; RU 2239965 С1, 2004). Такая система содержания междурядий из-за большой трудоемкости и затрат на посев и заделку в почву сидеральных культур требует замены.
Дерново-перегнойная система предусматривает использование естественно растущих или посевных культурных трав и периодическое (до 6 раз) скашивание их в весенне-летние месяцы (Бузоверов А.В. Однолетние травы - источник органических веществ для почв сада // Садоводство и виноградарство, М., 1998, №4, С. 9-10; RU 2381640 С1, 31.07.2010). Такая система (технология), хотя и позволяет повысить плодородие почвы за счет внесения в почву растительных остатков, но не обеспечивает сохранности влаги в почве, чрезмерно уплотняет почву, требует больших затрат на ее обработку (пахота, культивация, боронование, посев). Поэтому такую систему необходимо усовершенствовать за счет рациональной поверхностной обработки почвы с целью создания плотного и равномерного мульчирующего слоя на основе адаптируемых к местным условиям естественно растущих трав.
В целом существующие вышеописанные системы (способы) содержания почвы междурядий многолетних насаждений не только затратны, но и экологически вредны, так как способствуют гибели микроорганизмов, а неизбежные при этом эрозионные процессы разрушают почву, смывая ее в водоемы.
Для поверхностной обработки почвы на глубину до 10 см все большее применение находят игольчатые диски, которые в настоящее время успешно применяются на пропашных и зерновых культурах, в луговодстве, овощеводстве, поэтому их необходимо применять (после доработки) технологических режимов и параметров в многолетних насаждениях.
Известны патенты и устройства на игольчатые бороны SU 1871390, SU 1544207, RU 2158064, RU 2071227, БИГ-3 разработаны для работы в полевых условиях, для интенсивного рыхления, разрушения почвенного пласта пропашных культур, при этом имеются недостатки: плохо копируют микрорельеф почвы, т.е. глубина обработки не постоянна, рабочие органы забиваются и залипаются почвой, а конструкция игл нуждается в совершенствовании.
Известно авторское свидетельство SU 1443832 А1, 15.12.88 «Способ создания мульчирующего слоя», по которому мульчирующий слой создается за счет посева многолетних злаковых трав и их подкашивания и вегетативного размножения за счет механического травмирования стеблей трав в течение не менее двух лет. Такая технология создания мульчирующего слоя требует больших материальных и трудовых затрат (посев, подкашивание, травмирование стеблей) и поэтому не нашла применения в сельском хозяйстве, нуждаясь в совершенствовании.
Известен патент RU 2459399 C1, 12.01.2011, «Способ содержания почвы в междурядьях винограда», предусматривающий посев высокоурожайных бобовых и злаковых трав в междурядьях виноградника, мульчирование этими травами, оставляемыми на корню без измельчения и заделки в почву, образуя в междурядьях мульчирующий слой. Такой способ позволяет на виноградниках создать мульчирующий слой, но требует сеялку для посева семян по необработанному полю, которой нет. Не решен вопрос и биологической совместимости высокорослых бобовых и злаковых трав с плодовыми деревьями и виноградом, вследствие чего и такой способ создания мульчирующего слоя в производстве применения не нашел.
Близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому технологическому результату является известный оптимизированный способ обработки и содержания почвы междурядий винограда (патент RU 2238621, 27.10.2004) с применением высева тритикале и одновременным внесением микроорганизмов и минеральных удобрений, который, хотя и позволяет повысить плодородие почвы, но нуждается в совершенствовании, так как ежегодный посев и механическая заделка тритикале в почву (дискование) чрезмерно уплотняет почву, не обеспечивая сохранности почвенной влаги, а искусственно внесенные микроорганизмы из-за их недостаточности (нет в производстве), однообразия и отсутствия условий для развития микробиологических процессов погибают, поэтому и такой способ не нашел производственного применения.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является патент RU 2397635 С1, 27.08.2010, по которому почву в междурядья сада многократно в течение вегетационного периода рыхлят, при этом используют как черный пар, так и операции дерново-перегнойной системы (периодических посев однолетних или многолетних трав, применяемых в качестве сидератов или задернителей). Используемый в прототипе черный пар приводит к деградации почвы, разрушению почвенной биоты, к негативным изменениям в биохимических процессах (Егоров Е.А., Петров B.C., Кузнецов Г.Я. Экологизация ампелоценозов биологическими способами организации земледелия // Научно-теоретический журнал «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук», №5, 2013 г.), посев же трав (сидератов) с последующей механической заделкой их в почву, дискованием, прикатыванием гладкими водоналивными катками и подкашиванием травы один-два раза за сезон, хотя и позволил повысить плодородие почв в междурядьях многолетних насаждений за счет внесения в почвы растительных остатков, но затратен (ежегодный посев), не обеспечивает сохранности влаги в почве, экологически вреден, поэтому нуждается в совершенствовании.
Аналогом заявленного устройства для беспахотного содержания почвы в междурядьях многолетних насаждений принимаем орудие для обработки почвы в междурядьях многолетних насаждений, включающее размещенные на раме посредством стоек сферические диски (SU 1701131 А1, 30.12.1991, кол-во с. 4, реферат, фиг. 1). Сферические диски применены в комплексе с плоскорежущими и чизельными лапами, которые защитную зону в рядах держат за счет контакта щупа (тяг, рычагов) с деревом (кустом). Такая конструкция сложна, недостаточно надежна, практического применения не нашла и поэтому нуждается в совершенствовании.
Цель изобретения - это совершенствование дерново-перегнойной системы содержания многолетних насаждений методом формирования травостоя естественно растущих почвопокровных трав оптимального видового состава путем периодического иглоукалывания с прикатыванием почвы, скашивания трав по мере их отрастания, измельчения скошенной растительной массы и заделки ее в землю, сокращения химических обработок и снижения числа проходов (операций машинных агрегатов), что позволит получить высококачественную продукцию.
На фиг. 1 дана технологическая система междурядий многолетних насаждений, на фиг. 1.1 - схема игольчатой бороны; на фиг. 1.2 - сферический диск с прорезными окнами; на фиг. 2 представлена конструктивно-технологическая схема рабочих органов; на фиг. 2.1 - роторный диск с игольчатыми лучами; на фиг. 3 показан поперечный разрез междурядий многолетних насаждений; на фиг. 3.1 - схема бороны дисковой для сплошной обработки почвы со сферическими вырезными дисками.
Суть изобретения предлагаемого способа беспахотного содержания почвы междурядий многолетних насаждений заключается (фиг. 1) в формировании и содержании междурядий многолетних насаждений без пахоты, культивации, боронования по схеме задернения междурядий (мульчирование), аэрации, позволяющих повысить производство - коммерциализацию.
Междурядья размером А (фиг. 1) включают: залуженные мульчирующие гряды шириной Б=(45-55%)А с технологической колеей С=(40-45%)А, с примыкающими к ним с двух сторон аэрационными глубокорыхлительными полосами шириной Д=(14-16%)А и двумя половинами механически не обрабатываемых приствольных полос шириной Е=(22-27%)А. Методом иглоукалывания роторными дисками с игольчатыми лучами 9 гряды Б залуживаются естественными почвопокровными травами, которые по мере отрастания скашиваются с измельчением и заделкой в стерню скошенной растительной массы; оставшаяся после скашивания на почве стерня и заделанная в нее измельченная растительная масса удобряют почву, обеспечивая рост травы до очередного скашивания и образования мульчирующего слоя.
Аэрационная глубокорыхлительная полоса Д обрабатывается (нарезается) щелерезами-глубокорыхлителями осенью не позднее конца октября в два следа два-три раза за сезон на глубину до 30…40 см с получением комковатой структуры с размером комков не более 50 мм и одновременным внесением основных доз минеральных удобрений в аэрационные полосы.
Приствольные полосы Е обрабатываются от сорняков, вредителей и болезней одновременно с обработкой (нарезкой) аэрационных глубокорыхлительных полос Д один-два раза в году методом их опрыскивания физиологически активными растворами.
Рабочие органы для совершенствования дерново-перегнойной системы содержания почв междурядий многолетних насаждений по предлагаемому способу беспахотного содержания почвы в междурядьях многолетних насаждений и образования мульчирующего слоя навешиваются (фиг. 2) на раму 1 с навеской 2 и опорным (копирующим) колесом 3, устанавливаемым механизмом 4 на заданной высоте. На раму 1 (по мере необходимости) навешиваются однотипные сферические вырезные диски 5 (далее диски), устанавливаемые на заданную глубину обработки почвы регулировочным устройством 6; игольчатая борона 7, включающая роторные диски 8 (фиг. 2.1) с игольчатыми лучами 9, выполненными по антифрикционной кривой (лагойде) (далее иглами), для образования на поверхности гряд Б лунок (пор) 9а, 9б (фиг. 1) и формирования мульчирующего слоя 10; рабочие органы для формирования аэрационной полосы щелерезами-глубокорыхлителями 11 (фиг. 2) Т-образной формы со стопором 12, наконечником-ножом 13, тукопроводом 14, шлангом 15 и бункером 16; роторная косилка 17 с центробежными ножами 18, стопором 19 и демпфером 20 для срезания травы 21 на заданной высоте с образованием стерни 22, в которую роторным барабаном 17 заделывается скошенная и измельченная растительная масса. Высота среза устанавливается копиром 23 и стопором 19 (фиг. 2).
м
До обработки почвы размещенными на фиг. 1, 2 рабочими органами междурядий А однотипными сферическими дисками 5, щелерезами-глубокорыхлителями 11, игольчатой бороной 7 с роторными дисками 8 и иглами 9 (фиг. 2.1), ротационной косилкой 17 с центробежными ножами 18 необходимо после первого года после посадки многолетних насаждений провести в мае месяце сплошную обработку междурядий А дискатором по трахоидальным кривым 24 сферическими вырезными дисками 25 (фиг. 3), где на поперечном разрезе междурядий многолетних насаждений видны трахоиды, размеры которых, определяющие качество обработки почвы в междурядьях А, зависят от скорости подачи (V), размеров и расстановки дисков. Диски (грядоделатели) формируют гряду Б и приствольную полосу Е, а аэрационная полоса Д с вертикальными каналами формируется щелерезами-рыхлителями 11 с наконечником-ножом 13, установленным под углом 10…15° к опорной поверхности (фиг. 1, 2).
Однотипные сферические вырезные диски 25 размещены зеркально на отдельных стойках в двух рядах (фиг. 3.1) с прорезными окнами 25 (фиг. 1.2) и установлены под углом к горизонтальной и вертикальной плоскости и вогнутостью друг к другу, что позволяет снизить их обороты при обработке почвы, лучше дробить почву за счет пересыпания ее в окна, снизить тяговое сопротивление дискатора.
Сферические диски 5 (фиг. 1) расставлены индивидуально в два ряда для поверхностной обработки аэрационных полос Д из расчета по три дисков на полосу.
Игольчатая борона 7 (фиг. 1, 2) с роторными дисками 8 диаметром 500-600 мм, иглами 9 диаметром 9…12 мм, рабочие части которых выполнены по антифрикционной кривой (лагойде) с заостренными концами 27, размещены на роторном диске 8 (фиг. 2; 2.1) и установлены последовательно на квадратных валах 28, 29 на равном расстоянии 15…20 см друг от друга, но не более половины их диаметра, с межосевым расстоянием между рядами не более одного диаметра диска, образуют две батареи 30, 31 (фиг. 1), опирающиеся на корпуса подшипников 32, 33 (фиг. 2), которые посредством стоек 34, 35 за счет фланцев 36, 37, соединенных осями 38, перемещаются, изменяя при этом угол α осей квадратных валов 28, 29 с иглами 9 относительно направления движения агрегата от 0 до 15° (фиг. 1) изменением зазора между дисками.
1
2
1
2
На фиг. 1; 1.1 показано изменение угла наклона квадратного вала с игольчатыми дисками (угла атаки) на угол α, при этом видно, что ширина захвата при угле α=0 равна диаметру игл, а при угле α>0 ширина захвата одного игольчатого диска 8 увеличивается до величины вертикальной проекции вершин игл на горизонтальную плоскость f, вследствие чего одновременно происходит не только изменение угла атаки, но уменьшение числа оборотов дисков 8 (торможение), т.е. оси батареи 30, 31 с иглами 9, установленные с разным углом атаки, будут иметь различную угловую скорость вращения ω и ω (фиг. 2). При максимально возможном угле наклона осей батарей 30, 31 происходит (особенно в зоне авс) более интенсивное укалывание иглами 9 гряды многолетних трав Б, образуются многочисленные каналы (поры) 9а, 9б в почве (фиг. 1; 3), при этом вращение игл 9 с разной угловой скоростью ωи ω способствует самоочищению рабочих органов от растительных остатков и залипания.
Игольчатая борона 7 с батареями 30, 31 может работать в двух вариантах: с горизонтальными валами 28, 29 (α=0), образуя в грядах Б лунки (поры) 9а, и с наклонными валами 28, 29 (α>0), образуя на грядах Б поперечные канавки 9б (от складывания величин f).
Первый вариант основной для работы на структурных (плотных) почвах, когда образованные лунки (поры) 9а в течение не менее 5-7 дней не разрушаются (стабильны).
Второй вариант предназначен для работы на неплотных, бесструктурных почвах, когда лунки (поры) 9а не стабильны (плывут, разрушаются сразу после их нарезки). На грядах Б, наклоненных на угол α игольчатых дисков 8 (величин f), образуются канавки 9б (фиг. 1). При образовании на грядах Б лунок (пор) 9а одновременно с иглоукалыванием гряд происходит прикатывание почвы основаниями игл игольчатых дисков 8 (фиг. 2.1).
Равномерность заглубления игл и конструктивно заданная кинематика батарей 30, 31 регулируется центральной тягой навески 2 и скоростью трактора (фиг. 1.2).
Приствольные полосы Е обрабатываются от сорняков, вредителей и болезней в период опрыскивания по мере надобности распылителями 39 (фиг. 3) физиологически активными растворами. Плодовые культуры 40 при этом не обрабатываются (изолируются).
1
3
Способ беспахотного содержания почвы в междурядьях многолетних насаждений осуществляется следующим образом: междурядья (гряды, аэрационные и приствольные полосы) после первого года посадки многолетних насаждений в мае месяце предварительно обрабатывают сферическими дисками на глубину h до 17 см с образованием мелкозернистой структуры с размером почвенных агрегатов (комков) от 5 до 50 мм и плотностью почвы 1,0…1,1 г/см.
2
1
2
2
Технологический процесс обработки гряд иглоукалыванием (фиг. 3) для создания мульчирующего слоя (дернины) толщиной до h=15 см заключается в следующем: иглы 9 батарей, вращаясь с различной угловой скоростью ω и ω, образуют лунки (поры) 9а, 9б поперечным размером d=9…12 мм (фиг. 1; 2), глубиной до 50 мм для стимулирования роста естественно растущих покровных трав и создания мульчирующего слоя за счет двух-трех обработок в первый год после посадки многолетних насаждений высотой h до 15 см.
2
Образованные иглами лунки (поры) действуют до полного разрушения от одного до двух месяцев, улучшается инфильтрация воды, уменьшается испарение влаги, задерживается высушивание, а также улучшается аэрация почвы. Кроме того, после каждого прохода игл почва основаниями игл одновременно с иглоукалыванием прикатывается, что увеличивает контакт почвы с семенами и корнями естественно растущих трав, семян которых в земле всегда достаточно, для создания мульчирующего слоя, значительно уменьшается при этом и испарение влаги с поверхности гряд, а за счет аккумуляции органических веществ повышается активность биоценоза, масса мульчи достигает 20 кг/м.
Аэрационная полоса рыхлится осенью не позднее конца октября, после уборки плодов, щелерезами-глубокорыхлителями в два следа два-три раза за сезон на глубину до h4=30…40 см, нарезается щель вплотную к грядам Б (с размером комков не более 50 мм) прямоугольного сечения с вертикальными стенками, с помощью наконечника щелереза-глубокорыхлителя, на дно щели вносят основную дозу минеральных удобрений, одновременно с нарезкой щели подрезаются горизонтальные корни деревьев (кустов), после чего такие корни отрастают вновь, углубляются в землю, питание возделываемой культуры при этом улучшается (Мельник А.В. Формирование и обрезка интенсивных насаждений яблони // Научно-производственный журнал «Новости садоводства», специальный выпуск, Украина, Черкасская область, г. Усмань, 2006).
Трава на гряде Б скашивается роторно-барабанной косилкой с Г-образными шарнирными ножами и башмаками, копирующими высоту среза, по мере отрастания при высоте не менее 7 см в апреле-июле месяце до 5 раз за сезон.
Скошенная и одновременно измельченная косилкой растительная масса (для повышения плодородия почвы под воздействием микроорганизмов) заделывается путем контакта ее с почвой в образованную стерню, оставшуюся после прохода косилки, а увядающие корни травы служат дополнительным материалом для воспроизводства почвенного плодородия (гумуса).
В существующих методических рекомендациях («Низкозатратная технология производства плодов семечковых культур в садах короткого цикла». - Краснодар, 2012, СКЗНИИСиВ) для образования в междурядьях мульчирующего слоя необходимо провести (стр. 15) 5-7 междурядных обработок, в том числе перепашку, посев сидеральных культур. В отличие от таких рекомендаций в предлагаемом способе беспахотного биологизированного содержания многолетних насаждений основу образования мульчирующего слоя составляют растущие в конкретном регионе естественные травы (покровные культуры), укоренение которых на грядах формируется иглоукалыванием, образованием в земле многочисленных лунок (пор) для стимулирования роста трав, количество которых и размеры определяются конструкцией игольчатых дисков, а на грядах при этом создается идеальный фон для развития корневой системы естественных трав, семян которых в почве всегда в избытке (не надо сеять, например, третикалий), и поэтому земля надежно мульчируется, иглы при вращении заглубляются в почву на 30…50 мм и при входе-выходе образуют лунки (поры) диаметром, соответствующим диаметру и кинематике игл, происходит вытеснение из почвы углекислого газа (аэрация) и его замещение азотом воздуха (Уильям Ричардс, В.Л. Гофман, Д.П. Шелтон и др. Система и методы рационального землепользования, изд. Export-Import, США, 1999, 184 стр.).
Сформированные на грядах естественно растущие травы (покровные травы, мульча) увеличивают инфильтрацию воды и уменьшают испарение влаги с поверхности почвы, снижают ее высушивание, практически исключают воздушную и водную эрозию, значительно улучшают экологию.
Разность температуры между поверхностью почвы гряд и под мульчей (внизу гряды) достигает 5°С, благодаря чему дополнительно улучшается водообеспеченность естественно растущих трав за счет атмосферной ирригации.
Применяемые в настоящее время сферические диски недостаточно хорошо дробят почву, а главное - не регулируется скорость их вращения. Поэтому необходимо заменить применяемые сплошные сферические диски на диски с прорезными окнами, представляющие собой сферически катящийся орган, на рабочей поверхности которого вырезаны окна, сплошным остается только лезвие.
Предложенный способ (по сравнению с дерново-перегнойной системой содержания почвы в междурядьях многолетних насаждений) позволяет создать равномерный плотный мульчирующий слой за один год вместо пяти лет.
3
Такое создание мульчирующего слоя экономно по потреблению влаги для выращивания естественных трав, так как не является существенным конкурентом возделываемых плодовых культур, например яблонь, а отсутствие операций пахоты, культивации, рыхления почвы способствуют интенсивному развитию жизнедеятельных организмов - главному показателю экологического содержания почвы для повышения плодородия. Удобрений при этом вносить не надо, плотность почвы снижается до 1,0 г/см, ликвидируется водная и ветровая эрозии, что открывает возможности обеспечения более скороспелой валовой прибыли по сравнению с существующей дерново-перегнойной системой возделывания многолетних насаждений.
Предложенный способ отличается тем, что мульчирующий слой, формируемый игольчатыми дисками, размещенными на осях в два ряда, создается методом иглоукалывания, при этом расстояние между игольчатыми дисками во фронтальной проекции по ходу движения агрегата не более половины диаметра игольчатого диска, а расстояние между осями дисковых батарей не более диаметра игольчатых дисков.
Производственные опыты, проводимые с 2010 года в КСП «Светлогорское» Краснодарского края на площади 500 га, подтверждают правильность предложенного способа беспахотного содержания почвы в междурядьях яблоневого сада.
3
Предложенный способ беспахотного содержания почвы в междурядьях многолетних насаждений существенно отличается от известных тем, что междурядья мульчируются естественно растущими травами, позволяющими обеспечить микропористую структуру почвы, обеспечить достаточную вентиляцию, сохранность влаги в жаркое время года и плотность почвы не более 1,2 г/дм, способную выдерживать движение опрыскивателей и др. машин при их проходе по сплошному мульчирующему слою растений, практически ликвидировать воздушную и водную эрозию почв, прекратить их деградацию, восстановить плодородие почв, отказаться от пахоты.
После двух-трех лет содержания почвы под многолетними культурами без пахоты повышается активность почвенных микроорганизмов, улучшаются ее физические свойства.
Потребителями предложенного способа могут стать виноградные, плодовые и многоотраслевые хозяйства юга России. В дальнейшем возможно внедрение данной технологии в другие регионы России, страны ближнего и дальнего зарубежья. Всего на юге России около 180 специализированных виноградных и плодовых хозяйств с общей площадью 150 тыс. га, из них по Краснодарскому краю - 66 хозяйств общей площадью 74 тыс. га, по Ставропольскому краю - 49 общей площадью 75 тыс. га, по Республике Дагестан - 75 специализированных хозяйств общей площадью 19 тыс. га, по Республике Северной Осетии - Алании - 15 хозяйств.