Интегральный критерий оценки качества обработки почвы для чернозёмных почв центрального Предкавказья

2. Средняя интенсивность эрозии на участках с различными морфометрическими характеристиками

Морфометрические Средняя интенсивность

характеристики эрозии м/га

Уклон те рритории

<1° 8,9

1-3° 17,3

3-5° 20,0

>5° 18,4

Экспозиция склона

северная 9,2

северо-восточная 11,1

восточная 15,2

юго-восточная 17,5

южная 19,1

юго-западная 17,8

западная 12,2

северо-западная 11,5

плоские участки 4,7

ванных земель на территориях с уклоном 3—5°. На данных участках на 1 га пашни приходится 20 м эрозионных размывов. При этом для участков с уклоном >5° этот показатель составляет 18,4 м/га, что, на наш взгляд, связано с маленьким объёмом выборки подобных земель (12 тыс. га). При уменьшении уклона отмечается закономерное снижение интенсивности эрозии.

Анализ экспозиций склонов деградированных земель и средней интенсивности водной эрозии показал, что наиболее подвержены данному виду деградации склоны южной экспозиции, интенсивность эрозии на которых составляет 19,1 м/га, для юго-западной экспозиции — 17,8 м/га, юго-восточной — 17,5 м/га. Наименее подверженные — плоские участки пашни (4,7 м/га) и участки с северной экспозицией (9,2 м/га).

Выводы. Полученные нами результаты свидетельствуют о преобладании процессов водной эрозии на пашне с уклонами более 3°, что наряду с прямолинейной организацией территории и тенденцией к выпадению осадков ливневого характера способствует формированию интенсивных водотоков. Установлено влияние на развитие процессов водной эрозии склонов тёплых экспозиций (юго-восточная, южная, юго-западная), что связано с обильным снеготаянием в весенний период за

счёт дополнительно поступающего тепла. В случае увеличения количества осадков в зимний период роль этого фактора будет возрастать.

Для повышения эффективности определения факторов развития водной эрозии в крайне неоднородных почвенно-климатических условиях Ставропольского края необходимо рассматривать их в комплексе, учитывая помимо морфометри-ческих характеристик и особенности почвенного покрова, а также важную роль каркаса из полезащитных лесных полос.

Особую роль при проведении подобных исследований играют современные информационные технологии, в частности ГИС-технологии и данные дистанционного зондирования Земли.

Литература

1. Антонов С.А. Тенденции изменения климата и их влияние на земледелие Ставропольского края // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 4 (66). С. 43-46.

2. Информационно-аналитическая система «АГРОКЛИМАТ». [Электронный ресурс]. Михайловск: ГНУ Ставропольский НИИСХ Россельхозакадемии, 2012. URL: http://climate. sniish.ru / (Дата обращения: 13.11.2018 г.).

3. Петрова Л.Н., Желнакова Л.И. Система сухого земледелия и пути её совершенствования в Ставропольском крае // Защитное лесоразведение и мелиорация земель в степных и лесостепных районах России. Итоги и опыт за 50 лет, задачи на ближайшую перспективу: матер. всерос. науч.-практич. конф. М., 1999. С. 66-72.

4. Кулинцев В.В., Годунова Е.И., Желнакова Л.И. и др. Система земледелия нового поколения Ставропольского края: монография. Ставрополь, 2013. 520 с.

5. Письменная Е.В. Мониторинг состояния земель сельскохозяйственного назначения центрального Предкавказья / Е.В. Письменная, В.А. Стукалов, А.В. Лошаков [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. 2016. №1 (21). С. 123-126.

6. Trukhachev V.I., Esaulko A.N., Antonov S.A., Loshakov A.V., Sigida M.S. etc. Water Erosion Monitoring On The Territory Of Agrolandscapes Stavropol Territory By Remote Methods // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. November-December 2018. № 9(6). Pp. 1766-1769.

7. Антонов С. А. Оценка развития процессов водной эрозии на территории агроландшафтов Ставропольского края и их влияние на продуктивность / С.А. Антонов, А.Н. Есаулко, М.С. Сигида [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. 2018. № 1 (29). С. 67-72.

8. Лурье И.К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1997. 115 с.

9. Сухановский Ю.П. Модель с программным обеспечением для прогнозирования дождевой эрозии почв для пахотных земель. Курск: ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2007. 24 с.

10. Wischmeier W.N., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses // US DA Agr. Handbook № 537. Washington, 1978. 61 p.

11. Булыган С.Ю., Ачасов А.Б. Лисецкий Ф.Н. Использование интегрального анализа данных дистанционного зондирования и цифровых моделей рельефа при картографировании почвенного покрова Черноземной зоны // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. 2012. № 21 (140). С. 143-153.

Интегральный критерий оценки качества обработки почвы для чернозёмных почв Центрального Предкавказья

Ю.А. Кузыченко, д.с.-х.н, ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ

При сравнении и оценке двух или нескольких почвообрабатывающих орудий, предназначенных для выполнения однотипных операций, исполь-

зуются некоторые технологические (крошение, глыбистость, гребнистость, устойчивость хода по глубине) и эксплуатационные (производительность, удельные топливные и энергозатраты) показатели работы почвообрабатывающих агрегатов [1, 2].

Но чаще всего применяемые орудия по тем или иным технологическим показателям или превосходят, или уступают принятой градации качества обработки почвы [3]. Кроме того, агрофизические условия в пахотном слое почвы в различные периоды обработки неоднозначны [4, 5]. Поэтому необходимо информативное обеспечение применения того или иного отвального или безотвального орудия в соответствии со сложившимися условиями в пахотном слое для достижения качественной разделки пласта почвы на основе интегрального показателя качества обработки.

Цель исследования — разработка обобщённой оценки качества обработки почвы и расчёт удельных энергетических затрат на единицу площади поверхности разделов почвенных агрегатов при разрушении пласта почвы орудиями.

Материал и методы исследования. Исследование проводили на опытном поле — полигоне ФГБНУ СНИСХ. Почва опытного участка: чернозём обыкновенный малогумусный среднемощный средне-суглинистый. Содержание гумуса в слое 0—20 см составляет 3,2%, подвижного фосфора — 18,5 мг/кг почвы, обменного калия — 188 мг/кг.

Технологические показатели обработки почвы определяли по стандартным методикам [3]. Тяговые испытания проводили в агрегате с почвообрабатывающими орудиями, имеющими различные конструктивные особенности рабочих органов: отвальным плугом ПЛН-5-35; плугом со стойками СибИМЭ; чизельным плугом ПЧ-4,5; плоскорезом-глубокорыхлителем ПГ-3-100, глубина обработки 20—22 см. Измерение тягового сопротивления орудий при различной влажности пахотного слоя почвы проводили, используя электронно-измерительный комплекс ЭМА — ПМ, установленный на тракторе Т-150К.

На основании методики, разработанной в КНИИСХ [6], для расчёта интегрального показателя качества обработки почвы при различной влажности пахотного слоя выбраны следующие критерии: у1 — отклонение от глубины обработки, см; у2 — глыбистость поверхности почвы, %; у3 — степень крошения почвы, %; у4 — гребнис-тость поверхности почвы, см. Обобщённый критерий D определяется как среднее геометрическое желательности отдельных показателей:

б=^  й к2 2 • 43 • й 44,

где й1 ... йА — значение желательностей 1—4 показателей;

к ... к4 весомость (важность) 1—4 показателей; п = 4 — количество показателей.

Весомости показателей, рассчитанных на основании экспертной оценки, принимают следующие значения: к1 = 0,26; к2=0,27; к3=0,37; к4=0,09 [7].

Для упрощения расчётов площади поверхности почвенных агрегатов принимается положение, что образующиеся при крошении комки имеют форму

кубиков [8]. Площадь Бр (м2/м3) поверхности разделов разрыхлённой почвы определяется по формуле:

5 = 6

—^ + -К, К

+... + -

К

4 2

где К1, К2 ... Кп — диаметры агрегатов фракционного состава, см;

п 1, п2 ... п3 — доля соответствующих фракций, %.

При известной тяговой мощности трактора и суммарной площади поверхности разделов образующихся комков удельный расход мощности на единицу поверхности разделов рассчитывается по формуле:

9 = X/ Бр,

где 9 — удельный расход мощности на 1 м2 поверхности разделов комков почвы, кВт/м2; N — тяговая мощность трактора, кВт; 8р — площадь поверхности разделов комков, м2.

Результаты исследования. Опуская промежуточные расчёты, в таблице 1 приводятся натуральные значения технологических показателей и интегральный показатель качества обработки Б при различной влажности пахотного слоя почвы.

Анализ графической части исследования (рис.) показал, что если речь идёт о полупаровой обработке почвы, когда почва несколько иссушена (влажность пахотного слоя в диапазоне 11—12%), то наиболее предпочтительными являются приёмы обработки с применением отвального плуга ПЛН-5-35 или плуга с безотвальными стойками СибИМЭ, имеющие большее значение показателя Б =0,87. В зоне оптимального крошения (влажность пахотного слоя в пределах 16—17%) значения обобщенного показателя Б качества обработки различными безотвальными орудиями (Б = 0,87—0,89) практически одинаковы, поэтому ориентация в выборе такого типа орудий должна строиться с позиции наименьших затрат топлива на гектар. Пахотный слой почвы, влажность которого выше 19—20%, предпочтительнее обрабатывать безотвальными орудиями со стойками СибИМЭ или чизелем ПЧ-4,5 (Б=0,85-0,87).

Плуг ПЛН-5

/ /

' ! I

/

"«СТойкЛ

(¿им I

--Ччмь ГТЧ - 4.5

—  - "Гьм М1|1 1П VI

1Я 2«

В I 1111111 И- мичьм. %

Рис. - Показатель качества основной обработки Б различными орудиями в зависимости от влаж-

ности почвы

п

п

1. Интегральный показатель качества основной обработки D при различной влажности пахотного слоя почвы

2. Энергетические показатели работы почвообрабатывающих агрегатов

Поскольку основное различие в энергозатратах при работе с различными орудиями заключается в количестве энергии, затрачиваемой на сам процесс крошения и перемешивания пласта, в качестве общего показателя энергоёмкости для орудий пассивного действия выступает тяговая мощность. При этом принимается положение по-

верхностной теории, сформулированной П. Рит-тингером: работа, необходимая для дробления тела, прямо пропорциональна площади вновь образованной в результате дробления поверхности [8]. В таблице 2 приводятся результаты расчётов удельных энергозатрат на крошение пахотного слоя отвальными и безотвальными орудиями при различной влажности почвы.

Оценка работы орудий по удельному расходу мощности на 1 м2 поверхности разделов комков при влажности пахотного слоя 14,0 показала более низкую удельную мощность при обработке плугом со стойками СибИМЭ в сравнении с плугом ПЛН-5-35. Разница составляла 0,06 кВт/м2, при этом наибольшие затраты (0,63 кВт/м2) установлены при обработке плоскорезом ПГ-3-100. При влажности пахотного слоя 19,5% отмечалось увеличение удельных энергозатрат при вспашке плугом ПЛН-5-35 (0,63 кВт/м2) и снижение их при плоскорезной обработке (0,42 кВт/м2), что связано с конструктивными особенностями рабочих органов плоскореза.

Выводы. Условия иссушенного пахотного слоя предполагают применение отвального плуга ПЛН-5-35 или плуга с безотвальными стойками СибИМЭ, имеющими большее значение обобщённого показателя D=0,87. Пахотный слой почвы при влажности более 19% предпочтительнее обрабатывать безотвальным плугом со стойками СибИМЭ или чизелем ПЧ-4,5 (D=0,85-0,87). При влажности пахотного слоя 14% более низкая удельная мощность, необходимая для крошения пласта, отмечается при обработке плугом со стойками СибИМЭ (0,48 кВт/м2), при переувлажнённой почве (19,5%) — при обработке плоскорезом ПГ-3-100 (0,42 кВт/м2).

Литература

1. ГОСТ Р 52778-2007 Испытания сельскохозяйственной техники. Методы эксплуатационно-технологической оценки. М.: Стандартинформ, 2008.

2. ГОСТ Р 527772007 Техника сельскохозяйственная. Методы энергетической оценки. М.: Стандартинформ, 2008.

3. Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов А.М. Практикум по земледелию. М.: Агропромиздат, 1987. 383 с.

4. Кузыченко Ю.А., Кобозев А.К. Физическое состояние пахотного слоя почвы при различных способах основной обработки в звене севооборота // Сельскохозяйственный журнал. 2018. № 1. С. 35—40.

5. Кузыченко Ю.А., Кобозев А.К. Энергетические показатели при основной обработке почвы в полевом звене севооборота с занятым паром // Сельскохозяйственный журнал. 2018. № 1. С. 40—45.

6. Сохт К.А. Машинные технологии возделывания зерновых культур. Краснодар, 2001. 271 с.

7. Сохт К.А., Кириченко А.К. Применение метода обобщённого показателя качества при выборе технологической схемы сельскохозяйственных машин // Сборник научных трудов КНИИСХ. Краснодар, 1979. С. 108—113.

8. Нагорный Н.И., Белоткач М.П. Энергетическая оценка почвообрабатывающих орудий // Механизация и электрификация. 1973. № 12. С. 12—13.

Орудия £ ¡3 а Натуральный показатель 1 Q нь ьл § S

обработки i н m У1 У2 У3 У4 ра J 1 к с

Отвальный плуг ПЛН-5-35 9,2 11,5 14,0 17,0 19,5 1.7 1,6 1,3 1.8 2,1 37,9 32,2 16,9 16,1 39,0 67.1 62,9 67.2 71,0 68.3 7.6 4.4 4.7 4,7 5.5 0,859 0,873 0,906 0,895 0,843

Плуг со стойками СибИМЭ 9,2 11,5 14,0 17,0 19,5 1,9 1,6 1.3 1,8 2.4 47.0 33,5 17,5 16.1 15,4 68,2 63 56.7 58,1 74.8 5.5 6.6 3,3 3,2 4,7 0,833 0,867 0,889 0,874 0,856

Чизельный плуг ПЧ-4,5 9,2 11,5 14,0 17,0 19,5 1,9 1,6 1,4 2,0 2,2 55.1 40,6 29.2 27,5 14,8 53,2 63,5 58,2 68,0 58,7 7,1 5,4 5,6 5,6 3,0 0,768 0,856 0,872 0,867 0,851

Плоскорез ПГ-3-100 9,2 11,5 14,0 17,0 19,5 2,0 1.7 1,5 1.8 2,5 64,3 40,8 26,5 34,1 28,5 59,9 55,8 58,5 58,2 77,1 6,1 6,9 6,8 5,5 4,5 0,723 0,833 0,870 0,861 0,836

Показатель Влажность пахотного слоя, %

14,0 19,5

Плуг ПЛН-5-35 Стойки СибИМЭ Чизель ПЧ-4,5 Плоскорез ПГ-3-100 Плуг ПЛН-5-35 Стойки СибИМЭ Чизель ПЧ-4,5 Плоскорез ПГ-3-100

Тяговая

мощность,

кВт 58,1 44,3 51,6 60,7 70,0 53,1 49,5 51,8

Степень

крошения, %

Площадь 67,2 56,7 58,2 58,5 68,3 74,8 58,7 77,1

поверхности

разделов, м2 108,2 92,7 93,7 94,2 109,9 120,1 94,5 124,1

Удельная

мощность,

кВт/м2 0,54 0,48 0,55 0,64 0,63 0,44 0,52 0,42