Способ контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием почвы склоновых земель
METHOD FOR CONTOUR DEEP LOOSENING WITH VERTICAL MULCHING OF THE SOIL OF SLOPING LANDS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам борьбы с водной эрозией на склоновых землях.
Известен способ обработки склоновых почв, включающий обработку почвы поперек склона, отличающийся тем, что обработку проводят глубоким рыхлением на глубину до 60 см с одновременным образованием внутрипочвенных стенок из необработанной почвы, чередующихся с разрыхленными областями почвы, при этом толщина внутрипочвенной стенки должна быть меньше ширины области разрыхления (Патент РФ №2255450, опубл. 10.07.2005).
Недостатком известного способа является то, что ширина образованных внутрипочвенных стенок из необработанной почвы остается постоянной по длине эродированного участка и никак не привязана к уклону сложного склона, т.е. к его горизонтали, которые извиваются на сложном склоне существенно, а образованная щель довольно быстро наполниться почвой в период появления стока атмосферных осадков.
Наиболее близким является способ безотвальной обработки склоновых земель (Патент РФ №2487518 от 20.07.2013), включающий безотвальное вертикальное щелевание на глубину до 0,3 м и поверхностное мульчирование верхнего слоя почвы на глубину посева, отличающийся тем, что подготовку почвы осуществляют в две фазы, причем в первой фазе осенью в почве лопатообразными рабочими органами проделывают вертикальные щели размерами k×b×h1 - соответственно 0,05×0,3×0,3 м с регулируемым шагом S, который меняется в пределах от 0,1 до 0,3 м, и с размещением их в шахматном порядке, а затем весной выполняют вторую фазу путем сплошного поверхностного рыхления и мульчирования почвы орудиями с ротационными рабочими органами на глубину посева семян.
Недостатком данного способа является то, что созданные вертикальные щели на сложных склонах выполнены при прямолинейном движении машинно-тракторного агрегата и траектория их расположения, полученная в шахматном порядке, будет отличаться от горизонталей, представляющих контур сельскохозяйственного поля на одной высоте над уровнем моря.
Техническим результатом является повышение точности и эффективности выполнения операции контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием почвы машинно-тракторным агрегатом на агроландшафте склоновых земель.
Технический результат достигается тем, что в способе контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием почвы склоновых земель, включающем применение глубокорыхлителя, при этом формируют цифровую модель рельефа обрабатываемого участка агроландшафта, используя навигационный терминал с измерительной системой, расположенный на уборочной технике в период комбайнирования сельскохозяйственных культур на обрабатываемом участке, для непрерывного определения продольного и поперечного уклона комбайна по ходу его движения, перегружают ее в навигационный терминал машинно-тракторного агрегата и задают траекторию его движения по горизонтали склона с высотой над уровнем моря Н в процессе контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием почвы, причем по завершении гона на обрабатываемом участке машинно-тракторный агрегат каждый раз переезжает по склону на горизонталь с высотой над уровнем моря Н+ΔН, где ΔН - переменная величина, определяемая гидродинамической характеристикой подстилающей поверхности на агроландшафте.
На фиг. 1 представлен алгоритм реализации способа контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием почвы склоновых земель в виде перечня последовательных операций.
А - Определение продольного и поперечного уклона комбайна по ходу его движения.
Б - Формирование цифровой модели рельефа.
В - Загрузка цифровой модели рельефа в терминал машинно-тракторного агрегата.
Г - Задание контурного трека движения трактора с учетом морфологических параметров склона и процесс контурного глубокого рыхления с мульчированием.
Д - Процесс контурного глубокого рыхления с мульчированием Обработанный участок агроландшафта.
На фиг. 2 представлено расположение обработанных участков почвы по горизонталям с шагом ΔH=2 метра (а) и по профилю склона (б). Точки А Б В Г показывают проекции горизонтальных уровней с шагом по вертикали 2 метра на поверхности агроландшафта.
Способ реализуют следующим образом.
Предварительно получают регулярную цифровую модель рельефа обрабатываемого участка агроландшафта, используя расположенный на зерноуборочном комбайне при комбайнировании сельскохозяйственных культур навигационный терминал с измерительной системой.
Для реализации регулярной цифровой модели рельефа все пространство делят на отдельные элементы - пиксели, которые являются далее не делимыми. Эти элементы образуют регулярную сеть высотных отметок (высот). При создании регулярной сети высот (GRID) учитывают плотность сетки (шаг сетки), которая определяется ее пространственным разрешением и размерами комбайна. К примеру, стандарт на цифровую модель рельефа Геологической съемки США, разработанный для Национального цифрового картографического банка данных, специфицирует цифровую модель рельефа как регулярный массив высотных отметок в узлах решетки 30x30 м для карты масштаба 1:24 000. В заявляемом способе для создания цифровой модели рельефа используют регулярный массив высотных отметок в узлах решетки 3×3 м, учитывая габаритные размеры комбайна.
Навигационный терминал с измерительной системой CAN-WAY В включает контроллер, гироскоп, инклинометры, а также навигационный ГЛОНАСС/GPS - трекер для определения продольного и поперечного уклона зерноуборочного комбайна, например Агромаш-4000, по ходу движения (Фиг. 1, А). Гироскоп и инклинометр, входящие в терминал CAN-WAY В, позволяют точно определить продольный и поперечный уклон комбайна по ходу движения на агроландшафте.
CAN-WAY В - универсальный программируемый бортовой терминал предназначен для мониторинга транспортных средств и специальной техники, имеющих шину CAN. Позволяет одновременно поддерживать соединение с 4 серверами с различными протоколами межсистемного взаимодействия: NDTP, Wialon IPS, Wialon Combine, Vega, EGTS и др.
После обработки полученной информации с помощью программного обеспечения по изменению продольного и поперечного уклона комбайна по ходу движения путем оцифровывания получают цифровую модель рельефа обрабатываемого участка агроландшафта в формате GRD в ГИС-пакете ArcGIS (Фиг. 1, Б).
Цифровую модель рельефа обрабатываемого участка перегружают в контроллер навигационного терминала с измерительной системой машинно-тракторного агрегата, например Агромаш 90ТГ+КПГ-250 (модернизированный), для выполнения операции контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием (Фиг. 1, В).
Задают контурный трек движения трактора с учетом морфологических параметров склона в процессе выполнения контурного глубокого рыхления с мульчированием на склоне, представляющий собой горизонталь, подробный расчет которой представлен ниже по фиг. 2. Горизонталь - частный случай изолинии, линия на карте, состоящая из точек с одинаковой высотой над уровнем моря или другим выбранным уровнем. Используется для отображения рельефа суши на топографических, физических и гипсометрических картах, определяя проекцию сечения рельефа, обычно относительного уровня Мирового океана (форму, крутизну склонов и характер расчленения). Траектория движения машинно-тракторного агрегата в виде контурного трека изображается на курсоуказателе, расположенного в кабине трактора (Фиг. 1, Г).
Контурное глубокое рыхление выполняют с вертикальным мульчированием почвы на склоне путем применения машинно-тракторного агрегата, состоящего из трактора Агромаш-90ТГ и глубокорыхлителя-мульчирователя. Глубокорыхлитель-мульчирователь содержит раму с установленным на ней рыхлителем, причем за глубокорыхлителем к раме в горизонтальной плоскости, крепятся симметрично, под определенным углом к направлению движения, два бруса, на которых с внутренней стороны через равное расстояние друг от друга, под острым углом, установлены оси с закрепленными шарнирно игольчатыми дисками, а на концах брусьев прикреплены поводки с размещенным на оси диском, имеющим вырезы по периферии и вращающимся в вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось машины. В итоге получают обработанный участок агроландшафта как результат реализации способа контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием почвы склоновых земель (Фиг. 1, Д).
Цифровая модель рельефа на водосборной площади позволяет задать траекторию движения машинно-тракторного агрегата по горизонтали склона Н в процессе контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием (Фиг. 2, а).
Как правило, за первую горизонталь склона Н принимают горизонталь, приближенную к водораздельной линии (Фиг. 2, б). По завершении гона на обрабатываемом участке машинно-тракторный агрегат каждый раз переезжает по склону на горизонталь Н+ΔН, где ΔН - величина, определяемая гидродинамической характеристикой подстилающей поверхности агроландшафта.
Определение этой величины, как перепада высот для горизонталей ΔН по склону проводят через известную формулу для определения потенциального смыва почвы
где М - потенциальный смыв почвы за год, т/га; h - интенсивность дождей, ливней, снеготаяния; n - параметр, учитывающий тип почв; m - параметр, учитывающий механический состав почв; σ - коэффициент стока; λ - коэффициент учитывающий степень смытости почвы; l - длина участка склона, i - уклон участка склона,  - коэффициент, учитывающий экспозицию склона; β - коэффициент, учитывающий форму склона; k - коэффициент эрозионной опасности культур.
Перепада высот для горизонталей ΔН выражают через произведение длины участка склона на уклон участка склона по выражению
где δ - угол склона, град.
min
Подставив уравнение (2) в (1), находят перепад высот для горизонталей по склону при минимальном потенциальном смыве почвы M
определяют перепад высот для горизонталей по склону при минимальном потенциальном смыве почвы по гидродинамической характеристике подстилающей поверхности агроландшафта, учитывающей тип почв, механический состав почв, степень смытости почвы, экспозицию склона, форму склона и эрозионную опасность культур.
Таким образом, заявляемый способ позволяет достичь повышения точности и эффективности выполнения операции контурного глубокого рыхления с вертикальным мульчированием почвы машинно-тракторным агрегатом на агроландшафте склоновых земель.