Техническое обеспечение агротехнологий производства основных сельскохозяйственных культур в Центрально-Чернозёмном регионе

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АГРОТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ОСНОВНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЁМНОМ РЕГИОНЕ

И.И. Гуреев, Н.С. Климов

Аннотация. Обоснована актуальность разрешения проблемы техногенного уплотнения почвы. Показано, что уровень деградации почвы пропорционален затратам энергии на её деформацию. Предложен критерий экологической оценки техногенной нагрузки на почву, разработана математическая модель. Приведены алгоритмы перспективных агротехнологий производства сельскохозяйственных культур на базе отечественной и импортной техники. Для каждой из агротехнологий выполнены расчёты показателей эколого-экономической эффективности. Обоснованы рекомендации хозяйствам для приобретения сельскохозяйственных машин с учётом их эколого-экономической эффективности.

Ключевые слова: сельскохозяйственная техника, аг-ротехнология, плотность почвы, приведенные затраты.

Интенсификации земледелия повсеместно сопутствует прогрессирующая тенденция увеличения веса сельскохозяйственных машинотракторных агрегатов (МТА) и количества проходов их по полю. Вес основного компонента МТА - тракторов перешагнул планку в 3 тонны на одно колесо, а грузоподъёмность транспортных прицепов достигла 30 тонн. В результате механическая нагрузка на почву возросла до 13 эталонных гектаров различного вида работ в расчёте на 1 га пашни. Достижение более высоких рубежей в земледелии в ближайшие годы увеличит эту нагрузку ещё в 1,5 раза.

С увеличением нагрузки почва переуплотняется и в ней снижается содержание влаго- и воздухопроводящих пор, без которых не может реализоваться плодородие. Уже при плотности 1,35 г/см (верхний предел оптимума для вегетации растений) их количество снижается почти вдвое. По следам же тяжёлой техники часто наблюдается плотность 1,5...1,6 г/см3, когда поры отсутствуют вообще.

Переуплотнение почвы - значимая предпосылка к развитию водной эрозии, так как скорость впитывания влаги обратно пропорциональна плотности почвы. Не впитываемая влага осадков устремляется вниз по склонам, увлекая за собой частицы плодородного верхнего слоя и питательные вещества, загрязняя ими водоёмы. В Центрально-Чернозёмном регионе (ЦЧР) величина талого стока, то есть безвозвратных потерь потенциально продуктивной влаги, достигает 300.650 м3 с каждого гектара пашни.

Немаловажно и то, что сопряжённые с уплотнением почвы потери мощности энергосредств негативно сказываются на производительности работ и повышают стоимость производства сельскохозяйственных культур.

В этой связи эффективность системы машин для механизации перспективных агротехнологий должна определяться не только экономическими показателями, но и экологическими критериями по воздействию машин на почву. Актуальность данного положения обусловлена ещё и тем, что наметившаяся в настоящее время тенденция увеличения закупок хозяйствами импортной техники не всегда имеет должное экономическое и экологическое обоснование.

В земледелии минимизации техногенной деградации почвы уделялось и уделяется достаточно большое внимание. Уровень воздействия на почву при выполнении агротехнических приёмов определяют пропорциональным затратам энергии, расходуемой на деформацию почвы движителями и рабочими органами МТА. С минимизацией этих энергозатрат деградация почвы

снижается [6, 7]. Согласно имеющимся методикам интенсивность воздействий на почву определяют локально: на обработанных участках полей, по следам ходовых систем МТА и др. [1]. Методологии оценки общей механической нагрузки на почву после проведения цикла приёмов по производству культуры не существует, что затрудняет получение объективных данных по экологической состоятельности используемой техники.

Поэтому поставлена цель - определить эколого-экономические показатели новых машин в комплексе перспективных агротехнологий производства культур с предварительным обоснованием критерия оценки механического воздействия этих машин на почву.

Определяющим экономическим показателем использования техники являются приведенные затраты на комплексную механизацию агротехнологий [2].

Что же касается экологической оценки, то предлагается сумму работы энергетических средств агрегатов, затраченной на выполнение п приёмов по производству культуры, отнести к площади обработанного поля Р (га), получив таким образом интенсивность механического воздействия на почву:

¿1, =1 ¿А, МДж/

1=1 Г 1=1

где Л, - работа энергосредства 1-го МТА, МДж. Величина Л, прямо пропорциональна используемой мощности и времени воздействия МТА на почву:

Л,= 3,6(еЫпГ Ыт- АЩи, МДж,

где Ып/, е - номинальная мощность (кВт) и коэффициент загрузки двигателя энергосредства; Ыт/ - мощность на привод вспомогательных механизмов, кВт;

АЫ/ - потери мощности в механических передачах, кВт;

- время воздействия агрегата на почву, ч. Время ^ определяют по выражению:

' щ

где ^ - основная производительность выполнения ,-го приёма, га/ч.

Выражение (1) после подстановки значений составляющих, с учётом баланса мощности /-го МТА [4], принимает вид:

3,6-А. —и + 0,218/0'V ,г ,, , , ,„ ,

ЕI = 36Е—-, / ' ' + —а' -—т,),МДж/га

где /¡, д, - коэффициенты сопротивления качению и буксования движителей энергосредства; Vi - рабочая скорость агрегата, км/ч; О/ - вес энергосредства, кН;

- крюковая мощность, кВт; Ыа/ - мощность на привод активных почвообрабатывающих рабочих органов, кВт; Пи - к.п.д. движителей энергосредства с трансмиссией.

Формализованная модель (2) положена в основу компьютерной программы, позволяющей в зависимости от основных факторов состояния поля определять как экономические показатели (приведенные затраты на

техническое обеспечение агротехнологий), так и экологические последствия применения техники в виде интенсивности механического воздействия на почву[5].

Расчёты эколого-экономических показателей выполнены для агротехнологий производства основных культур адаптированных к ландшафту ЦЧР по факторам засорённости, плотности сложения почвы и обеспеченности её питательными веществами [3] (таблица 1).

Таблица 1 - Варианты агротехнологий дифференцированные в зависимости от факторов исходного состояния почвы

3. Са- Независимо

харная 3 от исходно-

свекла го состояния

Исходное состояние почвы

Культуры Варианты агротехнологий Засорённость Плотность сложения почвы, г/см3 Обеспеченность питательными веществами

1.1 <1,3 =Мп

1. Озимые зерно- 1.2 <Зс Независимо от исходного состояния <Мп

1.3 >Зс >1,3 =Мп

1.4 <Мп

2. Яро- 2.1 Незави- Незави- <Мп

вые симо от симо от

зерно- 2.2 исходного исходного =Мп

вые состояния состояния

Условные обозначения:

Зс - порог вредоносности сорняков;

Мп - соответствие питательных веществ в почве программируемой урожайности культуры.

В базу модели заложены распространённые сельскохозяйственные машины отечественного и импортного производства (таблицы 2 и 3). В агротехнологиях с импортной техникой исключение составил отечественный щелеватель роторный ЩР-1. Он не имеет зарубежных аналогов, но в условиях ЦЧР одинаково необходим для накопления продуктивной влаги в посевах озимых зерновых культур.

Исходя из полученных данных по приведенным затратам, обеспечение агротехнологий отечественной техникой обходится 4470...6263 руб./га для производства озимых (варианты 1.1, ..., 1.4), 6316...7106 руб./га -для яровых зерновых культур (варианты 2.1, 2.2) и 7963 руб./га - для сахарной свёклы (вариант 3). Применение импортных технических средств, вследствие более высокой их стоимости, увеличило на 21...55 % приведенные затраты на механизацию тех же агротехнологий (рисунок 1).

Таблица 2 - Алгоритм агротехнологий производства культур на базе отечественной техники

Культуры Варианты агротехнологий Агротехнические приёмы, марки сельскохозяйственных машин

Обработка почвы Посев Уход за посевами Уборка урожая

Основная Предпосевная

1. Озимые зерновые 1.1 Лущение стерни, БДТ-7. Щелевание посевов, ЩР-1. Нет Прямой посев, СЗПП-3,6. Корневые подкормки, РУ-06. Некорневые подкормки, применение химических средств защиты растений, ОП-2000М. Скашивание и обмолот зерновых, Асгоэ 540. Автономное измельчение соломы, ИМС-2,8М.

1.2 Совмещение с посевом предпосевной культивации и локального внесения удобрения, КО-3,6.

1.3 Лущение стерни, БДТ-7. Послойная обработка почвы, АПК-6. Щелевание посевов, ЩР-1. Совмещение с посевом предпосевной культивации, Обь-4-3Т.

1.4 Совмещение с посевом предпосевной культивации и локального внесения удобрения, КО-3,6

2. Яровые зерновые 2.1 Лущение стерни, БДТ-7. Безотвальная зяблевая обработка почвы, БДМ-6х4ПШК. Глубокое рыхление зяби, ПЧН-3,7. Ранневесеннее боронование зяби, ЗБР-24-02. Совмещение с посевом предпосевной культивации и локального внесения удобрения, КО-3,6.

2.2 Совмещение с посевом предпосевной культивации, Обь-4-3Т.

3. Сахарная свёкла 3 Лущение стерни, БДТ-7. Внесение основного удобрения, РУ-06. Вспашка зяби, ППО-5-55. Глубокое рыхление зяби, ПЧН-3,7. Ранневесеннее боронование зяби, ЗБР-24-02. Внесение азотного удобрения, РУ-06. Предпосевная культивация, АКШ-7,2. Точный посев, ССТ-12В. Междурядные обработки, КСУ-5,4. Некорневые подкормки, применение химических средств защиты растений, ОП-2000М. Предуборочное окучивание посевов, КСУ-5,4. Удаление ботвы с корнеплодов, РБМ-6. Уборка корнеплодов, Ритм КПС-6. Погрузка корнеплодов, СПС-4,2А-0,2.

Таблица 3 - Алгоритм агротехнологий производства культур на базе импортной техники

Культуры Варианты агротехнологий Агротехнические приёмы, марки сельскохозяйственных машин

Обработка почвы Посев Уход за посевами Уборка урожая

Основная Предпосевная

1. Озимые зерновые 1.1 Лущение стерни, Са^оэ 6001-2. Щелевание посевов, ЩР-1. Нет Прямой посев, Airseeder. Корневые подкормки, Я8-Ы. Некорневые подкормки, применение химических Скашивание и обмолот зерновых, Эотта1ог Я88 УХ. Автономное измельчение соломы, Т8Т-280.

1.2 Совмещение с посевом предпосевной культивации и локального внесения удобрения, John Deere 1895.

1.3 Лущение стерни, Са^оэ 6001-2. Совмещение с посевом предпосевной культивации, Airseeder.

Послойная обработка почвы, John Deere 726. Щелевание посевов, ЩР-1. средств защиты растений, John Deere 740.

1.4 Совмещение с посевом предпосевной культивации и локального внесения удобрения, John Deere 1895.

2. Яровые зерновые 2.1 Лущение стерни, Catros 6001-2. Безотвальная зяблевая обработка почвы, Rau DxG. Глубокое рыхление зяби, Delta PL. Ранневесеннее боронование зяби, Вош^ашИ 6000-90. Совмещение с посевом предпосевной культивации и локального внесения удобрения, John Deere 1895.

2.2 Совмещение с посевом предпосевной культивации, Airseeder.

3. Сахарная свёкла 3 Лущение стерни, Catros 6001-2. Внесение основного удобрения, RS-M. Вспашка зяби, LS-95. Глубокое рыхление зяби, Delta PL. Ранневесеннее боронование зяби, Вои^аиН 6000-90. Внесение азотного удобрения, ЯБ-Ы. Предпосевная культивация, ИМТ 616.16. Точный посев, Monopill S6. Междурядные обработки, KR-12. Некорневые подкормки, применение химических средств защиты растений, John Deere 740. Предуборочное окучивание посевов, КЯ-12. Удаление ботвы с корнеплодов, ^Шс. Уборка корнеплодов, Wic. Погрузка корнеплодов, ЯИ 200 ББ.

Экологическая эффективность отечественной техники оказалась худшей в сравнении с импортными аналогами. Так, отечественная техника в агротехнологии производства сахарной свёклы трансформирует на почву 1093 Мдж/га механических воздействий, а в агро-технологиях производства зерновых культур - от 303 до 613 МДж/га, что существенно - в 1,3.1,6 раза выше, чем по комплексу импортных машин (рисунок 2).

10000

9000

S 8000

7000

6000

5000

4000

9377

9625

87801

8165

— 75961

69341

4470

15686

1

5472

16263

I

17106

8193

7963

16316

I

^ Вар. 1.1 Вар. 1.2 Вар. 1.3 Вар. 1.4 Вар. 2.1 Вар. 2.2 Вар. 3

Варианты агротехнологий И Отечественаая техника II Импортная техника

Рисунок 1 - Приведенные затраты на реализацию агротехнологий

Рисунок 2 - Интенсивность механического воздействия на почву, сопутствующая производству культур

Причина тому - меньшая металлоёмкость импортных аналогов вследствие использования в конструкции

более прочных материалов, а также низкая удельная масса энергетических средств, определяемая отношением эксплуатационной массы к номинальной мощности двигателя.

Эколого-экономические показатели комплексов машин ухудшаются по мере ужесточения условий производства культур, что наглядно прослеживается по вариантам адаптивных агротехнологий возделывания озимых зерновых. Здесь наиболее привлекательной, как по экономическим, так и по экологическим критериям, оказалась агротехнология прямого посева (вариант 1.1), что вполне ожидаемо, так как условия возделывания культуры по данному варианту наиболее щадящие.

Результаты исследований позволяют хозяйствам выбирать для приобретения сельскохозяйственные машины с учётом их эколого-экономической эффективности.

Например, из сравнительного анализа вытекают экологические достоинства импортной техники в виде меньшей в 1,3.1,6 раза нагрузки на почву. Также эта техника, как правило, более надёжна, обладает развитой сетью сервисного обслуживания, лучшими условиями комфорта и эргономики механизаторов. Но за всё надо платить. Поэтому, принимая решение о приобретении импортных машин, следует учитывать собственное финансовое положение, так как эксплуатации импортной техники сопутствуют повышенные на 21.55 % приведенные затраты.

Список использованных источников

1 ГОСТ 26955-86, ГОСТ 26953-86, ГОСТ 26954-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву. Методы определения воздействия движителей на почву. Метод определения максимального нормального напряжения в почве. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 23 с.

2 ГОСТ 23728-88-ГОСТ 23730-88. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 26 с.

3 Методика формирования системы машин для комплексной механизации агротехнологий / И.И. Гуреев, В.П. Дьяков, Г.К. Гребенщиков и др. - Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2008. - 23 с.

4 Панов И.М., Юзбашев В.А. Энергобаланс машино-тракторного агрегата «МТА» с ротационной почвообрабатывающей машиной // Исследование рабочих органов машин

для обработки почвы и ухода за пропашными культурами / Труды ВИСХОМа. - М., 1975. - Вып. 85. - С.3-12.

5 Свид. № 2011611304 о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программа автоматизированного проектирования системы машин в адаптивно-ландшафтном земледелии / Гуреев И.И., Руднев Н.И.; заявитель и патентообладатель Государственное научное учреждение «Всероссийский науч.-исслед. ин-т земледелия и защиты почв от эрозии». - № 2010617841; заявл. 13.12.2010; зарегистр. 09.02.2011.

6 Спирин А.П. Мульчирующая обработка почвы. - М.: ВИМ, 2001. - 135 с.

7 Спирин А.П. Основы построения почвозащитных технологий и комплексов машин для южных степных районов // Теория и расчёт почвообрабатывающих машин / Сборник трудов ВИМ. - Том 120. - М., 1989. - С. 113-134.

Информация об авторах

Гуреев Иван Иванович, доктор технических наук, профессор, Заслуженный изобретатель РФ, заведующий лабораторией механизации почвозащитного земледелия ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, е-шаД: gureev06@mail.ru

Климов Николай Семёнович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой процессов и машин в агроин-женерии ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», е-шай: klimns46@mail.ru