Ресурсосберегающие машинные технологии обработки почвы и технические средства для АПК юга России

- снизить потребность в минеральном дизельном топливе на 15-20% на основных полевых работах;

- повысить эффективность ведения сельхозпроизводства за счет улучшения севооборотов и плодородия почвы при увеличении посевов рапса;

- сократить долю затрат на топливо в себестоимости сельхозпродукции у сельхозтоваропроизводителей, применяющих биотопливо взамен дизельного на 12-18%;

- повысить урожайность зерновых культур, высеваемых вслед за рапсом на 3-8%;

- снизить среднюю себестоимость зерна на 8-12%;

- создать дополнительные рабочие места в сельскохозяйственном производстве;

- улучшить экологическую обстановку за счёт снижения выбросов углекислого газа.

Сведения об авторах

Пахомов Виктор Иванович - д-р техн. наук, директор Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Рос-сельхозакадемии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)42-4-04.

Рыков Виктор Борисович - д-р техн. наук, зам. директора по научной работе Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)42-7-89.

Камбулов Сергей Иванович - д-р техн. наук, заведующий отделом механизации полеводства Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)41-6-91.

Information about the authors

Pakhomov Victor Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, director of North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd). Phone: 8(86359)42-4-04.

Rykov Viktor Borisovich - Doctor of Technical Sciences, deputy director of scientific work, North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd). Phone: 8(86359)42-7-89.

Kambulov Sergei Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, manager of the field-crop cultivation mechanization department, North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd). Phone: 8(86359)41-6-91.

УДК 631.5:631.445.5

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ МАШИННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ АПК ЮГА РОССИИ

© 2011 г. В.Б. Рыков

Машинные технологии обработки почвы и новые технические средства для их исполнения позволяют в 1,3-1,6 раза сократить количественный состав МТП хозяйств. Снизить затраты труда в 1,4-1,5 раза, уменьшить потребность в механизаторах на 18-32%.

Ключевые слова: обработка почвы, машинные технологии, технические средства, высокие технологии, система машин, засушливые зоны.

The machine technologies of tillage and new technical means for it reduce the quantitative structure of machine and tractor enterprises in 1,6-1,3 times; reduce the works input in 1,4-1,5 times and machine-operator necessity on 18-32%.

Key words: tillage, machine technologies, technical means, top-technologies, machine system, arid zone.

Проблема получения устойчивых высоких урожаев основных сельскохозяйственных культур в условиях недостаточного увлажнения южной степной зоны Северного Кавказа, с одной стороны, важна и актуальна, а с другой стороны, сопряжена с серьезными сложностями, носящими как объективный, обусловленный природно-климатическими условиями, так и субъективный характер - система машин, используемых при этом, применяемые технологические приемы обработки почвы и механизированные технологии в целом.

Южные черноземы, обладая способностью к спеканию, при высоких температурах образуют глыбистую поверхность при основной глубокой и мелкой обработках почвы, которая сохраняется до весны и требует дополнительных затрат энергии (топлива) на дробление глыб и выравнивание поверхности поля. Существующие в настоящее время технологические приемы и технические средства механизации обработки почвы не создают необходимых условий эффективного накопления и использования почвенной влаги. На обработанных традиционными способами полях наблюдается большая глыбистость, греб-нистость, вынос влажных почвенных слоев на дневную поверхность поля, перемешивание сухих и влажных горизонтов при обработке. В результате некапиллярной скважности и капиллярного потока почвенной влаги к поверхности испарения происходит интенсивное физическое испарение. При этом теряется до 50% общих запасов почвенной влаги.

Не менее остро стоит другая важная проблема - обработка уже пересушенных фонов, возможность накопления влаги в почве даже в бездождевой период.

Обработка паровых полей в летний период в засушливых зонах имеет особое

значение. Паровое поле является залогом гарантированного получения высоких урожаев озимой пшеницы - основной продовольственной культуры. Однако применяемые технологические приемы и технические средства для обработки паровых полей с целью уничтожения сорняков и накопления влаги без выноса влажных слоев почвы на дневную поверхность далеки от совершенства.

Современное экономическое состояние сельскохозяйственной отрасли нашей страны ставит перед сельхозтоваропроизводителями безальтернативную задачу -переход на ресурсосберегающие технологии при производстве продукции. Растениеводство - как наиболее ресурсоемкая отрасль агропромышленного комплекса требует незамедлительного перехода на новые технологии и комплексы машин, которые позволят в разы уменьшить потребление жидкого топлива, снизить затраты живого труда на производство единицы продукции.

В настоящее время закладывается основа региональных комплексов механизированных технологий и технических средств, позволяющих выйти на новый уровень производства.

Работы, проведенные ГНУ СКНИИМЭСХ (ранее ВНИПТИМЭСХ) в этом направлении, пользуются устойчивым спросом у производителей сельскохозяйственной техники, а результаты проверок элементов новых технологий в условиях опытного производства совместно с ВНИИЗК им. Калиненко (г. Зерноград), СНИИСХ (г. Ставрополь) и ПООСС (г. Буденновск) позволяют подойти вплотную к формированию региональных реестров технологий, их испытаний и паспортизации.

По многочисленным наблюдениям наряду с правильным выбором сроков большое значение имеет способ обработки, определяющий характер сложения и структурную организацию обрабатываемого слоя почвы.

Это относится к проведению основной обработки под посев яровых зерновых и пропашных культур в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения. В послеуборочный период важная роль принадлежит обработке стерни дисковыми орудиями, что позволяет наряду с уничтожением сорняков, пополнением и сохранением почвенной влаги сократить энергетические затраты на основной обработке в 1,5-1,7 раза.

В засушливые годы при пересушивании и уплотнении почв необходимо использовать принципиально новые орудия для послойного рыхления почвы.

Проведенный анализ современных требований агротехники к технологиям и техническим средствам для обработки почвы в рамках ландшафтного земледелия применительно к условиям степной зоны Северного Кавказа позволяет сделать следующие выводы:

- существующие технологии (системы) обработки почвы и применяемые для их

реализации технические средства отечественного и зарубежного производства не отвечают в полной мере агротехническим требованиям засушливого (сухого) земледелия и большей части экологических требований;

- большинство применяемых сегодня машин и орудий либо устарели и сняты с производства, либо просто не выпускаются;

- использование однооперационных машин при обработке почвы не выгодно как с агротехнической, так и с энергетической и экономической точек зрения;

- альтернативы созданию моноблочных комбинированных почвообрабатывающих агрегатов с наборами адаптивных рабочих органов, способных выполнять законченный технологический цикл, на сегодняшний день нет;

- обработку почвы под озимые культуры целесообразно проводить только комбинированными агрегатами на глубину 8-12 см;

- летнюю обработку паровых полей необходимо проводить комбинированными агрегатами с рабочими органами, обеспечивающими минимальную глубину рыхления 4-6 см без выноса влажных слоев почвы на дневную поверхность.

Почвенные

агрегаты 0,25-3,00 мм

Плотность 0,7-0,9 г/см рыхлый, сухой

Почвенные агрегаты до 3 мм

о еч

О

Плотность до 1,3 г/см уплотненный

Почвенные агрегаты > 10 мм

Плотность до 1,1 г/см уплотненно-рыхлый

Влагосберегающий и влагонакопительный обрабатываемый слой почвы

В соответствии с требованиями агротехнической науки по влагонакоплению и влагосбережению к верхнему влагонакопи-тельному обрабатываемому слою независимо от вида применяемых почвообрабатывающих орудий и способов обработки необходимо от первой до последней обработки (исключением является поздняя зябь) содержать верхний слой почвы (4-6 см) в мелкозернистом состоянии с почвенными агрегатами размером от 0,25 до 3 мм выровненным, рыхлым и сухим с плотностью 0,7-0,9 г/см ; нижележащий по вертикали от 4-6 см до 12 см также в мелкозернистом состоянии с почвенными агрегатами до 3 мм и уплотненным до 1,3 г/см3. Нижележащий слой (на глубину обработки) должен быть уплотненно-рыхлым с почвенными агрегатами более 10 мм и плотностью до 1,1 г/см .

Для обеспечения перспективных технологических процессов обработки почвы в соответствии с требованиями технологий

эффективного возделывания зерновых культур в условиях рискованного земледелия в институте разработаны конструктивно-технологические схемы, изготовлены макетные и опытные образцы машин, проведены их испытания.

Как правило, это комбинированные машины и орудия к основным тяговым классам энергетических средств машинно-тракторные агрегаты на базе которых наиболее эффективны в условиях степной зоны Северного Кавказа, Поволжья, Южного Урала. В наборах машин ограниченно имеют место и однооперационные машины, такие как тяжелая дисковая борона, отвальный плуг. Такие орудия, как это отмечалось ранее, нужны чисто для технологических целей - измельчение крупностебельных растительных остатков (тяжелая дисковая борона) или необходимая отвальная обработка некоторых почвенных фонов (отвальный плуг).

Комбинированный агрегат КМ-8 и КУМ-4

ЦОД*

Комбинированные почвообрабатывающие агрегаты КАО-2 (вверху), КАО-10 для основной безотвальной и поверхностной обработки почвы

Были созданы, изготовлены опытные образцы, проведены приемочные государственные испытания и получены рекомендации на серийное производство комбинированного почвообрабатывающего агрегата для предпосевной обработки почвы КУМ-4 и комбинированного почвообрабатывающего агрегата для основной и поверхностной обработок почвы КАО-2. Эти комбинированные машины разрабатывались в соответствии с государственными контрактами Российской Федерации.

На основе результатов, полученных при исследованиях, создании и испытаниях комбинированных агрегатов КУМ-4 и КАО-2, были созданы агрегаты такого же технологического назначения к тракторам тягового класса 5 - КМ-8 и КА0-10.

Требования сельскохозяйственного производства, опыт работы по разработке комбинированных агрегатов послужили фундаментом для создания почвообраба-тывающе-посевных агрегатов к тракторам тяговых классов 3 и 5 - соответственно ППА-4 и ППА-8. В этом случае нами сделана попытка создания машин моноблочного исполнения с возможностью различ-

ных комбинаций рабочих органов для выполнения целого ряда законченных операций - обработка почвы (послойная) с внесением удобрений, обработка с внесением удобрений и посевом, обработка паровых полей с внесением удобрений на всем весенне-летнем отрезке времени.

Помимо таких сложных агрегатов в системе земледелия, в том числе и сухого, существует острейшая необходимость создания более узкоспециализированных комбинированных агрегатов, оснащенных комплектами рабочих органов для послойной глубокой и сверхглубокой (разуплотнение) обработки почвы с мульчированием верхнего слоя.

Обоснованы, выбраны основные конструктивно-технологические схемы и параметры, изготовлены образцы, проведены лабораторно-полевые исследования, испытания в хозяйственных условиях (в том числе и приемочные испытания на Сев. Кав. МИС) комплектов рабочих органов и комбинированных агрегатов в целом с фронтальным расположением рабочих органов - УНС-3 и УНС-5 к тракторам тяговых классов 3 и 5 соответственно.

Комбинированные агрегаты УНС-3 и УНС-5

Помимо машин и орудий в целом, разработаны комплекты сменных рабочих органов для послойной обработки почв, особенно пересушенных с целью оснащения имеющихся в хозяйствах серийных 4-,

5-, 6- и 8-корпусных плугов. Разработаны, проверены, испытаны почвообрабатывающие орудия модульного типа с унифицированной несущей системой и сменными секциями рабочих органов для поверх-

ностной обработки почвы: лущильника дискового, бороны игольчатой, мотыги ротационной, выравнивателя почвы, катка спирального, катка кольчато-шпорового, культиватора бесстоечного. Это орудия УНС-2,8 - к тракторам тягового класса 0,6...0,9; УНС-5,7 - к тракторам тягового класса 1,4; УНС-11,4 - к тракторам тягового класса 3.

Большинство из перечисленных комбинированных машин и агрегатов, блочно-модельные орудия на унифицированных несущих системах, комплекты рабочих органов для послойной обработки размещены на предприятиях Ставропольского края и Ростовской области, изготовлены промышленные образцы и опытные партии машин.

Разработанные технические средства могут являться основой системы машин для сухого земледелия, которая в полном объеме может быть сформулирована уже в ближайшие годы.

При возделывании яровых и бобовых культур после озимых колосовых, в отличие от варианта возделывания этих же культур, но после пропашных, как правило, поздних, существует достаточно продолжительный промежуток во времени между уборкой и зяблевой обработкой почвы. Базовая технология предусматривает традиционно, как и в предыдущем варианте, лущение стерни, поверхностное внесение минеральных удобрений, отвальную вспашку, одну-две культивации на убывающую глубину - это осенью и весной -предпосевную культивацию, посев и при-катывание.

В новой предлагаемой технологии после уборки поле лущится с использованием орудия на унифицированной несущей системе с секциями рабочих органов лущильника дискового с целью закрытия влаги, уничтожения проросших и провокации непроросших сорняков, предварительного перемешивания растительных остатков с почвой для начала микробиологической деятельности микроорганизмов. Через од-ну-две недели по мере появления сорняков производится обработка с одновременным внутрипочвенным внесением минеральных удобрений комбинированными почвообра-

батывающими агрегатами на глубину до 10 см. По мере отрастания сорняков проводится основная глубокая обработка на заданную глубину с послойным щелевым рыхлением обрабатываемого пласта, выравниванием, подуплотнением и мульчированием обработанной поверхности поля. Для этих целей используются комбинированные почвообрабатывающие агрегаты. По подготовленному таким образом фону весной проводится посев без предпосевной культивации сеялками с рабочими органами для подпочвенного разбросного посева одновременно с прикатыванием засеянных полос.

Традиционная технология возделывания пропашных культур после колосовых предшественников включает двукратное лущение (6.8 см и 8.10 см), поверхностное внесение минеральных удобрений и отвальную вспашку. На этом осенние работы по подготовке почвы в разрезе этой технологии завершаются. На весну приходится чуть ли не основной объем работ. Начинается весна с традиционного боронования, затем выполняется две культивации, начиная с 10.12 см до 8.10 см, отдельно проводится выравнивание, затем предпосевное внесение гербицидов и их заделка, предпосевная культивация и посев. Как видно из перечисленного, всего необходимо выполнить в этот период одиннадцать технологических операций, причем все операции предусматривают выполнение работ однооперационными машинами. При таком насыщении механизированных работ трудно обеспечить их рациональное использование, не говоря уже об экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов, уменьшить экологическую нагрузку на почву. В новой предлагаемой технологии лущение стерневого фона проводится на глубину 6.8 см с использованием агрегата с унифицированной несущей системой (УНС) с секциями рабочих органов дискового лущильника. В условиях недостаточного увлажнения на пересушенных стерневых фонах глубины обработки до 10 см с использованием дисковых лущильников достичь практически невозможно даже при многократных проходах. Учитывая это, следующая обработка про-

водится с использованием комбинированного почвообрабатывающего агрегата с одновременным внутрипочвенным внесением минеральных удобрений на глубину 10.. .12 см. После этого по мере отрастания сорняков производится глубокое послойное рыхление на глубину до 30 см с использованием комбинированных агрегатов с одновременным дроблением глыбы, выравниванием, подуплотнением и мульчированием обработанной поверхности поля. В зиму после такого комплекса обработок поле уходит в состоянии выполненной «компактной вспашки».

Весной проводится одна или, если это необходимо, две обработки с использованием «легкого» варианта комплектации комбинированного агрегата, способного за один проход агрегата по полю произвести выравнивание поверхности, рыхление на требуемую глубину, подрезание сорняков, подуплотнение взрыхленного слоя и мульчирование поверхности поля.

Предпосевное внесение и одновременная заделка гербицидов проводится за один проход комбинированным агрегатом, состоящим из навешенного на трактор оборудования для внесения на поверхность поля раствора гербицидов и почвообрабатывающего агрегата - орудия на унифицированной несущей системе (УНС) с рабочими органами выравнивателя-культиватора для обработки паровых полей. Посев производится серийными сеялками для посева пропашных культур. Таким образом, в новой технологии содержится 6, 7 технологических операций без нарушения агротехнических требований к качеству подготовки почвы к посеву пропашных культур.

Следует остановиться еще на одном важном технологическом моменте. В тех случаях, когда уборка ведется с измельчением и разбрасыванием незерновой части урожая по поверхности поля для лучшей гумификации образовавшейся «шубы», перед самой обработкой почвы или даже во время этой технологической операции производится обработка поверхности поля раствором азотных удобрений (наиболее предпочтительный вариант) или производится поверхностное внесение этих же удобрений в твердом виде (менее эффек-

тивный способ). Технические решения для этих целей разработаны ранее, в том числе и во СКНИИМЭСХ (для жидкого варианта), прошли проверку в реальных условиях эксплуатации. В этом случае емкость для раствора устанавливается на задние полурамы тракторов типа Т-150К и К-701, а в передней части расположена штанговая приставка на ширину захвата орудия. С помощью насосной станции с приводом от гидросистемы трактора раствор азотных удобрений через систему трубопроводов, штангу и распылители подается на поверхность почвы, покрытую измельченными растительными остатками, которые тут же перемешиваются с почвой при проходе почвообрабатывающего агрегата. При этом микробиологические процессы в почве происходят гораздо быстрее и процесс утилизации измельченных растительных остатков ускоряется в несколько раз без обеднения почвенного горизонта по азоту.

Оценка эффективности новых проектируемых механизированных технологий по возделыванию зерновых культур и комплекта разработанных почвообрабатывающих машин и орудий проводилась на трех типовых севооборотах модельных сельхозпредприятий Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев с размером пашни в 2400 га, что соответствует среднему размеру хозяйственного подразделения (отделения).

В состав десятипольного севооборота Ростовской области входили: чистый пар, озимая пшеница, кукуруза на зерно и на силос, яровой ячмень, горох и подсолнечник. Это основные культуры, возделываемые в данном регионе.

По Краснодарскому краю был выбран двенадцатипольный севооборот, в котором отсутствует паровое поле, но имеются поля, занятые сахарной свеклой, озимым ячменем и многолетними травами на сено. По Ставропольскому краю характерный севооборот представлен девятью полями, на которых размещаются: чистый пар, озимая пшеница и озимый ячмень, горох, сахарная свекла, силосная кукуруза и подсолнечник.

В качестве базового варианта выступали оптимальные составы машинно-

тракторного парка выбранных модельных хозяйств, составленные из серийных тракторов, машин и агрегатов, выполнявших полный объем механизированных работ для выполнения традиционных технологий возделывания зерновых культур.

Решения по базовым вариантам сравнивались с оптимальными составами машинно-тракторных парков этих же выбранных сельхозпредприятий, сформированных из энергетических средств с колесными и гусеничными движителями из оптимального типоразмерного ряда и комплекта почвообрабатывающих и посевных машин и агрегатов, предназначенных для обеспечения влагоэнергосберегающих технологий.

Для оценки эффективности предлагаемых новых технологий и комплектов машин для их осуществления использовалась информация, полученная при проведении государственных приемочных и хозяйственных испытаний (эксплуатационные массы, производительность, расход топлива, удельные тяговые сопротивления), информация о ценах на новую технику по данным предприятий, выпускающих разработанные новые машины опытными партиями на юге России.

Внедрение в производство предлагаемых механизированных технологий и комплекта разработанных средств механизации для осуществления этих технологий позволяет значительно сократить количественно состав машинно-тракторного парка.

Так, количество используемых тракторов в новых вариантах сокращается

в 1,6...1,3 раза, количество сельскохозяйственных машин и агрегатов в - 1,6.2,0 раза в зависимости от зон применения и принятых севооборотов.

Затраты труда при внедрении новых механизированных технологий, машин и агрегатов снижаются в 1,4.1,5 раза, при этом потребность в механизаторах уменьшается на 8.32%.

Литература

1. Кирюшин, В.И. Экологизация и технологическая политика. - Москва: МСХА, 2000. - С. 473.

2. Сдобников, С.С. Пахать или не пахать. - Москва: Изд-во РАСХН, 1994. -С. 288.

3. Агротехнические требования к основным технологическим операциям при адаптивных технологиях возделывания озимых колосовых и кукурузы и новые технологические средства для их выполнения в Краснодарском крае. - Краснодар, 2001. - С. 141.

4. Система ведения агропромышленного производства Ростовской области (на период 2001-2005 гг.). - Ростов-на-Дону, 2001.

5. Научно-обоснованные системы сухого земледелия Волгоградской области.

- Волгоград: Ниж.-Волж. кн. изд-во, 1986.

- С. 256.

6. Проблемы борьбы с засухой / Материалы международной научно-практической конференции. Т. 1 и Т. 2. - Ставрополь: Изд-во СтГАУ «Агрус», 2005.

Сведения об авторе

Рыков Виктор Борисович - д-р техн. наук, зам. директора по научной работе Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)42-7-89.

Information about the author Rykov Viktor Borisovich - Doctor of Technical Sciences, deputy director of scientific work, North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd). Phone: 8(86359)42-7-89.