СПОСОБ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ
METHOD OF SUBSURFACE TILLAGE OF SLOPING LANDS

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к способам обработки и почвообрабатывающим орудиям для безотвальной обработки почвы.
Известен способ безотвальной обработки почвы (RU №2158068 C1, 27.10.2000), включающий разрушение и крошение почвенного пласта по линиям наименьших связей путем автоматического отклонения крошащих элементов в стороны наименьших сопротивлений за счет придания им дополнительных трех степеней подвижности при движении их в почве [1].
Известен также способ полосной безотвально-нулевой зяблевой обработки на черноземных почвах в зонах с недостаточным увлажнением (RU №2284092 C2, 27.09.2006), включающий полосную обработку с чередованием обработанной и необработанной полосы шириной не более 40-50 см, глубиной по краям не более 14-16 см и в центре 4-6 см, формирующую двухскатную подпочвенную подошву с углом наклона не более 20-22° [2].
Известна машина для основной обработки почвы способом копания (RU №2269880 С1, 20.02.2006), содержащая движители с шарнирно закрепленными рабочими органами, обеспечивающими в процессе работы преимущественно менее энергоемкие деформации растяжения и разрыва в почве [3].
Известен способ обработки почвы (SU №1395163 A1, 15.05.1988), включающий рыхление верхнего слоя толщиной 3-16 см на всю площадь поперечного сечения и образование периодических углублений трапецеидальной формы в подпахотном слое, пересекающие уплотненную подошву на глубину 5-15 см [4].
Наиболее близким прототипом предлагаемого способа является почвообрабатывающее орудие для безотвальной обработки почвы (RU 2321195 C2, 10.04.2008), содержащее исполнительные сменные рабочие органы (лопатообразные, полевые крючки, черенковые ножи, вилообразные и т.д.) и их привод в виде кривошипно-коромыслового механизма соединенного с валом отбора мощности трактора [5]. В процессе работы исполнительные рабочие органы орудия совершают сложные колебательные движения в вертикальном направлении отрезая пласт, площадь сечения которого приближенно равна произведению глубины обработки почвы на подачу, при которой сохраняется структура слоев почвы.
Недостатком приведенного выше прототипа является то, что он не обеспечивает окончательную подготовку почвы к посеву сельскохозяйственных культур, а также заданные агрофизические и агрохимические параметры почвы при применении ресурсосберегающих агротехнологий основных полевых культур.
Общим недостатком указанных способов безотвальной обработки почвы является то, что для работы используют силу тяги трактора, являются энергоемкими и не обеспечивают оптимальные условия для роста и развития растений (водный, воздушный и пищевой режимы почвы).
Анализ существующих способов обработки склоновых, эрозионно-опасных почв показал, что использование их имеет также ряд технологических недостатков. При безотвальной обработке стерня сохраняется в значительной степени, однако происходит выраженная дифференциация пахотного слоя, как по агрофизическим параметрам (плотность сложения, порозность, твердость и т.д.), так и агрохимическим свойствам (содержанию макро- и микроэлементов, кислотности почвенного раствора и т.д.). Из-за преобладания анаэробных микробиологических процессов особенно ухудшается азотное питание растений. При плоскорезном рыхлении в верхнем слое накапливается инфекционное начало вредителей и болезней, усиливается засоренность. Так же проявляется выраженная гетерогенность пахотного слоя.
Общим свойством всех способов обработки склоновых земель является то, что механическое воздействие осуществляют в основном горизонтально установленными рабочими органами параллельно поверхности почвы, что также увеличивает опасность стока почвенной и поверхностной влаги.
Целью изобретения является повышение качества обработки склоновых и подверженных водной эрозии почв, включая их окончательную (финишную) подготовку под посев сельскохозяйственных культур с наименьшими затратами энергии.
1
Указанная цель достигается тем, что подготовку почвы осуществляют в две фазы. Первая, влагонакопительная фаза выполняется осенью, где в почве лопатообразными рабочими органами проделывают вертикальные щели размерами k×b×h (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. Затем весной выполняют вторую, влагосберегающую фазу путем сплошного поверхностного рыхления и мульчирования почвы орудиями с ротационными рабочими органами на глубину посева семян.
На фиг.1 представлено продольное сечение пласта после выполнения первой фазы глубокой безотвальной обработки почвы: 1 - пахотный горизонт, 2 - подпахотный горизонт, 3 - стерня, 4 - вертикальные щели.
На фиг.2 приведен вид сверху на поверхность поля после первой фазы обработки почвы.
На фиг.3 представлено продольное сечение пласта после выполнения второй фазы поверхностной мульчирующей обработки почвы: 1 - пахотный горизонт, 2 - подпахотный горизонт, 5 - мульчированный поверхностный слой, 4 - вертикальные щели.
1
5
5
Предлагаемый способ обработки склоновых почв отличается тем, что механическое воздействие на почву осуществляется в направлении почти перпендикулярном поверхности почвы. Это первая фаза, которая называется влагонакопительной (фиг.1, 2). Воздействие осуществляется путем вертикального или наклонного надреза пахотного 1 и подпахотного 2 слоев режущей частью лопатообразных рабочих органов на глубину до h=0,3 м. Количество вертикальных щелей 4 колеблется от 10 до 30 на одном гектаре. При этом вертикальные щели располагаются в шахматном порядке, что исключает появление сплошной линии, по которой мог бы идти поверхностный сток, и возникла бы опасность развития эрозионных процессов.
После образования надреза отрезанный пласт совершает движение вверх, при этом происходит небольшое рыхление нижнего слоя пахотного горизонта, что существенно увеличивает его способность к поглощению внутрипочвенной влаги и ее дальнейшее движение в подпахотные горизонты (улучшает дренаж). В последующем отрезанный пласт без оборота возвращается на свое место.
1
3
Вертикальные щели 4 размерами k=0,05 м, b=0,3 м, h=0,3 м и с шагом S=0,1…0,3 м способствует задержанию и накоплению влаги от 40 до 120 м/га, что увеличивает содержание продуктивной влаги в 100 см слое почвы на 20-50 мм по сравнению с отвальной обработкой.
2
Вторая влагосберегающая фаза предлагаемого способа (фиг.3) выполняется весной при подготовке почвы к посеву путем мульчирования и рыхления поверхностного слоя 3 ротационными рабочими органами на глубину посева семян h=0,05…0,07 м, которая способствует сохранению продуктивной влаги в почве. В таблице приведены основные показатели агротехнической оценки нового способа по сравнению с плоскорезной обработкой и контролем (без обработки) из которой видно, что запас продуктивной влаги в почве при нарезании щелей выше по сравнению с плоскорезной обработкой на 20…40%.
Таблица
Агротехнические показатели при оценке различных способов безотвальной обработки почвы (серая лесная, среднесуглинистая)
Показатели
Варианты опыта
В % к контролю*
Обработка почвы ротационно-колебательными рабочими органами
Обработка почвы плоскорезной лапой
Контроль (без обработки - нулевая обработка)
1. Влажность почвы по слоям, %
0-10 см
28
24
18
56/34
10-20 см
32
28
20
20-30 см
34
30
22
2. Общий запас воды, м<sup>3</sup>/га в т.ч. по слоям
1370
1190
965
0-10 см
380
336
270
42/24
10-20 см
465
374
320
20-30
525
480
375
3. Плотность почвы, г/см<sup>3 </sup>(средняя в слое 0-20 см)
1,35
1,50
1,60
-
4. Водопроницаемость, мм/мин
1,15
1,0
0,9
28/12
м<sup>3</sup>/га, ч
690
600
540
5. Режим работы:
Скорость движения, км/ч
4
4,1
-
Подача на один рабочий орган, см
20
-
Глубина обработки, см
20
19,5
6. Сохранение стерни, %
90
85
100
-
7. Степень аэрации почвы, %
90
70
-
-
8. Крошение почвы, %
85
70
-
-
9. Вспушенность, %
25
15
-
-
10. Твердость почвы, МПа
0,25
0,25
0,30
-
*в числителе - для экспериментальной машины, в знаменателе - для плоскореза
3
Анализ характера влияния различных способов основной обработки почвы на агрофизические параметры почвы показал, что применении разработанного способа обеспечивает наилучшие параметры, чем нулевая и безотвальная обработки. Интегральным показателем агрофизики является плотность почвы. Многочисленными исследованиями установлено, что для суглинистый серых лесных почв (почва опыта) оптимальная плотность почвы для зерновых культур находиться в пределах 1,1-1,4 г/см. Для предлагаемого способа данный показатель лежит в пределах нормы, тогда как по другим способам плотность почвы значительно выше оптимальных значений. Снижение плотности связано с разрыхляющим действием льда, образующегося химой в щелях при применении предлагаемого способа, при замерзании влаги, а также с последующим его оттаиванием весной. Благодаря системе вертикальных надрезов, при использовании предлагаемого способа существенно выросла и степень аэрации почвы, что приводит к более сбалансированному протеканию аэробных и анаэробных микробиологических процессов в почве и лучшему обеспечению растений различными доступными формами азота. Создаются оптимальные условия для гумификации и повышения уровня естественного плодородия. Применение обработки почвы ротационно-колебательными рабочими органами, на 10% (в сравнении с безотвальной обработкой) увеличило сохранность стерни, а значит снизило риск развития водной и ветровой эрозии.
При рассмотрении водного режима почвы при использовании различных способов обработки видно, что при применении плоскорезной обработки почвы атмосферная влага поглощается мульчирующим верхним слоем почвы (0…7 см), за счет капиллярной влаги осуществляется вертикальное движение воды. Однако при этом способе существует резкая дифференциация пахотного горизонта по условиям увлажнения и аэрации между верхним (0-10 см) и нижним (10-20 см) слоями, что может оказать негативное влияние на рост и развитие растений. При использовании предлагаемого способа оборота пласта не происходит, отмечается только рыхление пахотного горизонта в связи, с чем улучшаются как распределение атмосферной влаги, так и капиллярное движение воды.
Данные по влажности почвы по слоям, а также наблюдения за агрофизическими параметрами в разных слоях позволяют сделать вывод о минимальном уровне дифференциации пахотного горизонта, в отличии от показателей безотвальной и нулевой обработок почвы.
Кроме того, предлагаемый нами способ имеет ряд преимуществ с технической точки зрения. Так, например, в процессе входа рабочих органов в почву горизонтальная сила совпадает с направлением движения трактора и создает подталкивающее усилие агрегату, то есть они превращаются в рабочие органы-движители. Новизна предлагаемого способа безотвальной обработки почвы заключается еще и в том, что деформация сжатия (смятия), которая, как известно наиболее энергоемкая и имеет место при работе известных машин (плоскорезы, чизели и др.) заменяется на менее энергоемкие деформации почвы - растяжение и разрыв.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет добиться следующих агротехнических преимуществ по сравнению с другими способами:
- сохранение стерни на уровне 85…90% от первоначального, что имеет важное значение в предотвращении развития водной эрозии;
- создается возможность внутрипочвенного внесения удобрений и пестицидов, что существенно снижает их потери в результате смыва и разложения;
- доступ кислорода к слоям почвы, что при отсутствии интенсивного рыхления между надрезами, создает оптимальные условия и для развития анаэробных бактерий, участвующих в образовании гумусовых веществ, а значит улучшает условия гумификации;
- поскольку горизонтальная сила при отрезании пласта совпадает с направлением движения трактора, то создается подталкивающее усилие агрегату снижая буксование его движителей на 75…80%;
- частичное рыхление нижнего слоя пахотного горизонта создает лучшие условия для влагонакопления, повышает супрессивность почвы, способствует лучшему развитию корневой системы растений;
- частичное рыхление и подрезание пахотного слоя приводит к снижению засоренности посевов за счет, как механического уничтожения их, так и провокацией их прорастания, что существенно повышает эффективность последующего применения гербицидов;
- при обработке предлагаемым способом образуется ступенчатая поверхность дна борозды, атмосферные осадки лучше задерживаются, эрозия почвы замедляется.
Список использованной литературы
1. Патент РФ №2158068. Способ безотвальной обработки почвы, 2000;
2. Патент РФ №2284092. Способ полосной безотвально-нулевой зяблевой обработки на черноземных почвах в зонах с недостаточным увлажнением, 2006;
3. Патент РФ №2269880. Машина для основной обработки почвы способом копания, 2006;
4. А.с. №1395163. Способ обработки почвы, 1988;
5. Патент РФ №2321195. Почвообрабатывающее орудие для безотвальной обработки почвы, 2008.