СПОСОБ БОРЬБЫ С ЭРОЗИЕЙ ПОЧВ
METHOD OF LAND EROSION CONTROL

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к защите почв от эрозии.
Известен способ обработки почвы [патент Российской Федерации №2100918, кл. А01В 79/00, заявка №96104163 от 01.03.96, опубл. 10.01.98], включающий рыхление верхнего слоя почвы, измельчение и заделку в этот слой стерни и других растительных остатков батареями сферических дисков, последующее сплошное безотвальное рыхление нижнего слоя почвы плоскорежущими лапами и полосное глубокое рыхление плужной подошвы. При этом при рыхлении верхнего слоя почвы сохраняют полосы шириной 25-60 см с незаделанной стерней, выполняющие функцию продуваемых кулис и с интервалами между этими полосами 200-700 см, а плужную подошву с обеих сторон полосы с незаделанной стерней рыхлят полосно на глубину более 30 см, причем ширина дна разрыхленных полос меньше их глубины. Кроме того, верхний слой почвы с незаделанной стерней крошат без перемешивания посредством ротационных, например игольчатых или ножевых, рабочих органов.
Недостатком этого известного способа является то, что измельченная и заделанная в верхний слой почвы стерня не обеспечивает необходимую водопроницаемость почвы и поэтому не обеспечивает надежную защиту почвы от водной эрозии. Наличие незаделанных полос стерни в виде продуваемых кулис шириной 25-60 см повышает защиту почвы от дефляции и способствует лучшему накоплению снега на полях, однако полосы стерни также не являются надежным средством, снижающим поверхностный сток талой воды и эрозию почвы. Рекомендуемый интервал между продуваемыми кулисами до 700 см является завышенным. По результатам известных исследований установлено, что расстояние между кулисами должно находится в пределах 15-20 высот стерни, то есть не более 400 см. Выполнение глубокого рыхления почвы с обеих сторон полосы с незаделанной стерней, выполняющей функцию продуваемых кулис, приводит к значительному увеличению энергоемкости процесса и лишь частично снижает весной водную эрозию на склонах вследствие того, что образованные при обработке почвы борозды заиливаются почвой и заполняются водой при зимних оттепелях, а при возврате холодов льдом.
Из уровня техники в области сельского хозяйства известно техническое решение [патент RU 2318303 С1, А01В 13/16, опубл. в БИ №7, 10.03.2008], в котором выполняется основная обработка почвы противоэрозионным орудием в виде мелкого безотвального рыхления верхнего слоя почвы с образованием борозд для укладки стерни и одновременное формирование параллельных лент в виде непродуваемых кулис из подрезанной стерни, перемешанной с почвой, уложенных в борозды поперек склона и частично возвышающихся над поверхностью почвы, причем основание каждой кулисы уложено в две продольные борозды, глубина которых меньше глубины обработки верхнего слоя почвы. При этом стерня срезается дисковыми рабочими органами полностью и укладывается в непродуваемые кулисы, а между ними остаются полосы пашни, свободные от стерни.
Недостатком обработки почвы, выполняемой данным орудием, является отсутствие полос стерни между образованными непродуваемыми кулисами. Это приводит к дефляции почвы и сдуванию снега с полей, а значит, к снижению противоэрозионной устойчивости пашни и влаги в почве.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к предлагаемому способу борьбы с эрозией почв является способ борьбы с эрозией почв [авторское свидетельство СССР №513656, кл. А01В 13/16, заявка №1657971 от 14.05.71, опубл. в БИ №18, 15.05.76], который включает одновременно основную обработку почвы и нарезку борозд поперек склона с внесением в них органического заполнителя в виде срезанного верхнего слоя почвы вместе со стерней, сформированного в ленту и уложенного в борозду, с возвышением ленты над поверхностью почвы, причем в процессе основной обработки почвы на дне борозды дополнительно нарезают глубокую щель с кротовиной, при этом всю обработанную площадь покрывают такими лентами, выполняющими функцию непродуваемых кулис, а между ними оставляют полосы пашни, полностью свободные от стерни.
Недостатком прототипа является то, что каждая лента, сформированная из стерни, перемешанной с почвой, выполняющая функцию непродуваемой кулисы, укладывается в одну продольную борозду, что не обеспечивает надежную устойчивость пашни от водной эрозии вследствие просачивания воды под основанием кулисы. А нарезка дополнительных глубоких щелей с кротовинами на дне борозд также недостаточно обеспечивает противоэрозионную устойчивость пашни и приводит к значительному увеличению энергозатрат. Кроме того, полное отсутствие на поверхности пашни полос стерни, выполняющих функцию продуваемых кулис между лентами, образованными в виде непродуваемых кулис, приводит к дефляции почвы и неравномерному снегозадержанию в зимний период вследствие сдувания снега с полей в лесополосы и овраги, а следовательно, недостаточному увлажнению почвы и потере плодородия, а как следствие, к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Техническим результатом предлагаемого способа борьбы с эрозией почв является повышение противоэрозионной устойчивости пашни, увеличение влаги в почве при снижении энергозатрат.
Технический результат достигается в предлагаемом способе борьбы с эрозией почв, включающем основную обработку почвы и одновременное формирование из подрезанной стерни, перемешанной с почвой, лент в виде непродуваемых кулис, уложенных в борозды поперек склона и частично возвышающихся над поверхностью почвы, где при проведении основной обработки почвы одновременно образуют последовательно чередующиеся между собой продуваемые и непродуваемые кулисы, расположенные на равноудаленных расстояниях друг от друга, причем основная обработка почвы осуществляется в виде сплошного, преимущественно мелкого безотвального рыхления верхнего слоя почвы, а непродуваемые кулисы, сформированные из подрезанной и перемешанной с почвой стерни, укладывают более чем в одну борозду, глубина которых соизмерима с глубиной обработки почвы, и размещают с интервалом 200-350 см друг от друга, при этом продуваемые кулисы представляют собой подрезанные на глубину обработки почвы и оставленные на поверхности поля полосы стерни шириной 25-45 см.
Совокупность существенных признаков предлагаемого способа находится в следующей причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.
В предлагаемом способе борьбы с эрозией почв проводится сплошное безотвальное, преимущественно мелкое рыхление верхнего слоя почвы без дополнительного глубокого рыхления лапами или щелерезами, и одновременное формирование последовательно чередующихся между собой продуваемых и непродуваемых кулис, расположенных на равноудаленных расстояниях друг от друга, такая совокупность признаков в сравнении с известным способом (прототипом) приводит к снижению скорости воздушного потока в приземном слое за счет его расчленения стеблями продуваемой кулисы на множество отдельных ослабленных потоков, при этом переносимые при метелях снег или при дефляции почвенные частицы, теряя скорость перемещения, оседают между продуваемыми и непродуваемыми кулисами, при этом продуваемые кулисы лучше задерживают переносимые в приземном слое, а непродуваемые кулисы перекатывающиеся по поверхности частицы почвы или снега, при этом непродуваемые кулисы, чередующиеся с продуваемыми кулисами и возвышающиеся над поверхностью почвы при интенсивном снеготаянии, являются механическими препятствиями для стекающих по склону потоков талой воды. Таким образом, наличие последовательно чередующихся между собой продуваемых и непродуваемых кулис, расположенных на равноудаленных расстояниях друг от друга, способствует приращению эффекта повышения противоэрозионной устойчивости пашни и накопления влаги в почве за счет более эффективного снегозадержания, а также предотвращения ветровой эрозии (дефляции) и поверхностного стока воды, то есть водной эрозии на склонах. Каждый отдельно взятый вид кулис, как продуваемых так и непродуваемых, дает либо снижение только ветровой эрозии (дефляции) и способствует лучшему снегозадержанию либо надежно предотвращает только поверхностный сток и водную эрозию. Вместе с тем, расположение продуваемых и непродуваемых кулис на равноудаленных расстояниях друг от друга обеспечивает более надежное и равномерное отложение снега при метелях и почвенных частиц при дефляции как с наветренной, так и с заветренной сторон, при этом зона аккумуляции снега или почвы находится перед и за продуваемой кулисой и перекрывает все расстояние между продуваемыми и непродуваемыми кулисами, между тем, при расположении продуваемой кулисы непосредственно вплотную с непродуваемой приводит к переносу снега или почвенных частиц через непродуваемую кулису и дальнейшему их перемещению по поверхности поля.
Кроме того, в сравнении с прототипом основную обработку почвы выполняют в виде сплошного безотвального преимущественно мелкого рыхления верхнего слоя почвы без дополнительного нарезания глубоких щелей с кротовинами, что приводит к снижению энергозатрат в процессе обработки почвы.
Так как непродуваемые кулисы, сформированные из подрезанной и перемешанной с почвой стерни, укладывают более чем в одну борозду, глубина которых соизмерима с глубиной обработки почвы, и размещают с интервалом 200-350 см друг от друга, то создаются дополнительные препятствия для стока талой воды и смыва почвы, а следовательно, повышается противоэрозионная устойчивость непродуваемой кулисы за счет предотвращения просачивания воды под основанием непродуваемой кулисы, при этом каждая борозда служит своеобразным отстойником для смываемого водой мелкозема. При интервалах между непродуваемыми кулисами менее 200 см отмечается недостаточная концентрация пожнивных остатков в смеси с почвой, это приводит к снижению водопроницаемости и водопоглощающей способности образованных непродуваемых кулис и переливу через них воды, стекающей со склона, а следовательно, к снижению противоэрозионной надежности пашни.
При увеличении интервала между непродуваемыми кулисами более 350 см увеличивается водосбор между непродуваемыми кулисами, а также их высота и ширина. Это приводит к образованию водяных блюдец перед непродуваемыми кулисами и затрудняет проведение последующих технологических операций, таких как покровное боронование и предпосевная культивация.
Вместе с тем, наличие полос стерни в виде продуваемых кулис шириной 25-45 см, оставленных между непродуваемыми кулисами, способствует снижению ветровой эрозии (дефляции) и накоплению снега за счет снижения скорости воздушного потока в приземном слое, а значит, скорости перемещения частиц почвы и снега и их задержания между последовательно чередующимися между собой продуваемыми и непродуваемыми кулисами.
2
Учитывая, что количество продуктивных стеблей растений на 1 м находится в пределах 350…450 шт., то количество стеблей на 1 погонном метре продуваемой кулисы при ее ширине 25-45 см, в зависимости от ширины междурядий при посеве будет находиться в пределах 78…168 шт.Этого количества стеблей будет достаточно для достижения необходимого противоэрозионного эффекта. Увеличение ширины продуваемых кулис более 45 см приведет к снижению количества пожнивных остатков в непродуваемых кулисах, а значит, к снижению их водопроницаемости, водопоглощающей способности и противоэрозионной надежности.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом. На чертеже схематично изображено поперечное сечение пласта почвы, обработанного предлагаемым способом.
Предлагаемый способ борьбы с эрозией почв осуществляют следующим образом. Выполняют основную обработку почвы преимущественно в виде сплошного мелкого безотвального рыхления верхнего слоя на глубину h-1, равную до 16 см, ее проводят орудием с рыхляще-подрезающими лапами для мелкой обработки почвы. Одновременно с обработкой почвы осуществляют образование продольных борозд 2 для укладки стерни при помощи бороздообразователей (типа окучников), регулируемых по высоте и установленных на стойках крайних рыхляще-подрезающих лап орудия, причем глубина продольных борозд 2 соизмерима с глубиной обработки h-1 верхнего слоя почвы. В процессе выполнения основной обработки почвы подрезают верхний слой почвы со стерней и формируют из подрезанной массы продольные параллельные ленты в виде непродуваемых кулис 3 при помощи дисковых рабочих органов, шарнирно закрепленных на несущих элементах орудия. Непродуваемые кулисы располагают поперек склона с интервалом В-4, равным 200-350 см друг от друга, при этом основание непродуваемых кулис 3 укладывают в две продольные борозды 2, а верхняя часть непродуваемых кулис 3 частично возвышается над поверхностью почвы. Одновременно при подрезании верхнего слоя почвы со стерней за счет регулируемого расстояния между передними правым и левым дисковыми рабочими органами сохраняют продольные подрезанные на глубину обработки почвы полосы стерни 5 в виде продуваемых кулис шириной b-6, равной 25-45 см, которые расположены между непродуваемыми кулисами 3. Таким образом, одновременно образуются последовательно чередующиеся между собой непродуваемые 3 и продуваемые 5 кулисы, расположенные на равноудаленных расстояниях друг от друга.
2
Пример конкретного осуществления предлагаемого способа борьбы с эрозией почв. Предлагаемый способ борьбы с эрозией почв осуществлялся в условиях Саратовской области, на поле ГНУ НИИСХ Юго-Востока Россельхозакадемии (г. Саратов), после уборки озимой пшеницы. Рельеф поля - выровненный с уклоном 3-5°, почва - чернозем маломощный, влажность почвы в момент осуществления способа в пахотном слое составляла 20,3%, твердость почвы - 1,4 МПа. Средняя высота стерни была равна 21,7 см, масса стерни составляла 210 г/м. Основную (сплошную мелкую безотвальную) обработку почвы выполняли орудием [патент Российской Федерации №2318303, кл. А01В 13/16, А01В 49/02, заявка №2006127791 от 31.07.2006, опубл. в БИ №7, 10.03.2008] с рыхляще-подрезающими рабочими органами (типа КПШ), средняя глубина обработки составляла 13,8 см. Одновременно с основной обработкой почвы проводили подрезание верхнего слоя почвы вместе со стерней при помощи дисковых рабочих органов диаметром 450 мм, шарнирно закрепленных на несущих элементах орудия и установленных под углом атаки, равным 45°. Подрезанную и перемешанную с почвой стерню транспортировали дисковыми рабочими органами в продольные борозды, образованные одновременно с основной обработкой почвы бороздообразователями (типа окучников), закрепленными на крайних (левой и правой) стойках рыхляще-подрезающих лап орудия. При смежном проходе орудия из стерни, перемешанной с почвой, окончательно формировали ленты в виде непродуваемых кулис, основание которых было уложено в одну, две, три и четыре продольные борозды, средняя глубина которых была соизмерима с глубиной обработки почвы и равнялась 11,8 см. Это обеспечивало снижение энергозатрат. Непродуваемые кулисы формировали поперек склона с интервалом от 150 до 450 см друг от друга. В процессе подрезания верхнего слоя почвы вместе со стерней за счет регулируемого расстояния между передними правым и левым дисковыми рабочими органами оставляли полосу с не заделанной в кулису стерней в виде продуваемых кулис шириной 30 см.
Способ-прототип осуществляли при одинаковых условиях с предлагаемым способом, на одном поле, в одно и то же время. Основную обработку почвы проводили плугом ПЛН-5-35, средняя глубина обработки корпусами плуга составляла 21,7 см, а глубина щелевания с кротованием 34,2 см. Щелевание выполняли щелерезом с кротователем (типа ПЩ-3), установленным за стойкой четвертого корпуса плуга. Одновременно с основной обработкой почвы проводили подрезание верхнего слоя почвы вместе со стерней при помощи дисковых рабочих органов диаметром 450 мм, шарнирно закрепленных на несущих элементах плуга и установленных под углом атаки, равным 45°. Подрезанную и перемешанную с почвой стерню транспортировали дисковыми рабочими органами в продольную борозду, образованную четвертым корпусом плуга. При этом стерню, перемешанную с почвой, частично располагали в борозде, а частично - на поверхности обработанного поля, в виде лент, расположенных поперек склона. Причем всю обработанную площадь покрывали такими лентами в виде непродуваемых кулис, а между ними оставляли полосы пашни, свободные от стерни.
Оптимальное число продольных борозд под основанием кулис определяло противоэрозионную устойчивость пашни, которая характеризовалась стоком талой воды и смывом верхнего слоя почвы (таблица 1).
2
Исследованиями установлено, что весной при снеготаянии вода, двигаясь вниз по склону, попадала в непродуваемые кулисы. Она заполняла поры стерни и частично впитывалась в почву, при этом мелкозем как более тяжелая фракция оседал в бороздах, как в отстойниках, постепенно заполняя их. В варианте с непродуваемой кулисой, под основанием которой была образована одна борозда, при всех исследуемых интервалах между непродуваемыми кулисами от 150 до 450 см наблюдали поверхностный сток воды и смыв верхнего слоя почвы (таблица 1). Одной борозды под основанием непродуваемых кулис было недостаточно, вода просачивалась сквозь непродуваемую кулису и подходила к следующей нижерасположенной по склону непродуваемой кулисе, усиливая поток воды. В этом случае поверхностный сток увеличивался от одной непродуваемой кулисы к другой, и процесс приобретал лавинообразный характер. В вариантах с двумя, тремя и четырьмя бороздами под основанием непродуваемых кулис сток воды и смыв почвы прекращался при увеличении интервала между непродуваемыми кулисами до 200 см. При интервале 150 см и числе борозд под основанием непродуваемых кулис одна, две, три и четыре количества стерни было недостаточно для формирования непродуваемой кулисы с постоянными параметрами по высоте и ширине. Это приводило к тому, что вода просачивалась в местах с недостаточным количеством стерни в непродуваемой кулисе, во всех исследуемых вариантах, и вызывала поверхностный сток и смыв почвы (таблица 1). С увеличением интервала более 350 см увеличивались водосбор между непродуваемыми кулисами и поперечное сечение самих непродуваемых кулис, это приводило к устойчивому образованию водяных блюдец площадью более 1 м. При этом большой объем непродуваемой кулисы затруднял проведение очередных агротехнических операций, таких как покровное боронование, культивация и посев, а водяные блюдца отодвигали сроки проведения полевых работ из-за неравномерного созревания почвы. Следовательно, при мелкой обработке почвы до 16 см борозд под основанием непродуваемых кулис должно быть не менее двух, а расстояние между непродуваемыми кулисами находится в пределах 200-350 см. Это позволяет повысить противоэрозионную устойчивость и запасы воды в почве при меньших энергозатратах. Увеличение числа борозд под основанием непродуваемых кулис более двух, в интервале между кулисами 150-450 см, не повышает противоэрозионную устойчивость пашни и приводит к увеличению энергозатрат.
Ширина полос стерни, равная 25-45 см, оставленных в виде продуваемых кулис, определяется количеством рядков стерни. Для усиления эффекта продуваемых кулис в части снегозадержания и дефляции их количество должно быть не менее одного. Величина междурядий зерновых сеялок равна 7,5; 15 и 22,5 см, таким образом, ширина полосы стерни 25-45 см, оставленной в виде продуваемой кулисы, является оптимальной для усиления необходимого противоэрозионного эффекта кулис и снегозадержания.
Экспериментально проверено, что скорость ветра около полос стерни, оставленных в виде продуваемых кулис, не превышает критических значений, при которых прекращается перемещение почвенных частиц или снега на расстоянии, равном 10-15 высотам продуваемой кулисы. При средней высоте стерни 20-23 см расстояние между полосами стерни, оставленными в виде продуваемых кулис, должно находиться в пределах 200-350 см.
3
Сравнение предлагаемого способа борьбы с эрозией почв с прототипом в условиях Саратовской области в склоновых агроландшафтах показало (таблица 2), что высота снежного покрова на участках, обработанных предлагаемым способом, была выше на 9,9 см по сравнению с прототипом, поверхностный сток талой воды и смыв плодородного слоя почвы (эрозия) на участках, обработанных предлагаемым способом, отсутствовали. Это способствовало увеличению влаги в почве. На участках, обработанных по способу-прототипу, сток талой воды и смыв почвы соответственно составляли 3,1 мм (31 м/га) и 1,8 т/га. В результате накопления дополнительной влаги в почве и сохранения плодородия урожайность яровой пшеницы в варианте с предлагаемым способом борьбы с эрозией почв превышала вариант с прототипом на 1,6 ц/га (7,7%).
Применение предлагаемого способа борьбы с эрозией почв позволяет повысить противоэрозионную устойчивость пашни, увеличить запасы воды в почве и снизить энергозатраты процесса обработки почвы, прежде всего в склоновых агро-ландшафтах.
Таблица 2
Влияние способов борьбы с эрозией почв на накопление снега, эрозионные процессы и урожайность яровой пшеницы
Способы основной обработки почвы
Высота снега, см
Сток, мм
Смыв почвы, т/га
Урожайность, ц/га
Уклон участка 3-5°
Прототип
20,9
3,1
1,8
19,1
Предлагаемый способ
30,8
0,0
0,0
20,7