Russian Federation
Krasnoyarsk, Russian Federation
The purpose of the study is to evaluate the developed and manufactured LLC NPO “Technoros” rotary deep loosener of the soil during autumn stubble slotting to a depth of 15.0 cm and to study its effect on soil moisture. An effective method of growing crops is proposed in order to increase productivity through the intensification of agricultural technology of cultivation. Long-term field experiments of the Krasnoyarsk Scientific Research Institute of Agriculture, a separate subdivision of the Federal Research Center of the KSC SB RAS, Krasnogorsk State Agrarian University, and others have shown that tillage along the path of minimization contributes to the conservation of moisture in the arable horizon by reducing surface run-off when a large amount of snow melts. The proposed technology of autumn loosening of the soil will al-low direct sowing of agricultural crops in the spring by any sowing complex that combines cultivation with simultaneous sowing. The new agricultural machine does not require special technical support conditions, and the proposed variant of tillage in autumn with a pin cultivator will allow maintaining the loose state of the surface, with the presence of furrows and cracks of different depths on it. Due to this, moisture will be better absorbed and retained by the soil, providing a more uniform supply of plants during the growing season. The new technology makes it possible to reduce the cost of production in comparison with the technology of plow processing by 1.5 times, in comparison with the minimum by 1.4 times, from zero – by 1.3 times, allows significant reducing cash and energy costs in the production of grain crops.
agricultural technology, means of intensification, soil, moisture, loosener, traction force, efficiency, wheat, yield
Введение. Главной задачей земледелия Красноярского края является устойчивое производство качественной и конкурентоспособной продукции растениеводства с сохранением и повышением плодородия почвы [1, 2]. Основой успешного решения этой задачи является эффективное использование почвенно-климатических ресурсов территории края и внедрение ресурсосберегающих систем обработки почвы. В последние годы освоение энергосберегающих технологий возделывания зерновых культур стало приоритетным направлением в структурной перестройке методов ведения растениеводства и постепенно становится залогом стабильного развития сельскохозяйственного производства [3–5]. Отвальная система обработки, оставаясь наиболее энергоемким приемом в технологии выращивания зерновых культур, не отвечает современным требованиям и является причиной деградации агрогенных почв и существенного снижения почвенного плодородия [4].
Накопленный во многих странах положительный опыт применения ресурсосберегающих технологий требует организации исследований по влиянию нового направления влияния на продуктивность культур, экономику и экологию в различных почвенно-климатических условиях [6–8]. В связи с недостаточной изученностью ресурсосберегающих технологий обработки почв в условиях Красноярской лесостепи их изучение является актуальным.
Цель исследований – оценка разработанного и изготовленного ООО НПО «Технорос» роторного глубокорыхлителя почвы при осеннем щелевании стерни на глубину 15,0 см и изучение его влияния на влажность почвы.
Условия, объект и методы. Объектом исследований является роторный штыревой глубокорыхлитель. Исследования проведены в условиях открытой части Красноярской лесостепи в полевом опыте. Географические координаты: широта 56° 03` с.ш., и 92° 42` в.д. Почва – чернозем обыкновенный. Температура воздуха в зоне проведения исследований: минимальная – 1,1 °C; средняя – 0,5; максимальная – 1,8 °C. Годовое количество осадков: среднее – 340 мм; максимальное – 370; за период май-сентябрь – 230 мм [8, 9]. Полевые испытания и лабораторные исследования проводятся с применением классических и современных методик [10–19].
Результаты и их обсуждение. Испытания опытного образца рыхлителя показали некоторые уязвимые места агрегата. При планируемой глубине обработки почвы до 15,0 см скорость движения у таких глубокорыхлителей при агрегатировании трактором типа МТЗ-82 (рис. 1) может составлять более 8 км/ч. Расход топлива у таких агрегатов в 2 раза ниже в сравнении с расходом топлива при эксплуатации существующих дискаторов. Данная почвообрабатывающая сельскохозяйственная машина предназначается для разрыхления почвы в послеуборочный период, разрушения корневой системы убранных зерновых культур и уменьшения или предотвращения капиллярного испарения влаги через оставшуюся корневую систему.
Предлагаемая технология осеннего рыхления почвы позволит в весенний период производить прямой посев сельскохозяйственных культур любым посевным комплексом, совмещающим культивацию с одновременным посевом.
Рис. 1. Агрегат для вертикально-штыревой обработки почвы
Из-за низкой влагообеспеченности почв Красноярского края, особенно в степных и открытой части лесостепных районов, обработка почвы проводится главным образом для накопления и сохранения влаги.
За счет более эффективного использования воды осенних и зимних осадков, проникающей с помощью щелей в пахотный слой, влажность его возрастает. При увлажнении пахотного и более глубоких слоев почвы в зимний период времени почва с повышенной влажностью замерзает и разрывается, расширяясь и рыхля горизонт в мелкоструктурный слой. Весной в разрыхленную почву при таянии снега снежная вода снова заполняет щели и помогает быстрее ее размораживать. При разных способах снегозадержания стерня, кулисы (рис. 2), снежные валы, по нашим исследованиям, зимой накапливают и сохраняют слой снега мощностью в зависимости от высоты стерни и количества выпавшего снега.
Рис. 2. Снег в кулисах из рапса (Минино, 2015–2016 гг.)
В кулисах из высокостебельных растений (горчица, рапс, подсолнечник, кукуруза и др.), в зависимости от их качества, ширины межкулисного пространства, накапливается слой до 90 см и более. Такой слой снега содержит до 60 мм воды. Однако к посеву зерновых (15–20 мая) в наших условиях в почве сохраняется только 9 мм воды. Остальная влага при таянии снега в условиях отсутствия щелей не впитывается в замороженную почву, а стекает в понижения, попутно вызывая водную эрозию.
Предлагаемый авторами вариант обработки почвы осенью штыревым рыхлителем позволит сохранить рыхлое состояние поверхности, с наличием на ней борозд и щелей разной глубины. За счет этого влага будет лучше впитываться и сохраняться почвой. Полевые испытания нового глубокорыхлителя (рис. 3) проводилось в Восточной Сибири в ОПХ «Минино» на территории Емельяновского района, расположенной в открытой части Красноярской лесостепи с характерными признаками дефляции и следами водной эрозии почвы.
В процессе эксперимента динамометром замерялось тяговое сопротивление роторного глубокорыхлителя почвы. При глубине обработки почвы в 15,0 см тяговое сопротивление составляет 10 кН/м, или 1020 кг/с. Для проверки теоретических расчетов сила тягового сопротивления глубокорыхлителя определялась экспериментально с дальнейшим расчетом затрат энергии на передвижение трактора и преодоление сопротивления прицепного агрегата. Это позволит более точно определить общие затраты энергии при минимально-нулевой обработке почвы роторным глубокорыхлителем.
Теоретические расчеты подтвердились экспериментально. При производственных испытаниях тяговое сопротивление роторного глубокорыхлителя при вертикально-штыревом способе обработки почвы в десятки раз ниже в сравнении с плужной, дискаторной и культиваторной обработкой.
Полевые испытания опытного образца агрегата для вертикально-штыревой обработки почвы выявили и слабое место машины. Узел активации рабочего органа, приводимый от опорного рабочего колеса через зубчатую передачу на игольчатый барабан, выходит из строя за счет попадания почвы между зубьями колеса и барабана. Обусловлено это близким размещением узла к поверхности почвы, и при движении агрегата почва с колес и рабочих штырей агрегата попадает на зубчатое соединение. Ускоряется поломка от того, что на глубине 5 см почва в любое время содержит влагу и это делает ее липкой. Налипая на рабочие органы, особенно при движении по стерне или по засоренному паровому полю, почва с растительными остатками создает прочную массу, ломающую все соединения между колесом и рабочим игольчатым барабаном, изгибая и отламывая штыри на самом барабане. В полевых условиях такие поломки устранить невозможно.
Рис. 3. Усовершенствованная система привода рабочего органа промышленного агрегата
для вертикально-штыревой обработки почвы
Поэтому конструкторским отделом ООО НПО «Технорос» была проведена существенная переработка узла привода рабочего органа агрегата, исключающая частые поломки. Зубчатая передача была заменена на звездчатую, приводимую от того же колеса, но в верхней его части, высоко от поверхности почвы. Звездочки, приводимые во вращение от правого и левого колеса, стоят на одном валу с двумя ручьевыми шкивами. Оба шкива передающими вращение ремнями соединены с ведомыми шкивами меньшего диаметра, стоящими на обоих концах рабочего игольчатого барабана. Меньший диаметр ведомых шкивов повышает скорость вращения барабана. Для ясности представления уточним, что барабаны взяты от игольчатой бороны БИГ-3А (рис. 3).
Такая, более гибкая и эластичная передача вращающего момента позволяет плавно приводить в движение игольчатый барабан и в случае попадания в иглы большого количества соломы или комков почвы с сорняками не приводит к поломке, а просто ремни начинают пробуксовывать, и барабан останавливается.
В ходе проведения испытаний была рассчитана чувствительность прибавки энергопродуктивности яровой пшеницы к разработанным и испытанным новым энерготехнологическим воздействиям при обработке полей и разных эколого-географических условиях и уровнях урожайности зерновых культур. При урожайности в 35 ц/га, цене на зерно пшеницы в 1200 руб/ц и прибавках, полученных опытным путем использования различных агроприемов почвообработки, все они оказались безубыточны. У приема осеннего щелевания стерни глубокорыхлителем за счет полученного дохода, перекрывающего затраты на его получение, коэффициент энергетического совершенства многократно больше единицы. Таким образом, применение данного агроприема, как энергетически совершенного, становится более эффективным в сравнении с другими способами обработки почвы, а его применение, наряду с плужной и дискаторной обработками почвы, вполне оправдано [21].
Агроприем, включающий культивацию с одновременным посевом, имеет коэффициент экономического совершенства при урожайности в 35 ц/га меньше единицы δ1 = 0,81. По расчетам, получение урожайности пшеницы в 35 ц/га происходит за счет эффективного использования природно-экологической энергии при чистой прибавке урожая от нее в 23,5 ц/га и полученной прибавки в сумме 28140 руб/га. Эти и более высокие показатели по урожайности получены только за счет научно обоснованного размещения посевов пшеницы в умеренном климатическом поясе России и соответствующих территориях Красноярского края.
При урожайности в 35 ц/га осеннее щелевание стерни в сравнении с плужной обработкой почвы дает энергетический доход выше энергетических затрат в 11,8 раза, а коэффициент энергетического совершенства этого агроприема δ1 = 11,8 [22]. При средней урожайности пшеницы в 32 ц/га в Красноярской лесостепи все агротехнические приемы энергетически совершенны, поскольку чувствительность их больше 1.
Экономическая оценка технологий обработки почвы показала, что при среднестатистической выручке при прогнозируемой продаже зерна пшеницы в 1200 руб/ц и выросших затратах на 1 га пашни при различных способах обработки почвы и разных затратах труда при производстве зерновых культур, себестоимость и, соответственно, экономический доход будут разными и будут зависеть от применяемых агроприемов (табл.). Данные таблицы показывают, что при минимально-нулевой обработке, которая предназначена для последующего сохранения снеговой влаги, сокращаются затраты в сравнении с плужной, дискаторной обработкой и щелеванием почвы.
Экономическая оценка технологий обработки при производстве
зерновых в 2013–2020 гг.
|
Технология возделывания |
Урожайность, ц/га |
Затраты, руб/га |
Себестоимость, руб/ц |
Затраты труда, чел-дн |
|
Традиционная |
35 |
9175 |
262 |
42,6 |
|
Минимальная |
32 |
7730 |
242 |
28,6 |
|
Нулевая |
30 |
6497 |
217 |
20,2 |
|
Минимально-нулевая |
32 |
5273 |
165 |
25,4 |
Заключение. Новая технология позволяет снизить себестоимость продукции в сравнении с технологией плужной обработки в 1,5 раза, в сравнении с минимальной в 1,4 раза, с нулевой обработкой в 1,3 раза. Позволяет существенно сократить денежные и энергетические затраты при производстве зерновых культур.
В продолжение испытаний в производственных условиях планируется провести обработку на различную глубину с измерением нагрузки на движитель, а также измерить степень уплотнения почвы непосредственно от воздействия на нее штырей.
1. Shaparev N.Ya. Antropogennoe vliyanie na zemel'nye resursy Krasnoyarskogo kraya / Krasnoyar-skiy nauchnyy centr SO RAN, Institut vychislitel'nogo modelirovaniya SO RAN, g. Krasno-yarsk // Sayt «Prirodnye resursy Krasnoyarskogo kraya». URL: http://nature.krasn.ru.
2. Vliyanie obrabotki pochvy na elementy plodorodiya i urozhaynost' pshenicy v lesostepnoy zone Krasnoyarskogo kraya / V.N. Romanov [i dr.] // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2016. № 6, T. 30. S. 77–79.
3. Bezrukih V.A., Elin O.Yu. Agrarnoe prirodopol'zovanie kak odno iz strategicheskih naprav-leniy razvitiya Central'noy Sibiri // Problemy sovremennoy ekonomiki. 2008. № 4 (28).
4. Energeticheskaya ocenka resursosberegayuschih tehnologiy vozdelyvaniya zernovyh kul'tur v usloviyah lesostepi Krasnoyarskogo kraya / V.N. Romanov [i dr.] // Vestnik KrasGAU. 2018. № 2 (137). S. 9–16.
5. Doklad o sostoyanii i ispol'zovanii zemel' Krasnoyarskogo kraya za 2000 god / Komitet po ze-mel'nym resursam i zemleustroystvu Krasnoyarskogo kraya (ruk. komiteta Yu.A. Lyutyh). Kras-noyarsk, 2001.
6. Sventickiy I.I., Bonov G.S., Antoninova M.V. Sistemnyy analiz potokov energii v agroce-nozah. Puschino: NCBI AN SSSR, 1982.
7. Bazarov E.I., Shironov Yu.A. Upravlenie energeticheskim balansom v integrirovannoy bio-tehnicheskoy sisteme // Vestnik sel'skohozyaystvennoy nauki. 1986. № 9. S. 101–108.
8. Agrometeobyulleteni AMS «Minino» za 2018–2020 gg.
9. Internet-resurs OOO «Meteocentr» g. Krasnoyarska. 2021 g.
10. Dospehov B.A., Vasil'ev I.P., Tulikov A.M. Praktikum po zemledeliyu. M.: Agroproizdat, 1977. 301 s.
11. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta. M.: Agropromizdat, 1985. 352 s.
12. Metodika Goskomissii po sortoispytaniyu sel'skohozyaystvennyh kul'tur. M., 1963.
13. Pat. 2671480 S2. Sposob i ustroystvo osnovnoy glubokoy vertikal'no-shtyrevoy obrabotki pochvy / Cuglenok N.V. № 2014121579. Zayavl. 27.05.2014, opubl. 31.10.2018, Byul. 31.
14. Pat. 2732021 S1. Sposob i ustroystvo osnovnoy glubokoy vertikal'no-shtyrevoy obrabotki pochvy / Cuglenok N.V., Kacer I.I. № 2019117628. Zayavl. 05.06.2019, opubl. 10.09.2020, Byul. 25.
15. Cypuk A.M. Soprotivlenie i energiya pri deformacii pochvy // Tr. lesoinzhenernogo fakul'-teta PetrGU. Petrozavodsk, 2003. Vyp. 4. S. 156.
16. Goryachkin V.P. Racional'naya formula dlya sily tyagi plugov konnyh i traktornyh // Sobr. soch. M.: Kolos, 1965. T. 2. S. 59–103.
17. Kapustin A.N. Osnovy teorii rascheta mashin dlya osnovnoy i poverhnostnoy obrabotki pochv, posevnyh mashin i mashin dlya vneseniya udobreniy: ucheb. posobie. Tomsk: Tomsk. politeh. un-t, 2012. S. 136.
18. Trubinin E.I. Sel'skohozyaystvennye mashiny (konstrukciya, teoriya i raschet): ucheb. posobie / KGAU. 2-e izd., pererab. i dop. Krasnodar, 2008. Ch. 1. 200 s.
19. GOST 2.102-2013. Vidy i komplektnost' konstruktorskih dokumentov. M., 2013.
20. Razrabotka oborudovaniya dlya realizacii progressivnoy energoeffektivnoy tehnologii ob-rabotki pochvy po teme «Vypolnenie prikladnyh nauchnyh issledovaniy i eksperimental'nyh razrabotok, napravlennyh na sozdanie innovacionnoy produkcii s vysokoy dobavlennoy sto-imost'yu»; otchet o nauchno-issledovatel'skoy rabote (promezhutochnyy po 1-mu godu proekta). Registracionnyy nomer NIOKTR 121102000058-2. Registracionnyy nomer otcheta 10/21-05. Inv. № 00245. Krasnoyarsk, 2021. 48 s.
21. Cuglenok N.V. Prognozirovanie i sozdanie energosovershennyh tehnologiy. Krasnoyarsk, 2022. 305 s.
