Проблема уплотнения грунтов ходовыми системами сельскохозяйственных машин
С появлением тяжелых энергонасыщенных тракторов массой более 4-8 т (МТЗ-82, Т-150, ХТЗ-120, ХТЗ-170), особенно в орошаемых условиях, интерес к изменениям свойств почв вырос, поскольку такие тракторы негативно влияли на грунт. Выявлено две причины, которые вызывают негативное влияние техники на свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур: это некотрольоване роста массы машинно-тракторных агрегатов (МТА) и явная несовершенство организации ведения механизированных полевых работ. Кроме того, при разработке используемых сейчас в производстве конструкций МТА и технологий выращивания сельскохозяйственных культур возможных негативных последствий уплотнения почвы не принимали во внимание.
Интенсификация сельскохозяйственного производства привела к увеличению количества мероприятий, связанных с работой МТА на поле. Так, при выращивании зерновых культур необходимо выполнить около 8-15 отдельных мероприятий, а пропашных - 20-25.
Оказалось, что практически все типы сельскохозяйственных тракторов уплотняют почву на значительную глубину. Проходы колес тяжелых МТА по разрыхленной и увлажненной почвы особенно неблагоприятны. Уплотнению способствует буксования и вибрация двигателей, высокое давление в шинах, узкие расстояния между опорами ходовых систем (что, в частности, существенно увеличивает общую площадь уплотнения поля) и др.
Неблагоприятные факторы уплотнения негативно влияют на водно-физические свойства почвы: растет плотность и твердость (по разным данным - до глубины 30-120 см), снижается скорость поступления в почву атмосферной влаги, уменьшается ее доступность и резко ухудшаются условия для развития корневых систем растений. Исследованиями установлено, что увеличение или уменьшение объемной массы почвы от оптимальной на 0,1-0,3 г / см 3 приводит к снижению урожая на 20-40%.
Многократные циклические перемещения МТА по полю приводят к тому, что площадь, которая покрывается ходовыми системами тракторов, превышает площадь поля. Так, без учета уборочно-транспортных работ при выращивании озимой пшеницы площадь, которая покрывается колесами и гусеницами тракторов на 1 га, достигает в среднем 2226 тыс. М 2, при выращивании кукурузы - 18-30, сахарной свеклы - 30-32 тыс.м 2.
Однако количество проходов по одному и тому же месту поля неодинакова. При выращивании озимой пшеницы более 30% площади поля испытывает двукратной действия ходовыми системами тракторов, 20 - шестикратной и 2% - восьмикратный. НЕ уплотняется лишь 10% площади поля. Поворотные полосы прикочуються колесами и гусеницами машин до 20 раз в течение года (А. С. Кушнарев, В. И. Кочев, 1989).
Действие ходовых систем тракторов на почву зависит от типа двигателя (гусеничный, колесный) и массы трактора. При работе тракторов МТЗ-80, ДТ-75М, Т-70С уплотнительная действие распространяется на глубину до 45 см, Т-150К и К-700 - на 50-70 см. Иногда уплотнения от воздействия ходовых систем тракторов Т-150К и К- 700 распространяется на глубину 1-1,2 м. При этом существенно увеличивается объемная масса пахотного и подпахотного слоев, достигая 1,35-1,45 г / см 3, уменьшается общая пористость на 23-25%. Во многих почвенно-климатических зонах плотность строения почвы не самовосстанавливающийся и в последующие годы.
Уплотнение почвы связано прежде всего с изменением порового пространства, причем этот процесс начинается с деформации крупных некапиллярных пор. Наиболее ценными для физических свойств почвы является поры размерами 100-300 мкм и более, по которым транспортируется и перераспределяется большое количество воды, быстро и глубоко проникает в почву воздуха. Влага, содержащаяся в порах размером менее 10 мкм, малодоступна растениям. Уплотнения грунтов приводит к уменьшению пор размером более 10 мкм. Так, при уплотнённости почвы от 1,25 до 1,62 г / см 3 общая пористость уменьшается от 52 до 39%. По объемной массы 1,32 г / см 3 поры размером более 300 мкм составляют 2-3% от объема почвы. При уплотнении до 1,50 г / см 3 количество пор более 10 мк уменьшается до 6%, но в 1,5 раза увеличивается объем пор размером менее 3 мкм (А. С. Кушнарев, В. И. Кочев, 1989) . Это приводит к тому, что при одинаковой весовой влажности вследствие уплотнения почвы уменьшается количество доступной растениям влаги и увеличивается содержание недоступной воды в микро. Даже после полива запас доступной влаги в активном слое почвы на уплотненных участках на 250-300 м 3 / га ниже, чем на неуплотненных. Кроме того, водопроницаемость уплотненного ходовыми системами тракторов почвы уменьшается в 2-4 раза и более.
Уплотнённость почвы ухудшает воздухообмен, питательный и температурный режимы, снижает биологическую активность почвы. Интенсивность выделения из уплотненного грунта СО 2 уменьшается в 1,2-1,6 раза. Основной формой азота в уплотненном грунте (до 95%) в течение вегетационного периода растений является аммонийный, что связано с ухудшением воздушного режима.
Температура почвы по следу трактора отличается от температуры почвы на этом месте в течение суток. Уплотненный грунт в утренние часы имеет более низкую температуру, чем неуплотненный, днем прогревается сильнее, а вечером быстрее охлаждается. Амплитуда колебаний температуры выше в уплотненном почвы, чем в неуплотненном.
Увеличение твердости почвы вследствие уплотнения препятствует прохождению зародышевого корешка и ухудшает аэрацию в период повышения влажности, снижает всхожесть семян. Корни на уплотненных участках деформированное и концентрируется в слоях с пониженной плотностью грунта, в результате чего уменьшается урожайность культур. В уплотненный грунт корни растений проникают слабо, до 80% его находится в слое 7-10 см.
Уплотнение почвы ходовыми системами вызывает брилоутворення. На уплотненных участках суглинистых и глинистых почв во время пахоты образуются глыбы диаметром 60-70 см и массой 35-40 кг. Существенно ухудшается крошение при подготовке такого вспаханной почвы под посев культур. Если на неуплотненных участках комков размерами более 10 мм насчитывает 12-15%, то на уплотненных колесами трактора К-700 их в верхнем слое 38-45%.
Вспашка и следующий механический обработку предварительно уплотненного грунта хотя и снижают его объемную массу до 0,9-1 г / см 3, но сопровождаются образованием глыб. Одновременно с этим растут затраты энергии на обработку. Так, на следах гусеничных тракторов сопротивление вспашке растет на 16-25%, тяжелых колесных тракторов и автомобилей - на 46-65, транспортных агрегатов - на 72-90%. Чтобы получить примерно одинаковые показатели крошение почвы в пути, образованной колесом Т-150К, и за ее пределами, необходимо приложить определенные усилия, чтобы разрушить неодинаковость их уплотнённости, которая отличается в 10 раз. Вследствие уплотнения почвы, как свидетельствуют результаты исследований, снижается урожай кукурузы на зерно и зеленую массу до 30%, озимой пшеницы - до 27, сахарной свеклы - до 15, ячменя - до 24, картофеля - до 25% (А. С. Кушнарев, В. И. Кочев, 1989).
Негативное влияние ходовых систем мобильных агрегатов на почву можно уменьшить внедрением в практику комплекса организационных мероприятий, обеспечивающих их движение по заранее намеченным маршрутам. При этом большинство технологических операций выполняется при передвижении тракторов по одним и тем же путям, - заблаговременно определенных и фиксированных на период выращивания сельскохозяйственной культуры маршрутах. Чтобы уменьшить площадь уплотнения поля, следует, по возможности, отдавать предпочтение тракторам большого тягового класса, благодаря чему при агрегатировании с широкозахватными орудиями намного уменьшается количество проходов по полю. Так, при культивации почвы МТЗ-82 уплотняет 1650 м 2 / га, а Т-150К - вдвое меньше. Такого же результата можно добиться и при употреблении других мероприятий. При этом не следует допускать проходов энергонасыщенных тракторов по переувлажненной почвы.
С применением маршрутизации движения МТА уменьшается площадь уплотнения поля при выращивании основных сельскохозяйственных культур (озимой пшеницы, сахарной свеклы, кукурузы) в 1,7-2,7 раза. Благодаря маршрутизации движения тракторов уменьшается количество проходов по полю, улучшается организация ведения полевых работ, снижаются затраты топлива и повышается продуктивность сельскохозяйственных культур.
Несмотря на свою то, что маршрутизация - простой и эффективный способ снижения негативного воздействия МТА на почву, ее внедрение сопряжено с рядом трудностей, которые объясняются разной шириной захвата орудий для предпосевной обработки и посева культур. Так, паровой культиватор КПС-4 имеет ширину захвата 4 м, зерновая сеялка СЗ 3,6-3,6 м. При осуществлении маршрутизации этот культиватор не будет использоваться в на ширину захвата, равную 0,4 м. Поэтому для широкого внедрения маршрутизации необходимо предусматривать такой комплекс машин, который должен одинаковую ширину захвата, или сделать восторг некоторых орудий (борон, катков и др.) кратным ширине захвата базовых машин (например, сеялок). То и другое не требует значительных затрат, поскольку конструкции машин при этом не меняются, а меняется только ширина их захвата. При выполнении этих условий маршрутизация МТА будет осуществляться при выращивании любой культуры автоматически, то есть МТА будут двигаться только постоянными путями. Тогда площадь уплотнения поля уменьшится, локализуется в объеме поля в постоянных путях и проще устранится при периодическом их глубоком рыхлении.
Маршрутизацию движения МТА целесообразно внедрять в первую очередь при проведении весенне-летних работ, поскольку на этот период приходится 70% проходов тракторов по полю. Кроме того, в весенний период влажность почвы, как правило, выше, соответственно увеличивается и его уплотнение. При выполнении различных работ агрегаты движутся вдоль, поперек и по диагонали поля. Удельная масса таких движений соответственно составляет 68, 24 и 18%. Институт сахарной свеклы УААН для улучшения ровности поверхности поля рекомендует все последующие мероприятия после вспашки проводить под углом 20-25 ° к направлению предыдущего возделывания. Однако такая рекомендация исключает возможность применения маршрутизации движения агрегатов по одним и тем же путям. Поэтому при внедрении маршрутизации в производство все работы необходимо выполнять в одном направлении, а для улучшения ровности поля продольные и поперечные проходы проводить под углом 65-70 ° друг к другу.
Движение тракторов по одним и тем же следам можно осуществить только в случае равенства или кратности рабочей ширины захвата агрегатов. При выращивании сахарной свеклы больше (36%) применяют агрегаты с рабочей шириной захвата 5,4 м. Ее можно принять в качестве базовой. Боронувальни агрегаты в составе тракторов Т-150 и Т-70С с сцепками СГ-21 и СП-11 необходимо укомплектовать дополнительными звеньями борон и тогда рабочая ширина захвата составит 21,6 и 10,8 м. Рабочая ширину захвата агрегата для выравнивания почвы можно уменьшить , увеличив перекрытия при смежных проходах до 10,8. Сплошное опрыскивание осуществляется трактором МТЗ-80 с машиной ПОУ, рабочую ширину захвата которой уменьшают до 10,8 м отключением крайних распылителей штанги. После такой корректировки ширины агрегатов все проходы тракторов в весенне-летний период при выращивании сахарной свеклы можно проводить по одним и тем же путям.
Первым мероприятием по подготовке почвы к севу в весенний период является боронование, которое проводят в поперечном направлении. При подготовке агрегата к работе его оборудуют маркерами и слидопокажчикамы: они обеспечат движение следующего шлейфа-ного агрегата с шириной захвата 10,8 м по тем же следам. Величины вылета маркера боронувального агрегата принимают расстояние от правого двигателя трактора к диску маркера. Последнее связано с тем, что водить трактор по следу маркера удобнее правым двигателем. Тогда правый и левый вылеты маркера (соответственно М р и М лед) определяют по следующим формулам:
где В р - рабочая ширина захвата агрегата, м;
В т - расстояние между серединами передних колес, м.
Маркеры будут выступать за пределы агрегата примерно на 11 м, что затрудняет использование общепринятой их конструкции. Чтобы избавиться от этого недостатка, в боронувальному агрегате применяют пенные маркеры. Конструкция слидопокажчикив должна обеспечивать образование в почве глубокой бороздки, которая после проведения продольного боронование оставалась бы ориентиром для механизатора при следующем агротехническом мероприятии, которое выполняют в поперечном направлении. При повторном бороновании поля в продольном направлении боковые слидопокажчикы из агрегата снимают. На агрегатах с шириной захвата 10,8 м устанавливают трех слидопокажчикы на расстоянии 5,4 м оборудуют одним слидопокажчиком, устанавливаемый по правому двигателем трактора.
Движение тракторов по одним и тем же путям возможен только при условии строгого соблюдения основного требования - все проходы агрегата по одному и тому же следу необходимо выполнять в одном направлении. Последнее при несовпадения ширины захвата различных агрегатов затрудняет организацию работ. В таком случае применяют специальный способ движения агрегата.
Эффективность интенсивной технологии выращивания зерновых культур существенно повышается при снижении уплотнительной действия ходовых систем мобильных агрегатов на почву путем распространения маршрутизации движения их на все мероприятия обработки почвы в весенне-летний период. Для этого ширину захвата всех агрегатов согласовывают с шириной захвата посевного агрегата, которая составляет 10,8 м. Боронувальний агрегат можно комплектовать на базе трактора Т-150, с сцепкой СГ-21 и рабочей шириной захвата 21,6 м. Агрегат для культивации состоит из трактора Т-150, сцепки СП-16 и трех культиваторов КПС-4. Увеличивая перекрытия при смежных проходах культиватор-ного агрегата, рабочая ширина его захвата должно быть 10,8 м.
Аналогичным способом подбирают агрегаты при использовании других тракторов, а также для выращивания других сельскохозяйственных культур.
Опыт показал, что внедрение маршрутизации облегчается, если сначала составляют специальные маршрутные карты движения МТА для каждого поля. В дальнейшем по мере освоения механизаторами технологии маршрутизации потребность в них отпадает.
Локализация уплотнения за счет маршрутизации движения сельскохозяйственных машин - эффективный способ снижения негативного воздействия их ходовых систем на почву.
Технология выращивания сельскохозяйственной культуры необходимо составлять с учетом имеющихся в хозяйстве тракторов и возможностей использования их при проведении определенных мероприятий, а также количества проходов агрегатов по полю, особенно по разрыхленной и влажную почву. Технологические карты должны предусматривать мини-мализацию движения по полям нагруженных самоходных шасси, автомобилей, удельное давление которых на почву превышает соответствующие показатели даже в энергонасыщенных тракторов.
Для борьбы с уплотнением почвы рекомендуется сдваивать или уширюваты колеса тракторов; уменьшать давление в их шинах, использовать машины с пониженной массой; уменьшать количество проходов тракторов и других агрегатов по полю за счет сочетания операций и использования широкозахватных и комбинированных агрегатов; изымать из работы колесные тракторы, особенно на физически неспелых почвах.
В этих условиях возрастает роль комбинированных агрегатов, обеспечивающих значительное уменьшение переуплотнения почв и снижение расхода топлива. При выращивании пропашных культур (сахарной свеклы, подсолнечника, кукурузы) особое значение приобретает совмещение нескольких операций для выравнивания и рыхления почвы, внесение гербицидов, сева и прикатывание в одном агрегате на базе использования интегральных тракторов ХТЗ-120, ХТЗ-121. Таким образом, уменьшается количество проходов агрегатов по полю, меньше уплотняется и деформируется почву, достигается оптимальная загрузка тракторов, увеличивается их производительность, уменьшаются расход топлива и средств.
При выращивании озимой пшеницы по интенсивной технологии сев проводят с формированием технологической или маркерной пути, для чего в средней сеялки Трис-валкового агрегата перекрывают в первом случае 6-й, 7-й и 18-й, 19-й, а во втором один ( 18-й) сошники. При этом все операции по проведению подкормки, обработка ретардантами и пестицидами проводят агрегатами по технологическим путям.
Заслуживает внимания применение на определенных площадях сеялок прямого посева, благодаря чему существенно уменьшается нагрузка на грунт.
