Ecological and reclamation method of tillage

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшая задача аграрного сектора экономики РФ – обеспечение продовольственной безопасности страны, основы ее суверенитета, экономической и социальной устойчивости. Увеличение производства зерна зерновых колосовых культур – одна из важнейших задач развития сельского хозяйства. От ее решения зависит удовлетворение растущих потребностей населения в продуктах питания и развитие отрасли животноводства. Многочисленные исследования показывают, что использование различных способов обработки почвы направлено на изменение строения и агрегатного состава верхнего пахотного слоя и влияет на глубину заделки семян, что в свою очередь сказывается на полноте всходов растений. Таким образом, регулированием строения и структурного состава почвы, можно воздействовать на весь комплекс условий жизни растений: тепловой, водный, пищевой почвенные режимы.

Степные районы Северного Кавказа, Поволжья и области Центрально-Черноземной являются зонвми недостаточного и неустойчивого увлажнения, а также подвержены действию сильных ветров, которые разрушают и выдувают почву, вызывают пыльные бури, повреждают посевы и нередко уничтожают их на больших площадях. Установлено, что основными очагами возникновения пыльных бурь оказываются площади, вспаханные обыкновенными отвальными орудиями. В связи с этим приобрела большое значение широко применяемая в Северном Казахстане и Западной Сибири безотвальная (плоскорезная) обработка почвы с сохранением большей части пожнивных остатков на поверхности почвы. При этом обработка почвы чизельными культиваторами или плугами, а также рыхлителями-щелевателями со стрельчатыми рыхлящими лапами позволяет в 1,3–1,5 раза уменьшить общие энергозатраты, а также улучшает агрофизические свойства почвы и повышает урожайность культур. В настоящее время в КубГАУ [1–4] проводятся исследования и разрабатываются безотвальные почвозащитные технологии, включающие в себя лущение стерни на глубину 8–10 см и рыхление на глубину 20–25 см в сочетании с предпосевной обработкой почвы в различных вариантах. В целом показано, что применение безотвальных технологий позволяет снизить расход топлива на 13,4–27,8 кг/га, металла – на 11,6–12,9 кг/га и затрат труда – на 0,9–1,33 чел.-ч/га.

Однако возникает необходимость совершенствования приемов обработки почвы с целью обеспечения эколого-мелиоративного подхода при возделывании зерновых колосовых.

Для реализации цели нами поставлены следующие задачи исследования: кратко проанализировать аналоги и осуществить усовершенствование эколого-мелиоративного способа обработки почвы.

КРАТКИЙ АНАЛИЗ АНАЛОГОВ

Краткий анализ литературных источников показывает следующее. У «Устройства для безотвальной обработки почвы» [5] рабочий орган представляет собой стойку с загнутым концом, на котором установлено долото, а к задней части стойки крепится лапа. Для лучшего качества выполнения работы долото имеет заточку, а с целью увеличения ресурса его использования – напайку из металлокерамического сплава. Долота представляют собой эллиптические пластины, установленные на косом срезе загнутого конца стойки. Лапа выполнена полукруглой формы, имеет верхнюю заточку, а в торце задней части изготовлены ворошители. «Устройство для безотвальной обработки почвы» [6], рабочими органами которого являются стойки с ножами, установленными с возможностью вращения. Ножи представляют собой плоские диски с заточенной кромкой и съемными разнообразной формы лопастями. Для улучшения качественных показателей обработки почвы лопасти снабжены ворошителями в виде кусков цепи. «Устройство для щелевания» [7] основой, которого является рама с установленным на ней брусом, представляющим собой две параллельные пластины, установленные жестко и имеющие трапецеидальную форму. В образованный пластинами паз установлена пластинчатая стойка, на которой расположен нож в виде чизельной лапы. К ножу с тыльной стороны крепится кротователь, имеющий цилиндрическую торпедообразную форму. Стойка, благодаря параллелограммному механизму и кинематической связи посредством шестерен со штоком, имеет возможность вращения посредством силового гидроцилиндра. «Орудие для противоэрозионного щелевания почвы» [8] включает в себя раму с установленными на ней последовательно ножом-щелерезом и рабочим органом для поделки канальцев в прищелевых валиках, имеющим механизм привода, рабочий орган которого выполнен в виде лопатки изогнутой формы. Выпуклость лопатки направлена в сторону, противоположную направлению движения. Лопатка закреплена на раме шарнирно с возможностью колебаний в поперечной плоскости относительно направления движения. Механизм привода рабочего органа является кривошипно-рычажным.

Можно указать на следующие недостатки, представленных разработок: быстро затупляющиеся долота, снижающие эксплуатационную надежность; пластинчатая форма, которая влечет повышение энергозатрат. При кротовании щели заиливаются и обсыпаются, из-за чего влага остается на поверхности. Малый объем полостей и низкое качество их стенок из-за отсутствия уплотненного слоя по контуру.

СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

В связи, с вышесказанным, для снижения затрат энергии, повышения плотности стенок полостей в нижней части и увеличения сечения полости путем придания ему прямоугольной формы нами предложен усовершенствованный «Способ накопления влаги в почве и устройство для его осуществления» [9]. Прием основан на накоплении талых вод при безотвальной обработке почвы.

Способ включает безотвальную обработку почвы одновременно с нарезанимем щелей и образованием полостей. При этом образование полостей производят на глубину от 30 до 60 см за счет низкочастотных колебаний при частоте 1 ход в секунду плоскорезных трапецеидальных полулап с боков стойки. Уплотнение стенок полостей осуществляют путем воздействия высокочастотных колебаний с частотой 250 Гц при помощи роликовых элементов.

Устройство для накопления влаги в почве (рис. 1) состоит из навесной рамы 1 с опорными колесами 2. На раме 1 в шахматном порядке установлены безотвальные рабочие органы, содержащие выполненные в виде С-образной стойки с закрепленными на конце долотами 3 и плоскорезными трапецеидальными полулапами 4 по бокам стойки 5. Стойка выполнена из трубного профиля. Сзади стоек 5 зафиксированы дренеры, выполненные в виде кронштейнов 6 с осями-вибраторами 7 с надетыми на них двумя шарнирными роликовыми элементами 8. При этом в осях 7 вмонтированы вибраторы 9, запитанные от электросистемы энергетического средства (на схеме не отображается). Полулапы 4 в передней части закреплены шарнирно на осях 10, жестко зафиксированных по бокам стоек 5, а их задняя часть кинематически связана с механизмом качающейся шайбы 11, связанной кинематически, в свою очередь, с валом отбора мощности энергетического средства.

 

Рис. 1. Схема устройства для накопления влаги в почве: a – вид сбоку, b – вид сверху, c – разрез Б.

 

Рабочий процесс способа накопления влаги в почве осуществляют следующим образом: после уборки урожая предшествующей культуры производят лущение, а затем производят поделку борозд с одновременным безотвальным рыхлением, при этом на глубине 30–60 см создаются полости прямоугольного сечения, образованные за счет низкочастотных колебаний двух трапецеидальных полулап, причем стенки полостей утрамбованы высокочастотными колебаниями поперечной оси с роликовыми элементами. Благодаря этому талая вода через борозды поступает и собирается в полостях большего объема и удерживается благодаря утрамбованным стенкам длитель- ное время.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При движении устройства по полю рабочие органы заглублены в почву. При этом, стойки 5 производят нарезание водопоглощающих щелей. Трапецеидальные полулапы 4, колеблясь (совершая низкочастотные колебания 1 ход в секунду) относительно осей 10, под действием механизма качающейся шайбы 11, приводимого от вала отбора мощности энергетического средства, образуют прямоугольные полости, а, вибрирующими (совершающими высокочастотные колебания 250 Гц) с помощью электровибратора 9, двумя шарнирными роликами 8 утрамбовывают стенки полости, особенно с боков и в нижней части полости. При движении ролики 8 проворачиваются, обеспечивая снижение затрат энергии.

ВЫВОДЫ

Поставленные задачи выполнены. Предложен усовершенствованный способ. Новизна способа заключается в том, что образование полостей производят на глубину от 30 до 60 см за счет низкочастотных колебаний при частоте 1 ход в секунду плоскорезных трапецеидальных полулап с боков стойки, а уплотнение стенок полостей осуществляют путем воздействия высокочастотных колебаний с частотой 250 Гц при помощи роликовых элементов.

Использование полостей большего объема позволит увеличить объём накопленной влаги, которая будет способствовать увеличению количества урожая.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Б.Ф. Тарасенко ― поиск публикаций по теме статьи, написание текста рукописи; В.А. Дробот ― редактирование текста рукописи; В.А. Соколова ― редактирование текста рукописи, создание изображений; А.А. Ореховская ― экспертная оценка, утверждение финальной версии. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. B.F. Tarasenko ― search for publications, writing the text of the manuscript; V.A. Drobot ― editing the text of the manuscript; V.A. Sokolova ― editing the text of the manuscript, creating images; A.A. Orekhovskaya ― expert opinion, approval of the final version. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work).

Competing interests. The authors declare no any transparent and potential conflict of interests in relation to this article publication.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

About the authors

Boris F. Tarasenko

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina

Email: b.tarasenko@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-9957-5979
SPIN-code: 7415-7870

Professor, Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Department of Machine Repair and Materials Science

Russian Federation, Krasnodar

Victor A. Drobot

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina

Email: viktor.drobot.85@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3136-6481
SPIN-code: 7889-3176

Associate Professor, Cand. Sci. (Tech.); Associate Professor of the Faculty of Hydromelioration

Russian Federation, Krasnodar

Victoria A. Sokolova

Military Academy of Communications. Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny

Email: sokolova_vika@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-6880-445X
SPIN-code: 5116-5102

Associate Professor, Cand. Sci. (Tech.); Lecturer of the of Technical Support for Communications and Automation Department

Russian Federation, Saint Petersburg

Alexandra A. Orekhovskaya

Belgorod State Agrarian University named after V.Ya. Gorina

Author for correspondence.
Email: orehovskaja_aa@bsaa.edu.ru
ORCID iD: 0000-0001-8149-7191

Cand. Sci. (Agricul.), Head of the Department for Work with Grants and Research & Educational Centers

Russian Federation, Belgorod region, Maisky settlement

References

Supplementary files