Laboratory results of coupler for multilevel sowing of seeds and fertilization

Full Text

Введение Развитие агропромышленного комплекса - залог продовольственной безопасности государства, сохранения жизни, здоровья и работоспособности населения страны. Одним из крупнейших направлений сельскохозяйственного производства является возделывание зерновых культур. Зерно - это не только продукт питания для населения, но и незаменимый корм для птиц и животных. Все вышеизложенное свидетельствует о том, что производство зерновых культур в нашей стране является важной государственной задачей. Внимание ведущих ученых и специалистов АПК России направлено на совершенствование машин и технологий возделывания зерновых культур с целью увеличения их урожайности и снижения себестоимости производства. Совершенствование существующих и разработка новых рабочих органов сельскохозяйственных машин должны проходить в направлении обеспечения оптимальных условий для роста культурных растений, отвечать технологическим, технико-эксплуатационным и экономическим требованиям (рис. 1). Рис. 1. Требования, предъявляемые к сельскохозяйственным машинам Перспективной областью научных исследований является изыскание технологических и технических решений, позволяющих обеспечить надежный качественный высев семян с учетом зональных особенностей производства зерновых культур. Качественный посев характеризуется двумя составляющими: равномерным распределением посевного материала по площади питания и глубине заделки; внесением минеральных удобрений ниже уровня семян основной культуры. Внимание к равномерному распределению семян по площади питания объясняется потенциалом повышения урожайности при снижении нормы высева. От качества заделки семян в почву в значительной мере зависят их всхожесть, развитие и урожайность. Наибольший урожай получится в том случае, когда количество растений будет размещено по площади так, что каждое из них будет обеспечено в достатке влагой и питательными веществами [1, 2]. При одинаковой норме высева семена по площади поля можно разместить по-разному, поэтому одинаковая площадь питания может иметь разную геометрическую форму. В ходе исследований установлено, что рациональной площадью питания зерновых культур является круг, а рациональным размещением растений по площади поля является триангуляционное размещение, характеризующееся равноотстоянием растений и рядковой структурой с 60° между рядками. При обеспечении данных параметров семена в достатке обеспечены питательными веществами и не оказывают друг на друга угнетающего воздействия [3, 4, 5]. Для достижения максимального эффекта от припосевного внесения минеральных удобрений необходимо: обеспечить оптимальную глубину их заделки и пространственное размещение, относительно корневой системы растений; не допускать контакта удобрений с семенным материалом, чтобы исключить повреждение последнего, а также размещения удобрений в верхнем (пересыхающим) слое почвы. При соблюдении этих требований обеспечивается наилучшая густота всходов и повышение урожая. При совместном с посевом внесении, когда удобрения укладываются в одно ложе с семенами, можно вносить только небольшие дозы. При этом обеспечивается мощный старт роста растений, однако питательных веществ не хватает на весь вегетационный период, поэтому этот способ необходимо совмещать с основным внесением или дальнейшими подкормками, что ведет к увеличению трудозатрат на производство. Если вносить совместно с семенами большие дозы удобрений, обеспечивающие питание растений на весь период развития, можно повредить посевной материал и существенно снизить урожайность [6]. Установлено, что совместное с семенами внесение минеральных удобрений может повлечь за собой солевой эффект и химический ожог. Некоторые семена при этом погибают в период токсического воздействия, что приводит к снижению всходов, урожайности и, как следствие, прибыли предприятия. Наиболее благоприятным является разноуровневое внесение семян и удобрений, что позволяет образовать разветвленную корневую систему, развивающуюся в направлении источника питания. В ходе исследований установлено, что минеральные удобрения при посеве зерновых культур должны располагаться на 30…50 мм ниже уровня высева семян [7, 8, 9]. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что разработка и освоение в производстве высокопродуктивных, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий, а также новых рабочих органов для посевных машин является актуальной задачей. Цель исследований Повышение урожайности зерновых культур путем применения сошника, обеспечивающего разноуровневый высев семян и минеральных удобрений. Методы и средства проведения исследований Общими недостатком большинства сошников является повышенный отброс почвы и, как следствие, неравномерная заделка семян по глубине и площади питания. Устранить данный недостаток можно путем создания сошников исходя из объемной деформации почвы, суть которой заключается в том, что подрезанная почва сжимается с боков и выдавливается вверх, а затем без оборота укладывается на прежнее место. По данному принципу работают сошники, выполненные по схеме «катамаран» [10, 11]. Как показывает практика, результаты лабораторных исследований отличаются от полевых, следовательно для получения более точных данных необходимо максимально приблизить условия проведения опыта в лаборатории к полевым. В связи с этим лабораторные исследования опытного образца сошника проводились в почвенном канале факультета технического сервиса в АПК Омского ГАУ (рис. 2) [12, 13]. В качестве исследуемой функции была выбрана толщина почвенной прослойки между семенами и удобрениями, а в качестве варьируемых факторов: l - расстояние между нижними кромками рабочего элемента и стойки, мм; τ - угол расположения профиля нижней кромки стойки, град. (рис. 3, a); h - глубина посева культуры, мм. Результаты и их обсуждение В ходе исследований разработан сошник, для разноуровневого высева семян и минеральных удобрений [14, 15]. Сошник включает рабочие элементы 1 и пустотелые стойки 2 (рис. 3, а). Туконаправители 3 установлены в верхней части рабочих элементов, а семянаправители 4 - в верхней части стоек. Каждая стойка в горизонтальной плоскости установлена под углом атаки α, следовательно расстояние между стойками на входе, в передней части, больше чем на выходе, в задней части. В вертикальной плоскости стойки наклонены под углом β в боковые стороны, что обеспечивает изменение расстояние между ними по высоте. Сверху стойки соединены кронштейном 5 в поперечной горизонтальной плоскости. В нижней части с тыльной стороны стоек выполнены вырезы 6 с углом схождения γ, направленным вперед. С наружной стороны профиля нижней кромки стойки выполнен вырез 7. Рабочие элементы и стойки жестко закреплены, при этом прямолинейные профили нижних кромок рабочих элементов расположены ниже профилей нижних кромок стоек. При работе, благодаря заостренным носкам, рабочие элементы 1 врезаются в почву. Почва, подрезанная с двух сторон, перемещается вдоль рабочих элементов. При этом в образовавшиеся бороздки подаются минеральные удобрения через туконаправители 3 и рабочие элементы 1. Благодаря тому что рабочие элементы и стойки расположены под углом атаки α, почва смещается к оси симметрии сошника, одновременно, из-за наличия угла крена β, почва поднимается вверх, крошится и в разрыхленном состоянии перемещается по боковым внутренним плоскостям рабочих элементов. При переходе почвы с рабочих элементов на стойки, вследствие того что прямолинейные профили нижних кромок рабочих элементов расположены ниже профилей нижних кромок стоек на величину l, и наличия выреза с углом τ, (рис. 3, а), происходит частичное осыпание почвы и засыпание минеральных удобрений. Подрезанная не осыпавшаяся почва проходит дальше в межстоечное пространство. При этом нижние внутренние кромки стойки формируют дно борозды, образуя уплотненное ложе, на которое через семянаправители 4 и стойки 2 подаются семена и укладываются на дно бороздки. Почва при выходе из межстоечного пространства осыпается и засыпает засеянные бороздки. При лабораторных исследованиях производились замеры толщины почвенной прослойки (рис. 4). В ходе экспериментальных исследований получены зависимости толщины почвенной прослойки от угла τ, расстояния l и глубины заделки семян в почву h (рис. 5-7). Анализируя полученные зависимости, можно сделать вывод, что изменение показателя толщины почвенной прослойки имеет отчетливо выраженную закономерность. При увеличении расстояния между нижними кромками рабочего элемента и стойки толщина почвенной прослойки L увеличивается при всех рассматриваемых показателях глубины заделки семян. При увеличении угла расположения профиля нижней кромки стойки τ до значения 45 градусов толщина почвенной прослойки увеличивается при всех рассматриваемых показателях глубины заделки семян. При увеличении угла τ свыше 45 градусов толщина почвенной прослойки уменьшается. С увеличением показателя глубины заделки семян толщина почвенной прослойки L увеличивается. Толщина почвенной прослойки между семенами и удобрениями в размере 30…35 мм, попадающая в рациональный диапазон, достигается при угле τ = 45 градусов и расстоянии l = 40 мм. Следовательно, именно эти значения примем в качестве рациональных параметров предлагаемого сошника. Заключение В ходе исследований разработан сошник, позволяющий получить двухленточный посев; при этом минеральные удобрения располагаются ниже уровня семян основной культуры не 30…35 мм и засыпаются влажным слоем почвы, что устраняет прямой контакт семян и удобрений и, следовательно, химический ожог семян. Семена укладываются на уплотненное ложе равномерно по площади питания и глубине заделки, сверху засыпаются влажным слоем почвы. а б Рис. 2. Почвенный канал: a - схема; б - лабораторная установка: 1 - рама; 2 - тележка; 3 - тяговый трос; 4 - барабан; 5 - редуктор; 6 - электродвигатель; 7 - каркас; 8, 9 - натяжной ролик; 10 - желобчатый ролик а б Рис. 3. Сошник для разноуровневого высева семян и минеральных удобрений: a - схема; б - опытный образец; 1 - рабочий элемент; 2 - стойка; 3 - туконаправитель; 4 - семянаправитель; 5 - кронштейн; 6, 7 - вырез а б Рис. 4. Разрез почвенного слоя: а - в поперечной плоскости; б - в продольной плоскости Рис. 5. Зависимости толщины почвенной прослойки при глубине заделки h = 6 см Рис. 7. Зависимости толщины почвенной прослойки при глубине заделки h = 10 см Рис. 6. Зависимости толщины почвенной прослойки при глубине заделки h = 8 см

About the authors

E. V Demchuk

Omsk State Agrarian University n.a. Pyotr A. Stolypin

Email: ev.demchuk@omgau.org
PhD in Engineering Omsk, Russia

U. K Sabiev

Omsk State Agrarian University n.a. Pyotr A. Stolypin

Email: ev.demchuk@omgau.org
Omsk, Russia

V. V Myalo

Omsk State Agrarian University n.a. Pyotr A. Stolypin

Email: ev.demchuk@omgau.org
PhD in Engineering Omsk, Russia

P. V CHupin

Omsk State Agrarian University n.a. Pyotr A. Stolypin

Email: ev.demchuk@omgau.org
PhD in Engineering Omsk, Russia

V. S Koval'

Tarsk branch of Omsk State Agrarian University n.a. Pyotr A. Stolypin

Email: ev.demchuk@omgau.org
PhD in Engineering Tara, Russia

References

Supplementary files