В природе нет другой среды, кроме почвы, так насыщенной жизнью и так интенсивно дарующей ее. Как более правильно и рационально использовать ее. Эта проблема возникла с того времени, когда человек перешел от сбора дикорастущих растений к выращиванию их на полях и возделыванию почвы (Н.П. Панов, Г.И. Галина, 1988). Выращиванием продовольственных, технических и других растений, а также изучением общих приемов возделывания сельскохозяйственных культур, разработкой способов наиболее рационального использования земли и повышения плодородия почвы с целью получения высоких и устойчивых урожаев зерна и другой растениеводческой продукции высокого качества занимается одна из древнейших отраслей сельского хозяйства - земледелие (В.И. Румянцев, 1979). Одним из основных элементов любой системы земледелия является основная обработка почвы, которая оказывает непосредственное влияние на все процессы, происходящие в почве, на взаимоотношения растений с почвой и окружающей средой. Агротехническая роль обработки почвы состоит в улучшении ее физико-химических свойств, водного и пищевого режимов, микробиологической деятельности, а также в очищении почвы от сорняков и ухудшении условий для вредителей и болезней (С.С. Сдобников, 1989).
Углубление знаний в области взаимодействия человека, техники и природы приводит к пониманию, что сегодня нет в общей цепи развития АПК “золотого” звена, воздействуя на которое можно решать все задачи практического земледелия. В настоящее время в общую методологическую схему земледельческой механики системы “почва – рабочий орган – энергия” должны вписаться растения и условия их развития, с одной стороны, и с другой стороны экология – сохранение равновесия агробиоценоза при техногенном воздействии на почву и окружающую среду. Эта особенность важна, ибо мы уже неоднократно пока получали “пощечины” от природы за неразумное воздействие на нее. Водная и ветровая эрозии, вызвавшие пыльные бури в 60-70 годах, засоление, подтопление сотен тысяч гектаров пахотных земель в результате непродуманной системы орошения и многие другие примеры катастрофы глобального и локального значения мы уже наблюдали; сейчас грядет всемирное потепление. Биологические и биохимические особенности сельскохозяйственных сред являются первичными и основными при разработке технологий производства сельскохозяйственной продукции. И любой отрыв земледелия от ее биологических основ обязательно приведет к катастрофам и конфликтным ситуациям [3].
Нам сегодня, как никогда, необходимо развивать биологическое сознание не только у исследователей. Осознание роли природных факторов и в образе жизни, и в образе мышления должно стать нормой жизненной позиции каждого человека. Именно биологическое сознание, а не наука биология, поскольку даже в сельскохозяйственных науках есть знание, однако нет подчас полного осознания того, что почва представляет собой живой организм, что это обстоятельство должно быть решающим в создании систем земледелия, в конструировании и создании сельскохозяйственной техники.
В последнее время и у нас, и за рубежом активно обсуждается проблема биоэтики как философская категория.. Сегодня стало уже общепринятым, что “человечество может выбраться из катастрофы сужающего кольца глобальных проблем только радикально перестроив нравственные основы своей жизни, только распространив этические нормы на природу. Однако для того, чтобы благое пожелание превратилось в норму жизни, необходимо природу (и прежде всего землю) признать суверенным субъектом. Этим актом как бы устанавливается, а точнее, восстанавливается моральное основание земледелия” [3,5]. Другой необходимой составляющей образа мышления человека ХХІ века является биосферное мышление.
Биосферное мышление сегодня должно наполнить и аграрные науки. Основы “биосферного” мышления, к сожалению, распространяются медленно. “Сегодня новое поколение начинает понимать, что в природе все взаимосвязано и каждое событие оказывает свое воздействие на все окружающее, независимо от того, очевидно оно направлено на что-то конкретное или наоборот. К тому же осознание взаимозависимостей – это относительно новый феномен. Для многих современных ученых, техников, политиков, бизнесменов и военных окружающая среда означает одномерную горизонтальную плоскость, созданную пассивной материей, которую можно присваивать и эксплуатировать без последствий для нее. “Механистическое” сознание постигает природу путем таких Ньютоновских понятий, как части, доли или отдельные ресурсы, а не взаимодействующие процессы“ [5]. Сегодня при высочайшем темпе развития человечества, производство продовольствия не может рассматриваться без учета влияния на биосферные процессы в глобальном понимании.
Слова «дренаж» английского происхождения. В английском и французском разговорном языках оно означает осушение, отвод воды, сток. Дренаж находится между водным хозяйством, почвоведением и сельским хозяйством, с одной стороны, и строительной и машинной техникой – с другой. В области мелиорации (среднее звено) проводятся постоянные поиски экономически и экологически оправданных решений. Он был изобретен и впервые применен в Англии. Затем беструбчатый дренаж был усовершенствован и сейчас успешно применяется во многих странах мира. Кротодрены являются лучшим буфером против повторного засоления благодаря тому, что их расположение через 1,2 м на глубине 0,6 м, т.е. с отношением 2:1, страхует от подъема засоленных ГВ. Соли попадают лишь на дно дрены, а не на поверхность, и притом в ограниченном количестве, которое может быть удалено из дрен в сброс, если это будет нужно, первыми порциями промывной воды. Дрены, как таковые, являются лучшим буфером против повторного засоления, а близость ГВ к поверхности не мешает промывке кверху [6].
Профессором В.Р. Ридигером, опыты с кротовыми дренами в первые проводились с 1937 по 1949 г. в полевых условиях в Голодной степи на лессовых почвах бывшего Каучукосовхоза №12, Ташкентского аэропорта и на опытных станциях «Золотая Орда» и «Ак-Кавак». Предметом его явилась: получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур с минимальными затратами оросительной воды и труда на поливе; регулировать водный, воздушный, тепловой, солевой и питательной режимы почвы; доказать возможность получения прочных дрен в лессовых почвах, для чего разработана технология их закладки, заключающаяся в уплотнении стенок дрен цепочкой дренеров восходящих диаметров при определенной скорости прохождения агрегата, а также в изготовлении дрен в грунте, находящемся в состоянии пластичности и липкости, и быстром высушивании дрен и т.д. Однако он отметил, что широкому внедрению орошения по кротовым дренам пока мешает недостаточная разработка теории и практики этого вопроса, упрощенный подход к закладке дрен, хороших машин и орудий по изготовлению прочных кротовых дрен и недостаток практического опыта у специалистов-ирригаторов, в целом для разработки целого ряда теортических вопросов этой проблемы необходимо проведение специальных стационарных опытов в производственных условиях в ряде засушливых районов нашей страны [4].
- Непременное условие интенсивного земледелия – активизация биологических процессов в почве, т.е. единовременно протекающих процессов создания и разложения органического вещества. При этом накопление органических форм поддерживает благоприятный водно-воздушный и тепловой режимы почвы, ее поглощающую способность и буферность, в разложение постоянно пополняет запасы минеральных макро- и микроэлементов питания, постепенно высвобождающихся в сблансированном виде при переработке органических веществ микроорганизмами. Приобладающее ныне в практике использования земли одностороннее направление на разложение органического вещества приводит к потере и старению гумуса, снижает качество почв, подрывает устойчивость земледелия.
Для решения данной проблемы 1989-1994гг. в ТуркменНИИГиМ по теме «Технология нарезки аэрационного дренажа и эффективность его работы в условиях аридной зоны» разработана технология улучшения водно-воздушного, солевого, питательного и теплового режимов с последующим получением гарантированных урожаев, отвечающая требованиям водосберегающих ресурсов и снижению экологической напряженности в аридной зоне. Влияние аэрационного дренажа (АД) на водно-воздушный режим почвы проявляется прежде всего в подпахотном горизонте, где влагоемкость почвы по результатам опытов повышалась на 30% (глубина 30-50 см). Влагоемкость в пахотном слое (глубина 0-35 см) увеличивалась лишь на 6%.
Механический состав грунта опытных участков характеризуется высоким содержанием глинистых частиц от 38% в пахотном слое (средний и легкий суглинок) до 62% в подпахотном слое. Практически изменение расстояния между кротовыми дренами менее 0,9 м не приводит к увеличению коэффициента фильтрации, т.е. данное расстояние является оптимальным для испытываемого участка. В подтверждение полученных результатов зафиксировано изменение объемного веса почвы при различных расстояниях между дренами. Объемный вес почвогрунтов уменьшается на 10-12% по сравнению с монолитом. При расстоянии между дренами 0,6-0,9 м объемный вес практически не изменяется и составляет в результатах опыта 1,33-1,35 г\см3. Наблюдения в последующие три года показали, что зона рыхления постепенно уплотняется, однако исходных показателей плотность все же не достигала, отмечено также увеличение порозности на 27-30% сразу после АД и 5,5-16% на третий год после АД.
Как показали наблюдения, порозность улучшилась в результате увеличение числа крупных водопроводящих и воздухопроводящих пор, а это способствовало увеличению водопроницаемости почвогрунта более 100 раза [1]. Эффективность АД по водопроницаемости почвы, исходя из кривых наблюдается при нарезке дрен на расстоянии в пределах от 0,6-0,9 м. Под воздействием АД почва более активно аэрировалась. Температура почвы на глубине 0,6 м при междренном расстоянии 0,9 м в среднем меньше было на 4,4% (в целом по глубине 9%). АД способствовал перераспределению количественного состава солей по вертикали массива грунта. Значительное содержание солей в пахотном горизонте наблюдается при соблюдении промывного режима засоленных почвогрунтов.
Нарезка АД существенно отразилась на основных фазах развития хлопчатника. Фенологические наблюдения показали, что на участках АД и сплошным рыхлением всходы хлопчатника, начало бутонизации, цветение, плодообразование и созревание опережают на 1-4 дня. Данные показатели по контрольному варианту, что в конечном итоге отражается на росте растений, их урожайности [2]. Установлено, что связи с увеличением междренного расстояния коэффициент фильтрации грунта уменьшается и приближается по величине к водопроницаемости пахотного горизонта. Однако, при уменьшении расстояния между кротовинами до 0,6-0,9 м действие АД стабилизируется, в чем можно убедиться, анализируя кривые зависимости изменения коэффициента фильтрации.
В процессе обработки при наличии аэрации влаги и тепла активизируется разложение органического вещества и в большем количестве выделяется СО2. Это имеет большое значение и в процессе растворимости различных веществ в почве. Образовавщаяся в процессе разложения органического вещества СО2 при наличии вода растворяет фосфаты, что способствует увеличению доступности фосфора для питания растений. Следовательно, если нет микроорганизма, то нет СО2, соответственно нерастворимое соединения фосфорный кислоты не может переходит в растворимое состояние. Как показала математическая обработка данных урожайности АД через 0,6-0,9 м существенных различий в вариантах нет, хотя энергетическая затраты намного выше, поэтому более эффективным, исходя из последних ограничений, является разреженность АД на расстоянии 0,9 м.
Следовательно, при нарезке АД обеспечивает следующие преимущества по сравнению с первоначальным состоянием почвы: в результате понижения ГВ повышается способность почв накапливать влагу атмосферных осадков в течение вегетационного периода, и, таким образом, растения лучше обеспечиваются влагой; корни глубже проникают (100-150 см) почву; мощное развитие корней улучшает структуру почвы; кротовинах накапливается вода; благодаря улучшению микроклимата увеличивается вегетационный период на 12 дней; дает возможность возделывания разных культур; переходит некапилярной порозности в капилярную; становиться хорошая водо- и воздухопроницаемость почвогрунтов. Концентрация свежего органического вещества обособленной прослойкой в нижней части пахотного слоя оказывает огромное окультуривающее действие на этот слой и подпочву: сдерживается минерализация органического вещества и потеря минеральных форм от промывания, усиливается накопление гумуса и улучшается его качественный состав, питательные вещества в глубоких слоях почвы становятся доступными для растений; увеличивается период, в течение которого можно обрабатывать почву; повышаются другие агрохимические показатели плодородия почвы; снижается кислотность, увеличивается сумма поглощенных оснований, содержание подвижного фосфора и обменного калия.
Отмечено, для нарезки АД и рыхления подпахотного уплотненного слоя теоретически и экспериментально исследованы и разработаны оптимальные параметры АД и глубокорыхлителя. Технология нарезки АД разработана с учетом грунтовых условий и биологических требований к развитию корневой системы хлопчатника. Обоснована технология нарезки АД и рыхления подпахотного слоя глубокорыхлителем; которая позволяет улучшить агротехнические показатели работы орудий при наименьших затратах. При этом значительно улучшается экологическая обстановка, сокращается поливная и промывная норма до 30%, предотвращаются повышения уровня грунтовых вод и процесс засоления. Технико-экономические расчеты показали, что нарезка АД позволяет снизить эксплуатационные расходы до 30%, обеспечить оптимальной водно-воздушной режим почвы в аридной зоне и повышает урожайность хлопчатника до 10 ц\га.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что воздействие АД на водно-воздушный, солевой и тепловой режимы почвы проявляется в повышении водопроводимости почвенного и особенно подпахотного горизонта, что обеспечивает эффективное масса перераспределение в толще массива грунта на всю его глубину. Исследования показали, что в процессе нарезки кротовин плотность грунта околодренной зоны по величине практически не отличалась от плотности монолита грунта. Полости дрен были весьма устойчивы. Качество рыхления проверялось раскрытием зоны разрушения поверхности грунта за проходом рабочего органа. Установлено, что за проходом сплошного ножа, разрушение грунта происходит в виде комьев до критической глубины резания, в данном случае до 0,4 м, а в нижней части происходит трещинообразование. При работе ступенчатого рыхлителя разрушение грунта происходит на всю глубину резания. Активное регулирование влаги, солей и тепла в почве с наличием АД оказывает эффективное воздействие на урожайность хлопчатника и особенно на староорошаемых тяжелых почвах аридной зоны. Результаты экспериментальной проверки подтвердили аналитические предположения об эффективности применения АД на хлопковых системах.
ВЫВОДЫ
Сформулированы основные требования к конструкции и технологии устройства АД на тяжелых грунтах аридной зоны.
Установлена закономерность изменения плотности влагоемкости и фильтрационных свойств почвогрунтов в процессе нарезки АД.
- Разработана технология устройства аэрационного дренажа с применением принципиально нового способа и конструкции нарезки кротовин, основанного на протаскивании ступенчатого пассивного ножа с двумя параллельно установленными остроусеченными дренами, размещенными скосами друг к другу и жестко соединенными между собой.
- Предложены зависимости и получены экспериментальные подтверждения расчета новой конструкции аэрационного дренажа, позволяющие повысить эффективность и срок службы кротовин до 4 лет.
- Установлены зависимости расчета тяговых сопротивлений кротователей, учитывающие конструктивно новые решения нож-стойки и дренеров, позволяющие снизить энергоемкость процесса разрушения грунта на 20 – 25%.
Разработана методика выбора рациональной области использования АД и оптимизации основных параметров кротователей.
- На основании проведенных исследований предложены конструктивные схемы рыхлителей-кротователей, защищенных авторским свидетельством, которые реализованы в образцах новой техники агрегатируемой с тракторами класса тяги 4 т.с. наиболее широко распространенных в хозяйствах аридной зоны.
Экономический эффект от внедрения НАД-2-60 только по себестоимости внедряемого мероприятия и удельным капитальным вложениям, фактический годовой экономический эффект составляет 128 руб./га.
Литература:
1. Данатаров, А. Технология нарезки аэрационного дренажа и эффективность его работы в условиях аридной зоны. Автореф. дис. канд. тех. наук. Киев. -1994. с.3-21.
2. Данатаров, А., Байджанов, Г. Мелиоративная и экономическая эффективность аэрационного дренажа. «Молодой ученый» ежемесячный научный журнал. Чита. 2010. №8. с.83-91.
3.Кушнарев, А. Новый взгляд на обработку почвы Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України Збірник наукових праць Випуск 13 (27) Книга 2 Дослідницьке 2009 с.15-29
4. Ридигер, В.Р. Подпочвенное орошение по кротовым дренам. Изд. «Колос» -Москва. -1965. –с.3-69.
5. Тищенко П.Д. Культура земледелия /П.Д. Тищенко // Человек и земля: Сборник.– М.: Агропромиздат, 1988.– 70 с.
6. Эггельсманн, Р. Руководсто по дренажу. Москва. Колос. 1978. –с.80-103.
