Энергосберегающая технология и система машин для выращивания хлопчатника в условиях Туркменистана



Ключевые слова: экология,разуплотнение, механическое и биологическое рыхление, аэрационный или кротовый дренаж, почва.

Академик А. Г. Бабаев [2] отмечает, что разрушение равновесия природной среды оборачивается экономическим ущербом и социальным уроном, нравственными потерями. Правда, природа обладает замечательной способностью саморегулирования. Однако в условиях аридной зоны эта ее способность ослаблена.

Борьба с переуплотнением тесно связана как с экологической стабильностью пахотных земель, так и с экологией окружающей среды в целом из-за загрязнения водоемов смытой почвой вместе с токсичными веществами в виде остатков минеральных удобрений, пестицидов и гербицидов. Поэтому экологическая оценка состояния пахотных угодий, а также различных технологий механической обработки почвы в перспективе должна стать превалирующей над всеми другими [7].

В наши дни нет необходимости доказывать серьезность проблемы взаимоотношений человека с окружающей его природной средой. Загрязнение воздуха и воды, деградация почв, истощение природных ресурсов в результате расширения промышленного производства вызывают растущую, вполне обоснованную тревогу правительства всех стран, ученых, деловых кругов и широкой общественности. Необходимость организовать действенную и надежную защиту окружающей среды, урегулировать на научной основе взаимоотношения человеческого общества и биосферы-одна из актуальнейших социально-экономических проблем. Географическое положение и природно-климатические условия Туркменистана определяют ограниченность водных ресурсов. Снижение качества почвы в результате антропогенного воздействия может быть определено как деградация. Водная и ветровая эрозии, химическая деградация-это грозное современное явление. Ученые многих стран констатируют, что уже наступила глобальная деградация почвы-главнейшая проблема в сельскохозяйственном производстве. Повышение урожаев и объемов производства во второй половине XX века достигалось за счет различных приёмов интенсификации [2].

К. Б. Сапаров и др. [9] установили, что в сложившихся условиях скорейший переход к интегрированному методу защиту растений, основанному на совершенствовании агротехнических приемов, биометоде и выведении устойчивых сортов, а также, по возможности, полностью отказаться от химических средств. Для оздровления сельхозпроизводства необходимо переходить к восстановлению биологического плодородия почв, совершенствованию управления агроэкосистемами и развитию экологически обоснованных форм ведения сельского хозяйства.

Е. В. Пугачев [8] установил: Формирование почвенной структуры осуществляется за счёт физических, механических, химических и биологических факторов. Однако при вовлечении почв в сельскохозяйственное использование ведущими являются механические и биологические.

В. И. Скорляков [15] установил: степень подвижности фосфатов через 6 месяцев после внесения (N₉₀P₉₀K₉₀) локальным способом в черноземе оподзоленном была выше в 7 раз, а в черноземе типичном-в 18 раз, чем при разбросном методе. Локальное внесение удобрений усиливает способность сельскохозяйственных культур противостоять засухе, значительно снижает недобор урожая, положительно влияет на отложение запасных веществ. Водопотребление растений на единицу продукции при локальном внесении снижается на 10–15 %. В связи с повышением коэффициентов использования питательных веществ при ленточном внесении оптимальные дозы удобрений снижаются на 25–50 % [13].

Б. Ф. Тарасенко [10]: Механические действие техники нарушает природное равновесие потоков энергии, кроговороты воды и питательных веществ. Из-за частого разрушения сложившихся связей культивацией и вспашкой сокращаяется биоразнообразие микрофлоры и микрофауны, ускоряются процессы разрушения почвы и опустынования. Механизация способствует загрязнению атмосферы и почвы токсичными выхлопными газами, а также ее деградации из-за уплотнения.

Ж. Е. Токушев [11]: Разуплотнение пахотного слоя почвы и «плужной подошвы» достаточно обосновано и проводится чизельными плугами или другими рыхлителями. Однако, разуплотнение более глубоких слоев почвы (свыше 40 см) пока еще недостаточно разработано и обосновано.

С развитием механизации сельского хозяйства и интенсификации производственных процессов возникла проблема уплотняющего воздействия на почву машинно-тракторных агрегатов, многочисленные проходы которых отрицательно влияют на плодородие почвы и эффективность традиционных способов ее обработки. Известно, что деградация почвы (вторичное засоление, эрозия) приводит к уменьшению плодородия почвы, урожайности сельскохозяйственных культур. Поэтому необходима борьба с эрозией, засолением почвы, приводящих к снижению урожайности. Разуплотнение почвы может производиться естественным путем и с помощью механического рыхления. Механическое рыхление почвы пока является наиболее эффективным приемом разуплотнения.

В. В. Труфанов [12]: Новым направлением мелиорации и окультуривания тяжелых почв является создание органоминеральной структуры почвенного профиля, что достигается глубоким рыхлением с одновременным внутрипочвенным внесением структурообразующих веществ органического происхождения: измельченные стебли кукурузы, травы, торф и др., а также использованием для полива дренажного стока, содержащего органические вещества.

Неумеренное применение отвальных плугов, многократные проходы по полю разнообразных машинно-тракторных агрегатов приводят к смыву и выдуванию плодородного слоя почвы, загрязнению водоемов остатками удобрений и химикатов. Кроме того, сама по себе механическая обработка имеет двойственный характер- и почвообразующий и почворазрушающий. Поэтому почвозащитные меры должны учитываться при использовании любых технологий обработки почвы, в том числе и при глубоком рыхлении и кротовании.

Главным резервом увеличение роста урожайности хлопчатника является применение удобрений. Учеными ряда стран доказано, что более 50 % прибавок урожая формируется за счет их применения. По затратам труда и стоимости операции, связанные с применением удобрений, относятся к числу наиболее емких в сельскохозяйственном производстве и представляют проблему рационального их использования.

Для разуплотнения пахотного и подпахотного горизонтов почвы во всех развитых странах применяют механическое глубокое рыхление, которое улучшает физические свойства почвы, повышает водо- и воздухопроницаемость, увеличивает порозность структуры, увеличивает корнеобитаемый слой, дает прибавку урожая хлопчатника.

Основы теории глубокого рыхления включают определение закономерностей ударного взаимодействия рабочих органов с почвой и определение ее напряженно-деформированного состояния, а также расчет сил сопротивления рабочих органов. Результаты лабораторных и полевых исследований различных вариантов экспериментальных рабочих органов позволили обосновать рекомендации по выбору и расчету рациональных параметров и схем расстановки рабочих органов глубокорыхлителей и кротователей.

А. Алиханов и А. Дурдыев [1]: в настоящее время при возделывании хлопчатника на гребнях технологические приемы внесения удобрений под пахоту и нарезку гребней выполняются раздельно. Внесение удобрений осуществляется методом разбрасывания. Это приводит к большому использованию машин различных марок, увеличивает число проходов агрегатов по полю и т. п. К тому же метод внесения удобрений разбросом не только малоэкономичен, но и неэкологичен.

Наиболее разнообразны по конструкции глубокорыхлители с пассивными рабочимы органами, которые состоят из стойки с закрепленным на ней долотом или наральником. Для увеличения зоны рыхления рабочий орган оснащается уширителем, иногда дренером (аэрационный или кротовый дренаж–АД или КД).

Ученые в области сельскохозяйственного производства: А. И. Сергеев; В. И. Кирюшин; В. С. Казаков; И. Б. Борисенко; В. П. Максименко; А. С. Кушнарев; В. И. Ветохин; Н. И. Цкитишвили; В. Р. Ридигер; А. Камбаров; О. М. Досжанов; М. Г. Мустафаев; Д.Мурадов, К.Хоммадов; А. Алиханов; А. Дурдыев; М. Дуриков и С. Ходжакулиев считают, что идеальной формой интенсификации растениеводства должна быть биологическая система земледелия, при которой высокая продуктивность достигается преимущественно за счет применения органических удобрений.

Значительный вклад в исследование процессов внесения жидкого навоза на поля внесли: Е. Г. Алехин; А. Д. Альтшуль; Г. Я. Андерсон; М. П. Андрианов; А. М. Артюшин; В.Баадер; Н. М. Банников; И. Н. Бацанов; М. А. Белявский; Н. Н. Белянчиков; Е. А. Вагин; Г. П. Варламов; В. А. Васильев; Л. И. Грачева; Н. А. Докучаев; А. И. Завражнов; Х. Зибер; В. А. Калинин; В. Г. Коба; Л. Г. Колпаков; Г. И. Личман; Н. М. Марченко; С. В. Мельников; С. И. Назаров; В. Н. Письменов; Б. А. Рунов; М. С. Текучев; М. Ф. Харитонов; Л. К. Эрнст; А. П. Юфин; В. И. Якубаускас и другие.

Многочисленные исследования доказано, что по глубокой обработке сельскохозяйственных угодий подтверждают тот факт, что повышение продуктивности угодий происходит за счет увеличения мощности корнеобитаемого слоя почвы путем механического и биологического его рыхления. До настоящего времени остаются не решенными ряд вопросов по выбору режимов глубокого рыхления и кротования тяжелых почвогрунтов, а также расстановки и комплектации рабочих органов. Создание машин и орудий нового поколения, ресурсосберегающих, высокоэкономичных, высокопроизводительных, менее энергоемких и металлоемких-глобальная задача современной науки. К настоящему времени накоплен значительный опыт применения глубокого рыхления во многих странах мира. В Туркменистане разуплотнение и углубление пахотного горизонта необходимо проводить на 1,2–1,4 млн. га сельхозугодий, а годовая потребность в орудиях для глубокого рыхления почвы составляет 5–6 тыс. шт. На данном этапе развития науки и техники уплотнение почвы полностью устранить нельзя. Поэтому проблема разуплотнения почвы с минимальными энергетическими и материальными затратами является важной и актуальной. На основании выше изложенного сформулированы цели и задачи данной исследовательской работы.

Цели изадачи исследования-обеспечение энерго-, влаго-, почво и ресурсосбережения, сохранения почвенного плодородия при возделывании хлопчатника в условиях засушливого земледелия Туркменистана.

Методологической и теоретической основой работы явились классические труды: В. П. Горячкина; В. Р. Вильямса; А. Н. Костякова; В. В. Труфанова; А. А. Роде; Ю. А. Ветрова; А. Н. Зеленина; В. И. Виноградов; Н. А. Качинского; Ю. Ф. Новикова; А. С. Кушнарева; В. И. Баловнева; Р. Л. Турецкого; В. И. Вернадского; А. К. Кострицына; A. A. Вилде; А. И. Панова; В. С. Казакова; Ю. П. Классен; Н. С. Скуратова;Н. М. Банникова; И. К. Исаева; Ж. Е. Токушева; И. Б. Борисенко; В. П. Максименко; М. В. Рязанова и других ученых. При проведении научных исследований использованы принципы системного анализа, позволяющие эффективно и рационально решать поставленные задачи для аридной зоны.

Снижение энергоемкости возможно достичь при образовании боковых борозд на 0,3м глубины основного рыхления. Основные положения теории резания грунтов изложены в работах: В. П. Горячкина; Ю. А. Ветрова; А. Н. Зеленина; А. С. Кушнаревa, B. C. Казаковa, В. И. Баловнева; Е. Д. Томинa, Р. Л. Турецкого и др., П. Н. Бурченко, Ж. Е. Токушевa, И. Б. Борисенко, В. И. Ветохинa.

Предложенные разработки формируют новое поколение универсальных технических средств, для тяжелых уплотненных почв в условиях аридной зоны. Технология разработана с учетом грунтовых условий и биологических требований к развитию корневой системы хлопчатника [3, 4]. Подготовку ЖОМУ к внесению, а также их перевозку к полю и внесение можно проводить без потерь, в качестве рабочей жидкости, помимо воды, может быть использована навозная жижа или раствор, содержащий личинки дождевых червей. Новизна технических решений подтверждена 3 патентами Туркменистана на изобретения [5, 6]. Результаты исследований могут быть широко использованы хозяйствами Туркменистана.

Наиболее распространенными являются глубокорыхлители и кротователями с пассивными рабочими органами, которые просты по устройству и надежны в работе. В работе изучено механико-технологические и физические основы теории и расчета орудий для глубокорыхлителя кротовательного типа тяжелых почвогрунтов, а также методы повышения ресурса почворежущих деталей. Значительное внимание в настоящей работе уделяется проблеме повышения долговечности, самозатачиваемости почворежущих рабочих органов. Показано, что они должны быть в наибольшей степени адаптированы к агроландшафтным условиям при эффективном использовании водных ресурсов и биопотенциала сельскохозяйственных культур, включая применение физических, химических и биологических мелиораций, создающих предпосылки повышения плодородия почв. Развития корневой системы хлопчатника при НАД-2–60М,представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Развития хлопчатника при НАД-2–60М

Выводы

1. В результате длительного орошения и воздействия тяжелой сельскохозяйственной техники наблюдается чрезмерное уплотнение подпахотного слоя почвы до 1,7–1,9 г/см³, что оказывает негативное влияние на ее водно-физические свойства и снижению продуктивности орошаемого гектара. Разработана универсального глубокорыхлителя, использование которого позволит повысить качество рыхления, разрушить подпахотный уплотненный слой и снизить энергоемкость процесса обработки почвы.
2. С увеличением ширины долота и установки кротователей устойчивость хода рыхлителя по глубине повышается. Увеличение рабочей скорости с 1,5 до 2,4м/с практически не влияет на величину зоны рыхления, но при этом интенсивно растет сопротивление рабочего органа.
3. Определено влияние усовершенствованного глубокорыхлителя кротовательного типа НАД-2–60М на изменение плотности почвы, ее водного и температурного режимов. Обработка почвы на глубину до 60см, снижает ее плотность по всей глубине, с 1,5–1,6 до 1,2–1,3г/см, что способствует аккумуляции влаги, повышая её содержание в горизонте 10–55см на 50 %. За счет совмещения технологических операций, активного рыхления пахотного и подпахотного слоя создается благоприятный водной, тепловой и пищевой режим для развития хлопчатника, жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, минерализации органического вещества.
4. Глубокое рыхление уплотненных почв до 50 см обеспечивает снижение плотности подпахотного слоя с 1,5–1,6 до 1,2–1,3 г/см³, повышение скважности на 30 %, понижение температурного режима взрыхленного слоя на 20–25 %, что способствует мощному формированию корневой системы хлопчатника, а также способствует аккумуляции влаги, повышая её содержание в горизонте 10–60 см на 56,5 %.
5. Повышение скважности на 30 %, понижение температурного режима взрыхленного слоя на 16–25 %, что способствует мощному формированию корневой системы хлопчатника.
6. НАД-2–60М в качестве ресурсосберегающей, высокоэкономичный, высокопроизводительный, менее энергоемкой, металлоемкой и почвозащитной технологии, экономит органические удобрения в 4–5 раза (при норме 30–45 т/га), снижают потери минеральных удобрений: фосфора 40–50 %; азота 33 %; калия 12 % укрепляет почву и корни хлопчатника, повышает урожай на 10–15 ц/га.

Литература:

1. Алиханов, А., Дурдыев, А. Гребнегрядодатель-рыхлитель-удобритель ГРУ-4. Информационный листок. ТуркменНИИТИ, Ашгабат, 1990.
2. Бабаев, А. Г. Влияние орошения на природные условия аридных земель Центральной Азии. Проблемы освоения пустынь, № 6. Ашгабат, 1999.
3. Данатаров, А. Об экологической напряженности в аридной зоне. //Тезисы докладов Международной научной конференции (16–17 сентября 1993). Экологические проблемы при орошении и осушении: часть I. –Киев, 1993.
4. Данатаров, А. Устройство аэрационного дренажа в аридной зоне. А. Данатаров, К. Б. Сапаров. Мелиорация и водное хозяйство. № 2. -М., 1994.
5. Данатаров, А. Разработка методов управления водным, воздушным, тепловым и пищевым режимами мелиорируемых земель в аридной зоне// Молодой ученый. № 5. Чита, 2011.
6. Добышев, А.С., Пузевич, К.Л., Данатаров, А., Ашыров, С.Ч., Мухамметмырадов, К. Обоснование технологий и технических средств обработки почвы в условиях Туркменистана. Механизация и сельскохозяйственное машиностроение Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной Академии № 1, 2014.
7. Научные основы экологически безопасных технологий обработки почвы /А. П. Щербаков и др. В сб. научн. тр. ВАСХНИЛ. -М.: Агропромиздат, 1991.
8. Пугачев, Е. В. Роль компонентов органического вещества в оптимизации физических свойств, светло-серых лесных почв пахотных угодий. Дисс. канд. с.\х наук. Новгород, 2007.
9. Сапаров, К. Б. Влияние пестицидов на экологию и альтернативные методы защиты растений. /К. Б. Сапаров, Т. Г. Савельева, А.Данатаров. Проблемы освоения пустынь. № 3. Ашхабад, 1999.
10. Скорляков, В. И. Прикорневая подкормка: технологические особенности способов внесения гранулированных минеральных удобрений (ГМУ) «Агроснабфорум», КубНИИТиМ. Техника и оборудование для села Ноябрь № 11 (221) 2015г.
11. Тарасенко, Б. Ф. Конструктивно-технологические решения энергосберегающего комплекса машин для предупреждения деградации почв в Краснодарском крае. Краснодар, 2012.
12. Токушев, Ж. Е. Теория и расчет орудий для глубокого рыхления почв. — М.:ИНФРА-М., 2003.
13. Труфанов, В. В. Глубокое чизелевание почвы /В. В. Труфанов — М.: ВО Агропромиздат, 1989.