Рассматривается метод повышения плодородия орошаемых земель аридной зоны с помощью комбинированного устройства для глубокого рыхления грунта с одновременным внутрипочвенным внесением жидких органоминеральных удобрений. Приводится схема устройства и описывается принцип его работы. Экспериментальными исследованиями установлено, что данное устройство отличается от известных аналогов совокупностью признаков, обеспечивая подготовку почвогрунта на глубину и ширину возделываемого рядковым способом растения при одновременным внесении жидких органоминеральных удобрений в слои разрыхленной почвы на весь ее объем.
There consider the method of support of fertility of lands by means of combined device for deep loosening of ground with simultaneous intersoil introduction of liquid organomineral fertilizations. There is given a device scheme and described a principle of its work. By means of experimental researches there is established that the device differs from known analogues by the complex of signs, providing the preparation of soil on the depth and width of cultivated by row plant method at the simultaneous introduction of liquid fertilizations into layers of loosen soil on the whole of its volume.
Key words: a new method of increasing fertility of irrigated land in arid zone
Ученые многих стран констатируют, что уже наступила глобальная деградация почвы - главнейшая проблема в сельскохозяйственном производстве. За весь период сельскохозяйственной деятельности (« 10 тыс. лет) в мире потеряно « 2 млрд. га земель, что превышает существующие площади пашни - 1,5 млрд. га. Водная и ветровая эрозии являются причинами деградации 84% площадей. Повышение урожаев и объемов производства во второй половине XX века достигалось за счет различных приёмов интенсификации [2].
А.Г. Бондарев: В рамках отраслевой программы «Машиностроение для АПК» в России решается неотложная проблема, направленная на устранение переуплотнения почв, вследствие воздействия на нее тяжелой энергонасыщенной техники, а также необоснованного увлечения отвальной пахотой, являющейся основой образования "подпахотной подушки" [1].
Е.В. Пугачев 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 [9].
Получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур возможно только при совместном использовании органических и минеральных удобрений. Использование органических удобрений способствует улучшению плодородия почв, что очень важно в районах с низким содержанием перегноя. Практика показывает, что количество гумуса в почве постепенно снижается, если применять только минеральные удобрения. Кроме того, органические удобрения способствуют закреплению в' почве таких вредных веществ для живого организма, как радиоактивный стронций и тяжелые металлы. Это закрепление не дает возможности растениям поглощать указанные вредные вещества. Органические удобрения также способствуют очищению почвы от гербицидов и пестицидов. К органическим удобрениям относятся навоз, торф, озерный и канализационный ил, стебли и корневая система растений, солома, опилки и др. [6] Наиболее распространенным органическим удобрением является навоз.
Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что наиболее рациональным способом использования жидкого навоза в качестве органического удобрения, является непосредственное внесение его на поля в переработанном виде, методом подпочвенного внесения. Подпочвенное внесение жидких органических удобрений оказывает существенное влияние на рост, развитие, продуктивность и качество урожая сельскохозяйственных культур, прибавка урожая озимой пшеницы составила 13,7 ц/га, при контроле 30 ц/га [10].
Целью данного исследования является разработка оптимальных параметров аэрационного дренажа и глубокорыхлителя, теоретическое и экспериментальное обоснование комплексных мелиораций для интенсивного восстановления плодородия переуплотненных деградированных почв на орошаемых землях.
Орошение как фактор устойчивости производства растениеводческой продукции в засушливых условиях ряда регионов может сопровождаться эрозионными процессами и гидроморфизмом. Это является результатом недостаточного научного обоснования режимов и технологии орошения сельскохозяйственных культур. Поэтому проблема совершенствования технологии орошения на основе адаптивно-ландшафтных подходов, обеспечивающих рациональное использование водных и земельных ресурсов, очень актуальна. Наибольший эффект ресурсосбережения достигается при комплексной мелиорации земель с использованием животноводческих стоков как необходимого элемента восполнения органического вещества в экологическом земледелии [7]. Почвозащитная и ресурсосберегающая направленность интенсивного земледелия как условие и исходное положение для расширенного воспроизводства плодородия почвы.
Для подкормки растений и внесения гербицидов в их прикорневую зону используется известное техническое устройство [7]. Оно предназначено для выполнения нескольких узкоспециализированных функций, но не решает задачу подготовки жидких удобрений и дифференциации их внесения, то есть его функциональные возможности ограничены. Наиболее близко к решению этой проблемы подошли создатели машины для дифференцированного внесения жидких удобрений. Она снабжена гидрорезервуаром для удобрений, компрессором, ресивером, дозатором, эжектором, системами подачи, регулирования и распределения удобрений и сжатого воздуха, штангой с рабочими органами, блоком контроля и управления. Резервуар имеет заправочную горловину, предохранительный клапан, манометр и связан через клапан, фильтр и дозатор с распределительной системой внесения удобрений. Машина предназначена для дифференцированного внесения удобрений в зависимости от сигналов навигационной системы. В этой достаточно сложной конструкции не предусмотрена возможность приготовления раствора, к тому же она оснащена дорогостоящим оборудованием. Кроме того, этот агрегат не приспособлен для глубокого рыхления тяжёлых почвогрунтов с одновременным внесением удобрений на всю глубину разрыхлённого слоя.
В связи с этим нами было создано комбинированное техническое устройство для обработки почвы и одновременного внесения жидких удобрений. Этот агрегат снабжён опорными колёсами, рамой с рабочими органами, ёмкостью для удобрений с заправочной горловиной, взаимодействующей посредством системы трубопроводов с выходными соплами. Рама выполнена в виде поперечного несущего бруса, по одну сторону которого закреплены (по ходу движения агрегата) система навески, расположенная в центре, и кронштейны для опорных колёс. Кронштейны расположены в концевых зонах бруса и закреплены в зоне опорных колёс парными кронштейнами, образующими опорные площадки для ёмкостей. По другую сторону поперечного бруса посредством параллелограмных механизмов закреплены секции с рабочими органами, содержащими долотообразные рыхлители, стойки которых снабжены форсунками с выходными соплами. Каждая из ёмкостей содержит расположенные в её заправочной горловине первичный сетчатый фильтр, дыхательный лабиринтный клапан, гидравлическую мешалку, воронкогаситель и струйный смеситель, установленные в днище. Системой трубопроводов с обратными клапанами ёмкости объединены в единый трубопровод. Последний связан с соплами форсунок через фильтр низкого давления, мембранный насос и регулятор-распределитель. В системе имеются трубопровод обратной подачи раствора в ёмкости и дополнительная ветка трубопроводов с трёхходовым краном. Этот кран связан с выходом мембранного насоса через первый выходной конец с гидравлической мешалкой и струйным смесителем. Через второй выходной конец он связан с трубопроводом обратной подачи раствора, причём гидравлическая мешалка включает входной патрубок, связанный с трёхходовым краном и Т-образно присоединённый к распределительной трубе, снабжённой установленными на её свободных концах под острым углом подающими соплами. Регулятор-распределитель включает редукционный клапан давления, связанный через фильтр высокого давления с входными патрубками трубопроводов для подачи раствора в форсунки долотообразных рыхлителей, и манометр. Причём, регулятор-распределитель связан через входной патрубок с мембранным насосом, через выход редукционного патрубка давления – с переливным трубопроводом обратной подачи части раствора в ёмкости, и снабжён ручками включения и регулирования давления. Фильтр высокого давления снабжён выходным патрубком для удаления отфильтрованной фракции.
Использование этого устройства решает техническую задачу повышения надёжности протекания технологического процесса, улучшения качества приготовления раствора жидких удобрений и равномерности их внесения, снижения материалоёмкости системы, расширения функциональных возможностей, повышения производительности и эффективности работы при обработке почвы, уничтожении сорняков и подкормки возделываемых культур. Все в целом позволяет создать благоприятный водный, воздушный, тепловой, световой режимы и режим питания в почвогрунте. Кроме того, уменьшается расход горючих материалов за счёт локального рыхления, ограниченного корнеобитаемым слоем в зоне рядового посева культуры (например, рядовой посев хлопчатника с междурядьем 90см). Применение жидкого навоза в сочетании с минеральными растворёнными удобрениями активизирует биоресурсы почвогрунта. Преимуществом устройства является то, что удобрения вносятся и в основание растений, и на всю глубину корнеобитаемого слоя.
Экспериментально доказано, что в условиях тяжёлых почвогрунтов менее энергоёмко (имеет относительно минимальное сопротивление рыхлению) резание грунта двухъярусным ножом с долотообразными режущими зубьями. Причём зубья располагаются так, чтобы на верхнем и нижнем ярусах грунт резался послойно со сколом вперёд и вверх, то есть в сторону свободной поверхности. При этом происходит резание с выпором срезаемой грунтовой «стружки» в сторону с меньшим сопротивлением. После прохода такого двухъярусного рыхлителя грунт не уплотняется, а образовавшаяся траншея в поперечном сечении представляет собой трапецеидальную, скощенную книзу форму, заполненную разрыхлённым грунтом.
Таким образом, использование данного агрегата решает техническую задачу энергосбережения топлива при подготовке тяжёлого почвогрунта к возделыванию культурного растения рядовым способом. Рыхлению подвергается не весь пахотный слой, а только траншейные ряды с профилем, соответствующим профилю корневой системы взрослого культурного растения, под которое производится подготовка почвогрунта. Пространственная подача жидких удобрений в рыхлый грунт образованной рыхлителем третьей траншеи обеспечивает полное и равномерное замачивание комьев почвы по всему её профилю. Жидкий навоз является прекрасным органическим удобрением и для его внесения вместе с растворёнными в нём минеральными удобрениями можно использовать стандартные ёмкости объёмом 4–10м3, которые монтируются на раму прицепного шасси с навесным устройством для глубокого рыхления почвогрунта. Для перекачивания жидкого навоза используется типовой шламовый насос. Навоз вносится на глубину 0,5 м и более в разрыхлённый грунт. Производительность насоса – 250 л/мин. При этом существенно экономятся затраты на удобрения и на топливо для тракторов, вследствие чего растут доходы сельхозпроизводителя.
Положительный эффект от используемого технического устройства заключается в том, что оно обеспечивает разработку и внесение удобрений в почвогрунт в условиях его высокой прочности только на объём корневой системы возделываемого рядовым способом культурного растения, что существенно снижает расход топлива при подготовке грунта к возделыванию данной культуры по сравнению со сплошным рыхлением посевного поля. В области земледелия разработаны: ресурсосберегающие приемы основной обработки на тяжелых почвах Туркменистана с использованием новых орудий для механической обработки почвы, позволяющие экономить 27,0 % дизельного топлива при полной ликвидации смыва почвы; эффективные ресурсосберегающие способы, обеспечивающие при сохранении высокой продуктивности хлопчатника экономию материально-технических ресурсов до 40% по сравнению с традиционным механическим. [3,4,5].
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 [5].
В качестве рабочей жидкости, помимо воды, может быть использована навозная жижа или раствор, содержащий личинки дождевых червей. Подача жидкости в вертикальный нож может производиться насосом, имеющим привод от тягового трактора. Следовательно, устройство позволяет осуществить строительство дренажа высокопроизводительным методом в тяжёлых грунтах аридной зоны, влажность которых обычно находится за пределами оптимальных величин. При этом уменьшается сопротивление грунта, что в последующем приведёт к снижению расхода топлива [8].
Таким образом, использование данного агрегата решает техническую задачу энергосбережения топлива при подготовке тяжёлого почвогрунта к возделыванию культурного растения рядовым способом. Рыхлению подвергается не весь пахотный слой, а только траншейные ряды с профилем, соответствующим профилю корневой системы взрослого культурного растения, под которое производится подготовка почвогрунта. Пространственная подача жидких удобрений в рыхлый грунт образованной рыхлителем третьей траншеи обеспечивает полное и равномерное замачивание комьев почвы по всему её профилю. Жидкий навоз является прекрасным органическим удобрением и для его внесения вместе с растворёнными в нём минеральными удобрениями можно использовать стандартные ёмкости объёмом 4–10м3, которые монтируются на раму прицепного шасси с навесным устройством для глубокого рыхления почвогрунта. Для перекачивания жидкого навоза используется типовой шламовый насос. Навоз вносится на глубину 0,5 м и более в разрыхлённый грунт. Производительность насоса – 250 л/мин. При этом существенно экономятся затраты на удобрения и на топливо для тракторов, вследствие чего растут доходы сельхозпроизводителя (рис. а,б,в).
a)
б)
в)
Рис. Схема комбинированного устройства для глубокого рыхления грунта с одновременным внутрипочвенным внесением жидких органоминеральных удобрений (НАД-2-60М) (а – вид сбоку, б – сверху) и их подачи от ёмкости до устройства их внесения (в): 1 – прицепная колёсная рама; 2 – поперечная балка; 3 – рыхлитель грунта; 4 – ёмкость; 5– заправочная горловина; 6 – трубопроводы; 7 – насос; 8 – система распределения жидких потоков; 9 – фильтр; 10 – устройство для внесения удобрений.
Для повышения урожайности хлопчатника для рассматриваемой культуры определяют количество навоза в питательном растворе, вносимого подпочвенно, и устанавливают в количестве от 10 до 11 тонн на один гектар пашни или экономия органических удобрения составляют 4-5 раза.
Почвозащитная технология, реализуемая с помощью агромелиоративных рыхлительных орудий, относительно поверхностной внесение органического вещества позволяет снижать потери в среднем 4,5 раза, накапливать фосфора - до 50%, калия - до 12%, азота - до 33%.
Локальное внесение жидких органоминеральных удобрений (ЖОМУ), его достоинства и требования:
- использование ЖОМУ в сельском хозяйстве имеет свои преимущества перед твердыми удобрениями. Во-первых, полная механизация всех погрузочно-разгрузочных работ, уменьшение затрат на производство и применение. Во-вторых, улучшаются условия труда, исключается расход тары, обеспечение равномерности внесения и дозирования. В-третьих, упрощается приготовление необходимых тукосмесей, в том числе с добавкой микроэлементов и пестицидов;
- характеризуется высоким качеством распределения питательных веществ в почве, что обусловлено использованием на машинах для осуществления этого приёма более совершенных механических, пневмомеханических или пневматических высевающих аппаратов;
- неравномерность распределения не превышает 8–10%’
- исключается свойственное разбросному способу неконтролируемое смешивание ЖОМУ с почвой. Степень смешивания определяется конструкцией рабочих органов и их настройкой;
- концентрация элементов питания хлопчатника в местах их внесения в десятки и даже сотни раз может превосходить содержание их в почве при разбросном способе;
- определённым образом влияет на формирование корневой системы хлопчатника, их питание, развитие и создание нового урожая;
- рост корней усиливается и развитие корневой системы в основном происходит в обогащённых питательными веществами зонах;
- водопотребление хлопчатника на единицу продукции снижается на 10–15%;
- усиливает способность хлопчатника противостоять засухе, значительно снижает недобор урожая, положительно влияет на отложение запасных веществ;
- в связи с повышением коэффициентов использования питательных веществ оптимальные дозы снижаются на 25–50%;
- при внесении ЖОМУ в почву, сразу виден эффект: растения и плоды становятся крупнее, листья и цветы ярче;
- жидкий навоз нельзя вносить неразбавленным виде, его следует развести в пропорции 1:10;
- повышение оптимальных доз снижает урожай хлопчатника более существенно, чем при разбросном. В связи с этим предъявляет высокие требования к качеству распределения по равномерности их высева и устойчивости их дозирования;
- при использовании повышенных доз азотных удобрений увеличивается риск накопления нитратов. Больше 10 г азотных удобрений на квадратный метр вносить не рекомендуется;
- избыток азотных удобрений приводит к снижению жизнестойкости хлопчатника. Основные минусы быстрого роста, вызванного азотом, снижение качества урожая и устойчивости хлопчатника. Такие растения быстрее поражаются вредителями и болезнями, хуже переносят холод и засуху;
- загрузку машин можно проводить только при полной их остановке;
- подготовку ЖОМУ к внесению, а также их перевозку к полю и внесение нужно проводить без потерь;
- нельзя находиться между трактором и машиной при транспортировке и внесении ЖОМУ;
- после окончания работ по перевозке и внесению ЖОМУ цистерны, баки и рабочие органы машин должны быть промыты горячей водой или паром;
- очистку и мойку машин и инвентаря следует проводить на специально отведенных моечных площадках;
- в транспорте с ЖОМУ запрещается перевозка людей и пищевых продуктов;
- к работе с ЖОМУ допускаются лица не моложе 18 лет. Все работники перед началом трудового процесса должны пройти соответствующий инструктаж по технике безопасности. При работе с ЖОМУ все должны надеть спецодежду и предохранительные приспособления: очки, рукавицы, респираторы, комбинезоны.
Таким образом, высокое содержание элементов питания в почве в доступном для хлопчатника состоянии при локальном внесении удобрений сохраняется в течение длительного времени, обеспечивая более существенные приросты урожая в прямом действии и последствии.
Теоретически и экспериментально исследованы и разработаны оптимальные параметры аэрационного дренажа и глубокорыхлителя (НАД-2-60М). Показана возможность установки приспособления для внесения с помощью рыхлителя органоминеральных жидких удобрений. Обоснована технология нарезки аэрационного дренажа и рыхления подпахотного слоя глубокорыхлителем, которая позволяет улучшить агротехнические показатели работы орудий при наименьших энергетических затратах. Технология нарезки аэрационного дренажа разработана с учетом грунтовых условий и биологических требований к развитию корневой системы хлопчатника. Известно, что усилие резания грунта на докритической глубине на 20-25% менее чем при закритической, т.е. используя данный эффект в конструкции ножа можем снизить тяговое усилие по сравнению со сплошным ножом. Технико-экономические расчеты показали, что нарезка аэрационного дренажа позволяет снизить эксплуатационные расходы до 30%, сократить промывную и поливную норму на 20-30%, обеспечить оптимальной водно-воздушной режим почвы в аридной зоне и повышает урожайность хлопчатника до 10 ц\га.
Литература:
1. Бондарев В.А. Механико-технологические решения проблемы механизации садоводства и виноградарства Диссертация в виде научного доклада на соискание учёной степени доктора технических наук. Краснодар, 1997.
2. Борисенко И.Б. Совершенствование ресурсосберегающих и почвозащитных технологий и технических средств обработки почвы в острозасушливых условиях Нижнего Поволжья. Автореф. дис… д-ра техн. наук. Волгоград, 2006.
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. –с.7-8.
4. Данатаров А., Сапаров, К.Б. Устройство аэрационного дренажа в аридной зоне. Мелиорация и водное хозяйство. Международный научный журнал №2. Москва. 1994. -с. 24-26.
5. Данатаров А., Ашыров С.Ч. Обработка почвы как фактор улучшения структурных качеств и строения пахотного и подпахотного слоев орошаемых тяжелых почв в условиях Туркменистана. Теоретичний i науково-практичний журнал. Вiсник «Инженерноi академii Украiнi». Випуск 3-4, Киiв, 2011. с.65-70.
6. Кормановский, Л.П. Обоснование системы технологий и машин для животноводства Текст. / Л.П. Кормановский, Н.М. Морозов, Л.М. Цой. М.: Родник, 1999.-228 с.
7. Максименко В.П. Комплексная мелиорация уплотнённых почв на орошаемых землях: Автореф. дис… д-ра с.-х. наук. М., 2011.
8. Пат. №13/J 01219. Устройство для нарезки кротовин. Автор(ы): А.Данатаров, С.Ч. Ашыров, Б.Д. Тораев, Х. Назаров, К.Мухамметмырадов, С.Р. Рустамов (TM), 2013.
9. Пугачев Е.В. Роль компонентов органического вещества в оптимизации физических свойств светло-серых лесных почв пахотных угодий. Дисс. канд. с.\х наук Новгород 2007 с.145.
10. Рязанов М.В. Повышение эффективности использования жидких органических удобрений путем разработки и обоснования параметров агрегата для подпочвенного внесения. Автореф. дис… канд тех наук Белгород, 2009.
