UniversityAgro.ru » Земледелие » Проблемы энергосбережения и уплотнения почвы

Проблемы энергосбережения и уплотнения почвы

Обработка почвы является самым энергоемким и дорогостоящим технологическим приемом земледелия. В настоящее время на нее приходится до 40% энергетических и 25% трудовых затрат от общего объема полевых работ. Для оценки, если пересчитать все приемы почвообработки на вспашку, то ежегодно на каждом гектаре перемещается 6 000 т почвы.

Например, при выращивании картофеля и сахарной свеклы расход топлива на почвообрабатывающие операции составляет 18% от общего расхода, при выращивании озимой пшеницы, кукурузы и подсолнечника — 41 и 43%.

Наиболее энергоемким приемом обработки почвы является вспашка, на которую приходится свыше 50% общего расхода топлива. При этом расход топлива и энергоемкость технологического процесса возрастают при использовании колесных тракторов. Согласно данным зональных МИС применение для вспашки колесных тракторов типа К-700 увеличивает расход топлива на 22% по сравнению тракторами типа ДТ-75, а полные энергозатраты — на 35%, соответственно 604 и 812 МДж/га.

Таблица. Расход дизельного топлива на выращивание полевых культур, кг/га (М.М. Севернев, 1992)1

Культура
Общий расход
На пахоту
На другие почвообрабатывающие приемы
Всего на почвообработку
Озимая пшеница
64
15
11,4
26,5 (41)
Кукуруза
92
19
18,8
37,8 (41)
Подсолнечник
88
19
18,9
37,9 (43)
Сахарная свекла
210
23
14,8
37,8 (18)
Картофель
260
32,1
16,6
48,7 (18)

Меры по снижению энергозатрат

В системе агротехнических мер по снижению энергозатрат имеют значение:

  • повышение плодородия почв,
  • увеличению содержания гумуса,
  • создание глубокого окультуренного пахотного слоя,
  • улучшению всех свойств почв,
  • насыщение севооборотов культурами с глубоко проникающей корневой системой,
  • внесения повышенных доз органических и минеральных удобрений,
  • применения травосеяния и сидерации,
  • применение химической мелиорации,
  • интегрированной системы защиты растений,
  • проведения всех полевых работ в оптимальные агротехнические сроки.

То есть создание окультуренного пахотного слоя способствует снижению энергозатрат на её обработку и уменьшает негативное воздействие уплотнения почвы. Например, расход топлива при вспашке уплотненной почвы в оптимальные сроки составляет 12-14 кг/га, тогда, как при вспашке уплотненной почвы, сильно засоренной пыреем ползучим — около 20-25 кг/га. На хорошо окультуренных почвах возможно применение технологий минимальной обработки почвы.

Решением задач в направлении энергосбережения и экологизации являются следующие организационно-технологических меры:

  • разработка и применение экономичных и экологичных приемов и технологий обработки почвы с максимально эффективными материально-энергетическими и трудовыми показателями при минимальном негативном воздействии на плодородие почвы. Приемы должны учитывать почвенно-климатических условия, биологические и технологические особенности культур, наличие сопутствующих технических ресурсов на предприятии и особенности агроландшафта;
  • применение высокопроизводительных широкозахватных и комбинированных машин и агрегатов с максимальным совмещением технологических операций;
  • широкое внедрение приемов минимальной обработки почвы;
  • применение тракторов с меньшим удельным давлением ходовых систем;
  • правильный подбор рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий;
  • использование в качестве машины-носителя специальной симметричной рамы с комплектом быстросменных рабочих органов для составления агрегатов, выполняющих за один проход несколько технологических операций;
  • ликвидация остаточных деформаций в подпахотных слоях путем глубокого чизелевания, щелевания и иных приемов;
  • применение шин в ходовых системах техники увеличенного размера, арочных и широкопрофильных шин, спаренных колес, полугусеничных и пневмогусеничных ходов;
  • рациональное агрегатирование тракторов и почвообрабатывающих машин и орудий;
  • регулирование и оптимизация технологических параметров и скоростных режимов работы почвообрабатывающих агрегатов;
  • выполнение приемов обработки почвы на основе научно-обоснованной маршрутизации движения. Уменьшение числа проходов техники по полю, особенно тяжелой колесной, заправка агрегатов топливом, удобрениями, гербицидами, семенами на краю полей.

Исследования и практика показывают, что в севооборотах рационально применять различные приемы, сочетающие поверхностную, мелкую и глубокую; отвальную и безотвальную обработки почв с учетом почвенно-климатических условий, фитосанитарного состояния почвы, культур севооборота и агроландшафтных особенностей.

Перспективными задачами развития земледелия в области экономии энергоресурсов и снижения негативного воздействия тяжелой техники на почву являются:

  • разработка почвоохранных ходовых систем, например, новых типов гусеничных и пневмогусеничных движителей, эластичных — сверхнизкого давления шин, рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, бестракторных систем машин (мостовое или канатное земледелие), комбинированных машин и орудий, широкозахватных агрегатов с меньшей металлоемкостью и приемлемым давлением на почву;
  • создание нового поколения почвозащитного комплекса машин в соответствии с современными требованиями и направлениями развития агроландшафтного земледелия.

Переуплотнение почвы

Вред, причиняемый чрезмерным уплотнением почвы

Применение тяжелых почвообрабатывающих машин и транспортных средств при существующей многооперационной технологии ухода за почвами и культурами приводит к чрезмерному уплотнению почвы под воздействием ходовых систем.

Уплотнение почвы приводит к:

  • уменьшению водопроницаемости и переувлажненности верхнего слоя, что усиливает водную эрозию;
  • образованию поверхностной корки при иссушении уплотненной почвы;
  • ухудшению газообмена;
  • некачественной заделку семян и снижению полевой всхожести, например, всхожесть ячменя снижается на 27-30%, озимой пшеницы — на 23,4%;
  • сокращению численности полезных микроорганизмов;
  • замедлению микробиологических и окислительно-восстановительных процессов, уменьшая тем самым доступность растениям питательных веществ;
  • снижению на 24-30% эффективности удобрений.

Потери урожайности зерна с каждого гектара из-за уплотнения составляет 0,82-1,24 т, а перерасход дизельного топлива — 2,5-3,5 кг. Наиболее ощутимые потери отмечаются в увлажненных районах.

Однократный проход трактора уплотняет почву на глубину до 45 см, при многократных, особенно трактора К-700 — до 50-60 см. Последствие уплотнения устойчиво проявляется в течение нескольких лет, особенно в подпахотных слоях.

При выращивании культур машинно-тракторные агрегаты совершают 5-15 проходов по полю, уплотняя пахотный и подпахотный слои почвы. Только в период предпосевной обработки и посева ходовые системы техники покрывают до 80% площади поля, а посадки картофеля, сахарной свеклы и других пропашных культур только в течение весеннего периода подвергаются 3-5 кратному воздействию агрегатов. Суммарная площадь их следов при выполнении всего комплекса полевых работ достигает 100-200% площади поля.

Согласно данным кафедры земледелия МСХА, при посеве с использованием тракторов ДТ-75 прямой и косвенной деформации подвергается 21,6% площади поля, тракторами Т-150К — 29,4%, тракторами К-700 в агрегации с тремя сеялками — 39%. Плотность сложения дерново-подзолистой почвы по следу колесных тракторов повышается на 0,1-0,3 г/см3, достигая при этом 1,35-1,55 г/см3, что существенно выше оптимальной плотности почвы для полевых культур. Урожайность культур в зернопропашном севообороте викоовсяная смесь — озимая пшеница — ячмень — картофель снизилась в среднем за 10 лет на 6-22% от уплотняющего воздействия тракторов. Наибольшее снижение наблюдалось от колесных тракторов Т-150К, К-700.

По данным МСХА им. К.А. Тимирязева при зяблевой вспашке на глубину 20-22 см дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы Нечерноземной зоны на глубине 20-80 см плотность за 10 лет использования тракторов Т-150К и К-700 возросла на 0,1-0,15 г/см3, достигая величины 1,38-1,62 г/см3.

Таблица. Масса тракторов и удельное давление ходовых систем на почву2

Марка трактора
Масса трактора, кг
Удельное давление на почву, кг/см2
среднее
масксимальное
МТЗ-52
2700
1,71
5,0
ДТ-75
6100
0,48
2,4
Т-150К
8020
1,64
4,4
К-700
12000
1,70
4,8

Согласно данным многолетних опытов Северо-Кавказского филиала ВНИИ механизации сельского хозяйства, на черноземах удельное сопротивление почвы при вспашке на 20-22 см по следам легких колесных и гусеничных тракторов больше на 12-15%, чем вне следов, а по следам тракторов Т-150К и К-701 — на 44%. При этом ухудшалось качество крошения пласта почвы: вне следов степень крошения пласта составляла 87%, а по следам тракторов Т-150К — 83%, К-701 — 56%. Уплотняющее воздействием этих тракторов распространяется на глубину 40-60 см, максимально — до 1 м.

Допустимое удельное давление для большинства почв составляет 0,4-0,5 кг/см2, максимальное — 1,0—1,5 кг/см2. Однако, энергонасыщенные колесные тракторы имеют показатель до 3-4 кг/см2 и более. По уровню уплотняющего воздействия на почву отечественные тракторы можно расположить в следующем порядке: ДТ-75 < МТЗ-52, МТЗ-100< МТЗ-82 < Т-150К, К-700 < К-701.

Переуплотнение почвы приводит к ухудшению агрофизических, биологических и агрохимических свойств. При постоянной глубине обрабатываемого слоя образуется плужная подошва — чрезмерно уплотненная прослойка, отрицательно влияющая на водный, воздушный и тепловой режимы почвы.

Наиболее сильное переуплотнение происходит при повышенной влажности почвы. По этой причине оптимальной для обработки почвы является состояние физической спелости, которая находится в пределах влажности для дерново-подзолистых почв — 12-21%, серых лесных — 15-23%, черноземных — 15-24%. Для всех типов почв рекомендуемая для обработки влажность не выше 65-70% НВ. Допустимое давление на влажную почву при 60% НВ для ранневесеннего боронования составляет 0,3-0,4 кг/см2, в период предпосевной обработки — 0,5-0,6 кг/см2, основной обработки — не выше 1-1,5 кг/см2.

Потеря урожая полевых культур в звене зернопропашного севооборота вико-овсяная смесь — озимая пшеницаячмень — картофель в среднем за две ротации составила 6-22% в зависимости от уплотняющего действия тракторов. Наибольшее снижение отмечено при использовании тракторов Т-150К и К-700.

По расчетам Почвенного института им. В.В. Докучаева, суммарные потери урожая зерновых культур от переуплотнения почв по стране достигают 13-15 млн т, сахарной свеклы — более 2 млн т, зерна кукурузы — около 0,5 млн т.

Обработка уплотненных почв связана с увеличением энергозатрат. Согласно расчетам, расход топлива при обработке уплотненных почв резко возрастает, например, при вспашке более, чем на 1 млн. т в год.

Основной причиной снижения урожаев культур при уплотнении почвы является ухудшение условий для образования мощной корневой системы и активной ее деятельности. По данным сельскохозяйственной опытной станции штата Миннесота (США), увеличение плотности суглинистой почвы с 1,16 до 1,38 г/см2 приводит к уменьшению длины корней гороха в 6,2 раза, а массы — в 1,9 раз. Уплотнение почвы обуславливает формирование поверхностной корневой системы, что сказывается на минеральном питании растений, которое ухудшается на 36-42%, даже при достаточном обеспечении влагой.

Таблица. Действие ходовых систем тракторов на урожайность полевых культур в условиях Нечерноземья, ц/га (Н.С. Матюк, в среднем за 10 лет, 1993)3

Трактор
Викоовсяная смень на сено
Озимая пшеница
Ячмень
Картофель
В среднем, %
Без уплотнения, контроль
55,3
42,2
37,0
282
100
МТЗ-80
52,4
40,6
32,6
271
94
ДТ-75 (Т-150)
48,4
40,2
33,1
263
91
Т-150К
47,8
37,5
31,4
250
87
К-700
46,4
34,0
31,4
235
78

Меры по снижению уплотнения почвы

Основой системы мероприятий по ограничению уровня воздействия тяжелой техники на почву являются предупредительные меры, направленные на сокращение числа проходов техники и разуплотнение почвы при ее обработке, внесение повышенных доз органических удобрений и обогащение органическим веществом, известкование или гипсование, улучшение структуры.

Для предупреждения переуплотнения почву обрабатывают при достижении физической спелости. На всех типах почв обработку выполняют при влажности не более 60-70% ПВ.

Согласно рекомендациям РАСХН, допустимые пределы нагрузки на влажную (60% НВ) дерново-подзолистую суглинистую почву при ранневесеннем бороновании составляют 0,3-0,4 кгс/см2, в период предпосевной обработки — 0,5-0,6, при основной — 1,0-1,25 кгс/см2. Для типичного тяжелосуглинистого чернозема давление на почву при основной обработке не должно превышать 0,8-1,0 кгс/см2, при посеве и предпосевной обработке — 0,4-0,6 кгс/см2.

Для снижения переуплотнения почвы при проведении ранневесенних работ, например, бороновании зяби, посеве и предпосевной культивации, необходимо использовать гусеничные тракторы или тракторы со сдвоенными шинами, пневмогусеницами и, по-возможности, избегать применение колесных тракторов типа Т-150К, К-701.

Особенно большой ущерб ходовые части тракторов наносят посевам озимых зерновых и травам при ранневесенних подкормках азотными удобрениями. Тяжелые разбрасыватели удобрений уплотняют почву, поэтому для проведения подкормок целесообразно применять авиацию или тракторы с пневмогусеницами.

При использовании колесных тракторов их агрегатируют таким образом, чтобы колея трактора совпадала с колеей прицепного орудия. След трактора и прицепного орудия на предпосевных работах дополнительно рыхлят, а глубину по следу увеличивают на 3-4 см. Заправки агрегатов семенным материалом, удобрениями, гербицидами или топливом выполняют вне поля или на специально отведенных дорогах.

Оптимизация маршрутов движения сельскохозяйственной техники по полю является важной предупредительной мерой предотвращения чрезмерного переуплотнения почвы. Для этого устанавливают постоянные маршруты (колеи) передвижения агрегатов во время посева, ухода за растениями. Движение техники по постоянным маршрутам при использовании одних и тех же марок позволяет снизить площадь уплотнения почвы в 1,7-2,7 раза по сравнению с неконтролируемым движением.

При уходе за пропашными культурами повторное движение техники должно осуществляться по одной и той же колее, по которой выполняли посадку. Несоблюдение этого правила приводит к повреждению растений рабочими органами культиватора, так как ширина стыковых междурядий не всегда выдерживается при посеве.

Минимизация обработки почвы предусматривает уменьшение количества проходов техники по полю, что достигается совмещением нескольких технологических операций и приемов и выполнением их в одном рабочем процессе. Такой подход позволяет в 2-3 раза уменьшить число проходов по полю.

Снижение уплотнения почвы достигается заменой или уменьшением числа глубоких обработок поверхностными и мелкими за счет использования широкозахватных высокопроизводительных агрегатов на слабозасоренных полях. Так, в условиях степной зоны зяблевую вспашку под ранние яровые зерновые заменяют плоскорезной обработкой с использованием широкозахватных агрегатов, например, КПШ-9, КПШ-5, КПШ-11.

Разуплотнение почвы механическими обработками достигается разноглубинной обработкой почвы в севообороте; сочетанием отвальной и безотвальной обработок; плоскорезной, дисковой, чизельной и др. Такие системы позволяют уменьшить нагрузку на почву и площадь уплотнения на 30-40%.

Эффективным приемом разуплотнения почвы подпахотных горизонтов является периодическое, проводимое один раз в 3-4 года, чизелевание на глубину 30-40 см. Глубокое чизелевание разрушает плужную подошву, разрыхляет уплотненный подпахотный слой, улучшает водо- и воздухопроницаемость. Для этого используют чизельные глубокорыхлители ПЧ-2,5, ПЧ-4,5, плуги-рыхлители ПРПВ-5-50, плоскорезы-глубокорыхлители, орудия для безотвальной обработки типа параплау, плуги с вырезными корпусами.

Наибольшая эффективность глубокого рыхления подпахотных слоев достигается при возделывании пропашных культур: кукурузы, картофеля, сахарной свеклы и других, а также озимых культур. Урожайность пропашных при этом возрастает на 15-20%.

Приемы глубокого рыхления выполняют и в системе контурно-мелиоративного земледелия. На почвах, подверженных риску водной эрозии, глубокое рыхление поперек склона способствует переводу стока воды по поверхности во внутрипочвенный, увеличивая запасы воды и снижая смыв почвы.

[INSERT_ELEMENTOR id="3433"]

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

Ссылки

  1. Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.
  2. Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.
  3. Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.