Почвообрабатывающая приставка к зерновой сеялке в технологиях «No till»

Введение

Машины
для совмещения предпосевной обработки почвы и сева выполняют предпосевную
культивацию и посев. В большинстве случаев в эту группу входят простые машины
(культиватор и сеялка), а также специальные почвообрабатывающие и посевные
агрегаты, такие как фрезерные
культиваторы-сеялки, сеялки-культиваторы, лущильники-сеялки, фрезерные
культиваторы, и другие.

Рассмотренные
машины позволяют сократить время на подготовку к той или иной операции, что
дает преимущества над теми машинами, которые использовались в сельском
хозяйстве до этого времени. Сокращение количества выполняемых операций
способствует снижению затрат на предпосевную обработку почвы по сравнению с
общепринятой технологией на 52%, а затраты горюче-смазочных материалов – на
47,8%.

Анализ
работы различных типов почвообрабатывающих комбинированных машин [1, 2]
показал, что наибольшую перспективу имеют машины, которые за один проход
выполняют весь комплекс работ по подготовке почвы к посеву. Такие
комбинированные машины позволяют сократить до минимума сроки выполнения
технологических операций, расход энергии и средств на их выполнение.

Поэтому
комбинированные машины, которые за один проход обеспечивают подготовку
семенного ложа и посев с одновременным внесением в почву удобрений и гербицидов
принято называть сеялками прямого сева.

Такие сеялки
можно разделить на две группы.

К первой группе
машин относятся сеялки состоящие из модулей для локального рыхления почвы и
посева (рис. 1),
в которых перед сошниками устанавливаются волнистые диски. Перемещаясь с
большой скоростью, они в результате взаимодействия с почвой рыхлят узкие
полосы, в которые заделываются сошниками семена.

Рис. 1. Секция сеялки прямого
сева состоящей из модулей для локального рыхления почвы и посева [3].

Ко второй группе относятся бункерные
сеялки со стрельчатыми плоскорежущими лапами (рис. 2). Семена из
высевающего аппарата подаются на стрельчатые лапы за счет потока воздуха. С
помощью специального распределителя семена распределяются под лапой в виде
полоски. Имеют большее тяговое сопротивление и, что более важно, не имеют
возможности индивидуального копирования поверхности обрабатывающими и
заделывающими рабочими органами, что приводит к неравномерности заделки семян
по глубине.

Рис. 2. Схема работы секции
сеялки-культиватора с подрезающим типом рабочих органов.

Преимуществом
сеялок прямого сева первого типа является то, что они имеют низкую
энергоемкость, могут работать в условиях наличия пожнивных остатков и
засоренности почвы, а также обеспечивают равномерную заделку семян по глубине
на полях с невыравненым рельефом.

В
процессе работы сеялки волнистый диск обеспечивает полосное крошение почвы, в
которую сошниковые системы заделывают семена, что в дальнейшем определяет способность
почвы обеспечить растения водой, воздухом, теплом и питательными веществами.

Плотность почвы является важной
характеристикой, от которой зависит развитие растений [4]. Оптимальная плотность в зависимости от ее типа и
вида выращиваемых сельскохозяйственных культур варьирует в больших пределах от
1,00 до 1,30 г/см³. С.А. Наумов, С.С. Рубин, Ш. Шилома объясняют это
тем, что величина оптимальной плотности зависит от степени обеспечения почвы
влагой и питательными веществами [5, 6, 7].

Повышение плотности почвы выше
оптимального предела оказывает угнетающее воздействие на растение. Уменьшается пористость почвы, а это
значит, что уменьшается количество капилляров и их размеры, влага оказывается в
очень мелких порах и становится труднодоступной для корневой системы растений.
Увеличение плотности почвы приводит к ухудшению воздухообмена между почвенным
воздухом и атмосферой, что способствует накоплению избыточного количества
углекислоты.

Повышенная
плотность почвы увеличивает сопротивляемость механическому проникновению в
почву корней растений, водопроницаемость уменьшается, что затрудняет
проникновение поверхностных стоков в глубину почвы и приводит к опасности
водной эрозии [8, 9, 10].

Уменьшение
плотности почвы за счет частого рыхления, тоже неблагоприятно сказывается на
развитии растений. При увеличении рыхлости почвы уменьшается объемная
концентрация влаги и питательных веществ, вследствие чего для усвоения воды и
элементов питания растениям нужно развивать более мощную корневую систему.
Корневая система растений встречает на своем пути большие пустоты, корешки
пытаются обойти их, это замедляет их рост в глубину. Корешок, двигаясь в
глубину, попадает в пустоту, начинает извиваться и долго не может проникнуть в
почву [11]. Семена, которые имеют плохой контакт с рыхлой почвой, теряют
полевую всхожесть, и появление всходов
задерживается.

Структурный
состав почвы во многом зависит от наличия и оптимального сочетания в ней
твердой, жидкой и газообразной фаз.
Опыты, проведенные учеными Э. Вольни, В.В. Квасниковым, М.М. Голдиным и другими
указывают на то, что более высокие урожаи сельскохозяйственных культур были
получены на хорошо оструктуренных почвах [12].

М.А.
Кочинский считает, что структура почвы в агрономическом отношении, считается
наиболее ценной, если она представлена механически прочными, водоустойчивыми и
пористыми комочками размером от 0,25 до 10 мм [12]. При этом
обеспечивается оптимальный водно-воздушный режим и другие, необходимые для
развития растений условия в течение всего периода их роста.

Воздействие на почву должно
способствовать получению как можно большего количества комочков агрономически
ценного размера и как можно меньше пыли (<0,25 мм) и глыб (>10 мм). Но
даже в лучшем случае, на хорошо структуризированных черноземных почвах при ее
обработке современными орудиями в условиях физической спелости, количество
таких частиц, как правило, не превышает 75%. Остальные частицы почвы содержатся
в ней в виде глыб и пыли, которые весьма существенно ухудшают свойства
пахотного слоя [13, 14] .

Анализ результатов исследований обработки почвы,
обеспечивающей создание наиболее благоприятных условий для прорастания семян и
развития растений позволил сформулировать следующие требования: оптимальная
плотность почвы в зоне развития корневой системы растений, для большинства культурных
растений, в том числе и для зерновых, находится в пределах 1,1–1,3 г/см³, а
комочков почвы с размером от 20 до 0,25 мм в обработанном слое должно быть выше
80%.

Одним
из наиболее перспективных направлений совершенствования технологий возделывания
зерновых культур является внедрение в них сеялок прямого сева, которые
позволяют свести до минимума расход средств на их выращивание и затрат энергии.

В
нынешних условиях ведения сельского хозяйства применение сеялок прямого сева
секции которых состоят из модулей для локального рыхления почвы и посева
наиболее приемлемо, но имеет ряд сложностей, а именно: Сеялки прямого сева
западного производства, отечественные их аналоги имеют высокую стоимость,
низкую приспособленность к различным природно-климатическим вариациям, меньшую
универсальность при использовании в различных технологиях выращивания.

Поэтому
возникла необходимость в разработке почвообрабатывающей приставки для
классических зерновых сеялок типа СЗ отличающихся низкой стоимостью, проведению
комплекса экспериментальных исследований по определению качества крошения почвы
волнистым диском в зоне заделки семян.

Материал и методы

Нами,
совместно с конструкторами объединения УПЭК, разработана и внедрена в
производство почвообрабатывающая приставка ППС-5,4 к зерновой сеялке типа
СЗ-5,4. Которая предназначена для подготовки семенного ложа под зерновые
культуры в минимальных технологиях их выращивания и ее разновидности технологии
«No till». Приставка позволяет расширить пределы применения серийных зерновых
сеялок типа СЗ-5,4 в качестве сеялки прямого сева.

Агрегатируется
приставка ППС-5,4 в составе с зерновой сеялкой СЗ-5,4-06 с колесными тракторами
класса тяги 3. Кроме того есть возможность переоборудования приставки для
агрегатирования ее с сеялкой СЗ-3,6 при ширине захвата 3,6 м.

Приставка
(рис. 3) состоит из прицепной рамы, которая в транспортном положении опирается
на два опорных колеса. К ней через нажимные пружины крепятся рабочие органы –
волнистые почвообрабатывающие диски.

Рис. 3. Почвообрабатывающая приставка
прямого сева ППС-5,4

Во
время движения приставки и присоединенной к ней зерновой сеялки волнистый диск
перемещаясь в почве, не только раздвигает уплотненную почву для облегчения
вхождения в нее сошника, но и обеспечивает ее крошение, обрабатывает узкую
полосу почвы, в которую дисковый сошник с опорно-прикатывающим катком заделывает
семена (рис. 4).

Рис. 4. Общий
вид посевного агрегата в составе ХТЗ-17221+ППС-5,4+СЗ-5,4

Применение
сеялки прямого сева, состоящей из зерновой сеялки и приставки с
почвообрабатывающими дисками, предусматривает посев зерновых культур как по
минимально обработанной почве, так и по необработанной.

Сеялка
прямого сева при посеве должна не только заделывать семена высеваемой культуры,
но и предварительно подготавливать почву для создания необходимых
физико-механических свойств, что обеспечит нормальное развитие растения.
Особенно это важно при высеве в почву без предварительной обработки. Предложенная
схема такой сеялки позволяет за один проход обработать полосу почвы
почвообрабатывающими волнистыми дисками и заделать в почву семена дисковыми
сошниками зерновой сеялки.

С
целью определения качества крошения провели экспериментальные исследования на поле
в естественных условиях. Опыты проводились на поле со стерневым фоном.
Оценочным показателем работы сеялки прямого сева служил коэффициент
структурности почвы.

Место
взятия проб тщательно очищали от надземной массы и растительных остатков. Затем отделяли
почвенные образцы от основного массива на ширину обработанной полосы и глубину
обработки. Пробы брали в пятикратной повторности для двух вариантов: до
обработки – контроль, и после обработки.

Полевые
испытания разработанной сеялки прямого посева проводились в сравнении с
традиционной технологией (контроль) выращивания ярового ячменя после
подсолнечника на зачетных делянках площадью 200 м² в
трехкратной повторности.

На
контроле весной участки обработали лущильником, плоскорезом КПЭ-3,8, паровым
культиватором КПС-4 и посев производился зерновой сеялкой СЗ-3,6.

В
опытном варианте обработка почвы и посев производились сеялкой прямого посева
за один проход агрегата. Скорость движения агрегата превышала 10 км/час, что
обеспечило необходимое качество крошения почвы волнистым диском в зоне заделки
семян.

Во
время посева определялся структурный состав почвы по вариантам в зоне заделки
семян.

Влажность
и плотность почвы определялись во время появления первых всходов, в период
начала колошения и перед уборкой.

Результаты и обсуждение

Структурный
состав почвы до обработки и после обработки почвообрабатывающими дисками
представлен в табл. 1.

Таблица 1. Структурный состав почвы

Во
время проведения исследований влажность почвы была 21,2%, глубина хода
волнистого диска для обработки почвы – 6 см.

Достоверность
результатов исследований составила 95%. Анализ данных табл. 1 показывает,
что количество ценных комочков (20–1 мм) в
поверхностном слое почвы, необходимых для сохранения влаги и увеличения эффективности процессов аэрации
в почве, составило 68,57%, а без обработки – 47,09%. Количество комков размером
больше 20 мм при обработке волнистыми дисками образовалось в 2,5 раза меньше в
сравнении с контрольным вариантом. Агрономически ценных фракций (10–0,25 мм), которые
обеспечивают полноценное развитие растений, в почве образовалось в результате
обработки 61,23%, что больше в 1,4 раза, чем без обработки. Анализ данных
таблицы по коэффициенту структурности показывает, что после прохода волнистого
диска структурный состав почвы улучшается приблизительно в 1,9 раза.

Качественные
показатели работы сеялки прямого сева приведены в табл. 2.

Таблица 2. Структурный состав почвы
в семенном ложе

Данные
таблицы показывают, что разница в вариантах опыта по коэффициенту структурности
почвы не превышает 12 %.

Анализ
данных динамики всходов ячменя (табл. 3) свидетельствует об улучшении всхожести
семян в варианте использования сеялки прямого сева.

Таблица 3. Динамика всходов семян
ячменя по вариантам

Показатели
плотности почвы в вариантах опыта в различные сроки по слоям приведены в табл.
4.

Таблица 4. Плотность почвы на
посевах ячменя по слоям в различные сроки его вегетационного развития

Анализ
данных таблицы 4 показывает, что плотность почвы на глубине до 20 см ниже примерно
на 10% по сравнению с контролем в варианте использования сеялки прямого сева.
На глубине более 20 см разница в плотности почвы между
вариантами не превышала 3%.

Улучшение
полевой всхожести ячменя и снижение плотности почвы в слое до 20 см в варианте
использования сеялки прямого сева (табл. 5) обеспечило повышение его
урожайности на 8%.

Таблица 5. Урожайность ячменя по
вариантам, ц/га

Влажность
почвы во время сева в среднем составляла 20,4%. Глубина заделки семян в почву в
обоих случаях устанавливалась равной 6см.

Выводы

Полевые
исследования по определению влияния использования сеялки прямого сева на
физико-механические свойства почвы и урожайности ярового ячменя показали, что в
сравнении с контролем её применение позволило сохранить качество крошения почвы
в зоне заделки семян, на глубине до 20 см, уменьшить плотность почвы на 10%,
улучшить полевую всхожесть семян и повысить урожайность примерно на 8%.

Кроме того, это
позволит применять существующую зерновую сеялку СЗ в хозяйстве не только на
подготовленной почве под посев, но и в условиях прямого сева.