Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований 10
1.1 Анализ влияния способов обработки почвы на накопление и сбережение влаги 10
1.2 Обзор существующих способов осенней мелкой обработки почвы для осенне-зимнего накопления и сбережения влаги 19
1.3 Обзор средств механизации для осенней мелкой обработки почвы 27
1.4 Анализ результатов исследований процесса накопления и сбережения влаги в почве 37
Выводы, цель и задачи исследований 42
2 Теоретическое обоснование технологического процесса мелкой мульчирующей обработки почвы, конструктивных и технологических параметров и энергетических показателей комбинированного орудия 44
2.1 Обоснование технологического процесса мелкой мульчирующей (влагосберегающей) обработки почвы 44
2.2 Разработка конструктивно-технологической схемы орудия для мелкой мульчирующей обработки почвы 46
2.3 Теоретическое исследование водного баланса почвы в осенний период 48
2.3.1 Теоретические исследования процессов испарения почвенной влаги 50
2.4 Обоснование конструктивных и технологических параметров и тягового сопротивления ножевых дисков 54
2.5 Обоснование конструктивных и технологических параметров и тягового сопротивления плоскорежущих рабочих органов
2.6 Обоснование конструктивных и технологических параметров и тягового сопротивления катка с штифтовыми элементами 68
Выводы 74
3 Программа и методика экспериментальных исследований 76
3.1 Программа экспериментальных исследований 76
3.2 Методика лабораторно-полевых исследований по определению физико-механических свойств почвы 77
3.2.1 Методика определения влажности почвы 77
3.2.2 Методика определения плотности почвы 79
3.2.3 Методика определения твердости почвы 80
3.3 Методика лабораторно-полевых исследований динамики изменения влажности почвы в осенне-весенний период на сравниваемых обработках 82
3.3.1 Методика определения потерь влаги на испарение пахотным горизонтом 83
3.3.2 Методика определения запаса влаги в метровом слое почвы 85
3.4 Методика проведения лабораторно-полевых исследований по определению рациональных конструктивных и технологичес ких параметров рабочих органов комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 87
3.4.1 Методика определения рациональных конструктивных и технологических параметров батарей ножевых дисков 89
3.4.2 Методика определения рациональных конструктивных и технологических параметров плоскорежущих лап с рыхлительными элементами лемехов 91
3.4.3 Методика определения рациональных конструктивных и технологических параметров катка с штифтовыми элементами
3.5 Методика проведения лабораторно-полевых исследований по определению качественных показателей работы экспериментального комбинированного орудия с новыми рабочими органами для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 94
3.5.1 Методика определения степени измельчения и заделки стерневых остатков 97
3.6 Методика проведения лабораторно-полевых исследований по определению энергетических показателей экспериментального комбинированного орудия с новыми рабочими органами для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 99
3.7 Методика проведения полевых исследований в производственных условиях по определению технико-экономических показателей комбинированного орудия с новыми рабочими органами для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 105
3.7.1 Устройство и технологический процесс работы комбинированного орудия для мелкой осенней мульчирующей обработки почвы 105
3.7.2 Методика определения эксплуатационно-технологических показателей и влияние результатов обработки на урожай 108
4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 110
4.1 Анализ результатов исследований по изменению запасов влаги в пахотном слое в зависимости от вида обработки и среднесуточной температуры воздуха 110
4.2 Результаты и анализ лабораторно-полевых исследований 111
4.2.1 Определение рациональных параметров рабочих органов комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 112
4.2.1.1 Экспериментальное обоснование рационального угла атаки ножевых дисков и расстояния между ними 112
4.2.1.2 Оптимизация конструктивных и технологических параметров ножевых дисков 115
4.2.1.3 Экспериментальное обоснование рациональных диапазонов углов крошения рыхлительных элементов лемехов плоскорежущих лап 118
4.2.1.4 Оптимизация конструктивных и технологических параметров плоскорежущих лап 119
4.2.1.5 Экспериментальное обоснование длины штифтов катка
4.2.2 Анализ результатов исследований по определению энергетических показателей комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 122
4.2.3 Анализ результатов исследований технологического процесса работы комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 125
4.3 Анализ результатов полевых исследований 130
Выводы 131
5 Экономическая эффективность применения комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 133
5.1 Расчет балансовой стоимости экспериментального комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы 134
5.2 Прямые эксплуатационные затраты 136
5.3 Годовой экономический эффект от внедрения комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы.. 140
Выводы 141
Общие выводы 142
Список используемой литературы
- Обзор средств механизации для осенней мелкой обработки почвы
- Теоретическое исследование водного баланса почвы в осенний период
- Методика лабораторно-полевых исследований динамики изменения влажности почвы в осенне-весенний период на сравниваемых обработках
- Анализ результатов исследований по определению энергетических показателей комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы
Введение к работе
Актуальность темы. В Российской Федерации около 30% посевных площадей приходится на засушливые степные регионы, в которых выращивается почти половина всего производимого в стране зерна, а также 40% подсолнечника и 80% проса. Почвенно-климатические условия этих регионов имеют большой потенциал для получения высоких урожаев различных сельскохозяйственных культур, но постоянный недостаток почвенной влаги сдерживает увеличение объемов их производства.
Однако дефицит почвенной влаги обусловлен не только недостатком атмосферных осадков, но и неэффективным их сбережением. Установлено, что потери влаги на непродуктивное испарение достигают 40.. .70% выпадающих осадков.
Существующие способы по накоплению и сбережению почвенной влаги свидетельствуют о возможности улучшения влагообеспеченности почв засушливых регионов путем разработки более эффективных влагосберегающих почвообрабатывающих агроприемов. Одним из них является осенняя мелкая мульчирующая обработка, при которой создается разрыхленный верхний слой почвы с замульчированной поверхностью. Верхний слой почвы при рыхлении и мульчировании способствует накоплению и сохранению влаги не только в верхних, но и в более глубоких почвенных горизонтах.
Однако применяемые орудия для мелкой мульчирующей обработки не в полной мере обеспечивают качественные показатели верхнего влагосбере-гающего мульчирующего слоя.
Поэтому разработка комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки, направленной на повышение влагосбережения почвы, является актуальной научной и практически значимой задачей.
Данная работа выполнялась по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» согласно научно-исследовательской теме «Разработка технологий и технических средств для разуплотнения почвы после проходов сельскохозяйственных тракторов и машин» (ГР № 01.200506416).
Цель исследований. Повышение влагосбережения почвы за счет совершенствования технологического процесса работы комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки.
Объект исследований. Технологический процесс осенней мелкой мульчирующей обработки почвы комбинированным орудием.
Предмет исследований. Запасы влаги в почве и интенсивность ее испарения, конструктивные и технологические параметры, а также энергетические показатели рабочих органов (батарей ножевых дисков, плоскорежущих лап с рыхлительными элементами лемехов, катка с штифтовыми элементами) комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы.
Методика исследований. Теоретические исследования комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки выполнялись с использованием основных положений, законов и методов классической механики, математики и статистики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторно-полевых и полевых условиях в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ, с общепринятыми и частными методиками, а также с использованием теории планирования многофакторных экспериментов. Обработка экспериментальных данных и расчеты выполнялись методами математической статистики на ПЭВМ с использованием стандартных программ «Mathcad» и «Microsoft Office Excel».
Научная новизна. Научную новизну работы составляют:
- технологический процесс осенней мелкой мульчирующей обработки почвы, конструктивно-технологическая схема и рабочие органы (батареи ножевых
дисков, плоскорежущие лапы с рыхлительными элементами лемехов, каток с штифтовыми элементами) комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы, обеспечивающих повышение влагосбережения;
- теоретическая зависимость по определению интенсивности испарения вла
ги от физических параметров, характеризующих состояние замульчированной
почвы, а также теоретические зависимости тягового сопротивления батарей ноже
вых дисков, плоскорежущих лап с рыхлительными элементами лемехов и катка с
штифтовыми элементами от их конструктивных и технологических параметров.
Новизна конструкции комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы и его рабочих органов подтверждена патентом РФ на изобретение № 2421961.
Практическая ценность работы. Результаты научных исследований послужили основой для разработки комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей (влагосберегающей) обработки почвы с обоснованием его рациональных конструктивных и технологических параметров. Использование предлагаемого экспериментального орудия при проведении осенней мелкой мульчирующей обработки позволило увеличить запасы продуктивной влаги на 12,8% (16,8 мм), что дало прибавку урожайности ярового ячменя «Волгарь» на 5,7% (1,2 ц/га) в сравнении с осенней мелкой плоскорезной обработкой орудием КПИР-3,6, а также снизило эксплуатационные затраты при проведении осенней обработки на 17,2%.
Реализация результатов исследований. Разработанное комбинированное орудие для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы прошло производственную проверку в ГНУ «Поволжский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства им. П.Н. Константинова» Самарской области и рекомендовано актом хозяйственной комиссии к использовании^ Экспериментальный образец орудия экспонировался на «XIII Поволжской агропромышленной выставке», проходившей 10-12 июня 2011 г. на базе ФГБУ «Поволжская зональная машиноиспытательная станция».
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2008...2011 гг.) и ФГБОУВПО «Пензенская ГСХА» (2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 статей опубликовано в изданиях, указанных в «Перечне ... ВАК», получен 1 патент на изобретение. Общий объем публикаций составляет 4,04 п.л., из них автору принадлежит 1,82 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 156 с, состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 140 наименований и приложения на 8 с, содержит И табл. и 73 рис. ^
Обзор средств механизации для осенней мелкой обработки почвы
Главной задачей земледелия в зонах с недостаточным количеством осадков является накопление, сбережение и рациональное использование почвенной влаги, так как в этих условиях именно влага является ограничивающим фактором для получения высоких и устойчивых урожаев возделываемых культур [26, 61].
Основная доля годовых осадков в таких зонах приходится на послеуборочный осенне-зимний период, при этом значительная их доля теряется на физическое испарение, снос ветром и поверхностный сток. Так, по результатам исследований Г.И Казакова из Самарской ГСХА, потери влаги на непродуктивное физическое испарение с поверхности поля в условиях Среднего Поволжья достигают 60...65% от суммы осадков [46].
Эффективность накопления и сбережения осадков осенне-зимнего периода зависит от способа послеуборочной обработки почвы [107]. Выбор того или иного способа осенней обработки в засушливых регионах будет определяться в первую очередь от его влияния на потенциальную способность почвы накапливать и сохранять влагу.
Результаты исследований Самарского НИИСХ показали, что усвоение почвой осенних осадков в степных районах при традиционной пахотной системе обработки составляет в ноябре - 70...80%, а к установившемуся зимнему периоду усваивается в среднем 45% от осенних осадков, остальная же влага испаряется [5, 46, 61].
Более эффективным агроприемом по влагосбережению является безотвальная обработка. Сравнивая по запасам влаги традиционную обработку (лущение + вспашка) с позднеосенним щелеванием в засушливых условиях Самарской области И.И. Попов выявил преимущество обработки с щелеванием. Запасы продуктивной влаги весной на начало вегетации в варианте с традиционной обработкой составили 139,8 мм, а на варианте с позднеосенним щелеванием - 150,5 мм [93]. Исследуя водный режим почвы зернопарового севооборота в условиях Приобья Алтая М.Л. Цветков из Алтайского госагроуниверситета сравнивал эффективность усвоения осенне-зимних осадков при различных видах обработки; глубокой плоскорезной на 0,25...0,27 м КПГ-250 (контроль), мелкой плоскорезной на 0,12...0,14 м КПШ-5 и поверхностной на 0,06...0,08м ЛДГ-10. Наиболее эффективной в плане накопления влаги показала себя мелкая плоскорезная обработка. Из выпавших за осенне-зимний период 210,8 мм осадков по мелкой плоскорезной обработке было усвоено 69,3 мм (32,9%), по глубокой плоскорезной - 64,7 мм (30,7%) и 46,4 мм (22,0%) - по поверхностной обработке [130].
Данные исследований Ф.Т. Моргуна и Н.К. Шикулы в степных регионах Украины показали, что применение мелкой плоскорезной обработки, в которой предусматривалось щелевание, обеспечивает лучшее влагосбережение по сравнению с другими видами обработок [46].
В.П. Васильев в своих исследованиях в Самарской области по применению плоскорезной обработки с оставлением растительных остатков по обработанной поверхности выявил, что при этом усвоение осенних осадков наблюдалось на 11,6...11,8% больше, чем на вспашке, как за счет сбережения ранее накопленной влаги, так и уменьшения испарения. При этом им отмечено большее, по сравнению с вспашкой накопление влаги в глубоких слоях почвенного горизонта, особенно в засушливый осенне-зимний период, что подтверждается увеличением запасов продуктивной влаги на 39,2 мм по плоскорезной обработке в слое 0,5... 1 м, что свидетельствует о преимуществе оставления растительных остатков на обработанной поверхности [12].
Исследования Самарского НИИСХ показали, что к весеннему периоду по плоскорезной обработке почвы в сравнении с основной отвальной обработкой в слое 0.. .0,5 м было накоплено влаги на 10 мм больше, в слое 0,5... 1 м - на 21 и в слое 1,0... 1,5 м - на 18 мм. Авторы данного исследования считают, что из-за меньшего промерзания верхнего слоя почвы при плоскорезной обработке, глубина промачивания почвы весной при оттаивании, достигает слоя 1,0... 1,5 м, а по вспашке - только 0,5... 1,0 м, а также позволит в более полном объеме обеспечить развитие культурных растений [61]. Исследования И.А. Чуданова в степной части Заволжья также показали, что осенняя обработка зяби плоскорезами обеспечивает большее накопление доступной влаги в почве по сравнению с вспашкой. Так, на полях обработанных плоскорезами, количество влаги в почве до наступления стабильных заморозков в метровом слое были на 11 мм больше по сравнению с полями после отвальной вспашки, что стало возможным благодаря оставшейся на поверхности поля стерни. При этом стерня снижает скорость ветра и температуру поверхности почвы, отчего существенно уменьшается испарение почвенной влаги. Весной эта разница увеличивалась до 20 мм за счет дополнительно накопленного стерней снега [133].
Профессор Ю.И. Чирков определил также достаточно высокую эффективность процесса мульчирования поверхности поля, где влажность сохранялась на 6. ..7% больше [132].
Результаты исследований И.А. Вольтере по применению мелкой обработки в умеренно влажной зоне Ставрополья после различных предшественников зафиксировали увеличение влажности в верхнем слое почвы по сравнению с глубокой отвальной обработкой почвы перед севом озимой пшеницы (таблица 1). При этом отмечается наибольшее количество агрономически ценных агрегатов по мелкой обработке - 55%, что на 8% больше, чем по вспашке и на 9,2%, чем по безотвальному рыхлению [21].
Теоретическое исследование водного баланса почвы в осенний период
Исследованиями Шадринской опытной станции Курганской области установлено, что для накопления влаги оптимальными размерами почвенных агрегатов являются почвенные отдельности, в которых преобладают агрегаты размером от 0,25 до 7... 10 мм [103].
Изучая водный режим обыкновенных черноземов, Г.Н. Высоцкий установил, что запас влаги в нижних горизонтах создается поздними осадками холодного периода, а степень увлажнения сильно зависит от рельефа и механического состава почв. На большую глубину промачиваются черноземы легкосуглинистые и супесчаные [25]. Важное значение выравненное микрорельефа почвы на накопление влаги и ее испарение также отмечено в работах Н.А. Качинского, Д.И. Бурова, В.А. Корчагина, Г.И. Казакова. Г.Н. Высоцкий первым классифицировал водный режим почв и выделил три основных типа: промывной (пермацидный), непромывной (импермацидный) и выпотной (эксудатнвный) [25].
А.А. Роде, развивая учение Г.Н. Высоцкого, выделил еще три типа водного режима: мерзлотный, периодически-промывной и десуктивно-выпотной [105].
Важнейшая роль в процессе накопления и сбережения влаги в почве принадлежит мульчирующему слою, что доказывают работы отечественных (С. Сдобников, Ю. Мощенко, С.Н. Тайчинов, В.А. Корчагин, Г.И. Казаков, А.П. Спирин, А.И. Бараев, Л.В. Орлова, И.А. Чуданов, О.В. Терентьев, А.П. Цирулев, В.П. Васильев, М.М. Ломакин, А.А. Бурбель) и зарубежных ученых (Е.Ф. Фолкнер, В. Шмидт, О. Нитцше, X. Кивелитц, С. Фиир, К. Кроветто). Усвоение осенних осадков при наличии мульчирующего слоя на 11,6... 11,8% больше, чем без него [12]. Ими также отмечено, что основная доля потерь почвенной влаги приходится на испарение.
В работах Л.В. Орловой, В.А. Корчагина, Н.И. Золотарева, Г.Н. Высоцкого, О.В. Тереньева, М.М. Ломакина изучено влияние мульчирующего слоя на глубину промерзания почвы и оттаивание ее весной, и тесную взаимосвязь с процессом впитывания талых вод. Исследованиями М.М. Ломакина в Курской области в течение 6 лет установлено, что мульчирующий слой из 2...2,5 т/га соломы вдвое снижает глубину промерзания, что позволило дополнительно уловить 17.. .30 мм влаги талых вод [53].
А.П. Спирин, А.Ю. Измайлов, О.А. Сизов, А.С. Извеков в своих трудах по минимальной мульчирующей обработке почвы обосновали оптимальные размеры измельченных растительных частиц для образования влагосберегающего мульчирующего слоя, которые должны составлять 50...100 мм [119].
Исследования немецких ученых из Саксонского ЕИИ сельского хозяйства (Германия) подтверждают эти экспериментальные данные по размерам измельченных растительных частиц [136, 139, 140].
В исследованиях по оптимизации глубины мульчирующего слоя почвы с заделкой измельченной соломы, выполненных В.В. Положай в Украинском НИИ земледелия, а также Ж.И. Родэйлом (США), Э. Бальфур и А. Говардом (Великобритания), И.Б. Россом (Канада), Р. Штайнером и Р. Шнайдером (Германия) было определено, что наиболее эффективным по снижению испарения влаги является слой почвы 0.. .0,05 м [53].
При этом Е.В. Шеин [134] отмечает, что основным фактором передвижения парообразной влаги является температура почвы.
Большой вклад в теорию испарения влаги с открытой поверхности и движения влаги в почвогрунтах занимались Ю.М. Денисов, А.И. Будаговский, W.R. Gardner, J. Cisler, H.L. Penman, М. Кутилек, А.Е. Шайдегер, Е.Р. Лейбензон, С.Ф. Аверьянов, Е.С. Чайльдс, В.Р. Гарднер, Б.В. Дерягин, Ю.М. Денисов, СВ. Нерпин, А.Ф. Чудновский, А.И. Голованов, Л.М. Рекс, Е.В. Веницианов и др [5]. Ю.М. Денисов на основе теории массообмена и фазовых переходов в пористой среде вывел теоретически обоснованную зависимость для оценки объема физического испарения влаги почвой (Е„): л]1-осх «„о =1 - «ю - относительный объем пор на поверхности почвы; а10 - объем скелета почвы; к - обобщенный параметр, имеющий размерность скорости; и - скорость ветра, м/с; Vs - параметр, имеющий размерность скорости и равный 2,5 м/с; кб - обобщенный почвенный параметр, равный 2,56; kf -коэффициент фильтрации, м/сут; ах - относительный объем почвенного скелета; ро - влагонасыщенностъ верхнего слоя почвы 0,05...0,1 м; (р -средняя влагонасыщенностъ активного слоя почвы 0,5... 1 м; рпНЗ - плотность насыщающего пара над водой при температуре 273К и нормальном давлении, кг/м3; рпВ - плотность пара в воздухе на высоте метеобудки, кг/м3; р3 - плотность воды, кг/м [137].
Для анализа изменения водного баланса почвы профессор Ю.И. Чирков [132] предлагает использовать уравнение, включающее только основные определяющие факторы, в состав которых входят параметры испарения; Wnpк-Wnpu=r-E,MM, (1.5) где Wnp к - запас влаги на конец периода, мм; WnpK - начальный запас влаги, мм; г - количество выпавших осадков, мм; Е - суммарное испарение, мм. Величину испаряемости влаги Г.Т. Селянинов предлагает использовать для определения увлажнения почвы в формуле гидротермического коэффициента: Yr ГТК = -Ю, (1.6) где ] г - сумма осадков за вегетационный период, мм; ]Гґ - сумма активных температур за вегетационный период, С [132]. Для прогнозирования влажности почвы к периоду проведения весенне-полевых работ за 1...1,5 месяца Л. А. Разумова [17] предлагает применительно к различным природно-климатическим условиям математические выражения: ДГ = 0,115т + 0,56- -20,лш, (1.7) где г — количество осадков, выпавших в осенне-зимний период, мм; d - дефицит продуктивной влаги осенью, мм. предлагаемая зависимость позволяет прогнозировать изменение запасов продуктивной влаги от наступления устойчивых заморозков до начала весенне-полевых работ применительно к различным агрофонам.
Проведенный анализ исследований по механизму накопления, испарения и сбережения почвенной влаги, а также экспериментальные данные по его применению позволяют предположить, что использование осенней мелкой мульчирующей обработки почвы с применением соответствующих технических средств позволит не только накопить и сохранить влагу, но и улучшить структуру почву и повысить ее плодородие. Следовательно, необходимо проведение дальнейших исследований по оптимизации качественных параметров осенней мелкой мульчирующей обработки почвы с целью улучшения ее водных свойств и разработке соответствующих технических средств.
Методика лабораторно-полевых исследований динамики изменения влажности почвы в осенне-весенний период на сравниваемых обработках
Для подтверждения результатов теоретических исследований, исходя из рекомендаций [1, 14], была разработана программа экспериментальных исследований, которая включает: - лабораторно-полевые исследования по определению физико механических свойств почвы после уборки урожая в период осенней обработки почвы при проведении экспериментов и весной перед закрытием влаги; - лабораторно-полевые исследования динамики изменения влажности почвы в осенне-весенний период на сравниваемых обработках: дисковании, мелкой плоскорезной обработке, мелкой мульчирующей обработке и без обработки (контроль); - лабораторно-полевые исследования по определению рациональных конструктивных и технологических параметров рабочих органов комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы; - лабораторно-полевые исследования по определению качественных показателей работы экспериментального комбинированного орудия с новыми рабочими органами для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы; - лабораторно-полевые исследования по определению энергетических показателей работы экспериментального комбинированного орудия с новыми рабочими органами для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы; - полевые исследования в производственных условиях по определению технико-экономических показателей экспериментального комбинированного орудия с новыми рабочими органами для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы. Экспериментальные исследования проводятся с использованием стандартных и оригинальных методик в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ, а также с использованием теории планирования многофакторных экспериментов. Обработка экспериментальных данных и расчеты выполнялись методами математической статистики на ПЭВМ с использованием стандартных программ «Mathcad» и «Microsoft Office Excel».
При проведении лабораторно-полевых исследований по определению физико-механических свойств почвы в качестве измеряемых показателей, характеризующих состояние почвы, использовались: - тип почвы и название по механическому составу; - влажность почвы; - плотность почвы; - твердость почвы; - высота стерневых остатков. Тип почвы и ее название по механическому составу определялся по почвенной карте хозяйства. Высота стерневых остатков измерялась линейкой.
Важнейшим показателем, определяющим состояние почвы, является ее влажность. Влажность определялась в соответствии с методиками [16, 31, 51, 78, 134] термостатно-весовым методом перед проведением экспериментальных исследований, а также в начале каждого месяца до наступления устойчивых заморозков для определения динамики запасов влаги в метровом слое почвы и весной перед закрытием влаги.
Отбор проб (рисунки 3.1 и 3.2) проводился по диагонали каждого опытного участка в пяти местах с глубины 0..Д05; 0,05... 0,10 и 0,10... 0,20 м перед проведением обработки и послойно через 0,1 м до глубины 1 м после обработки для определения запасов влаги в метровом слое почвы.
Отбор образцов почвы для определения ее влажности при наступлении устойчивых заморозков Отобранные навески массой 30...40 г помещались в алюминиевые стаканчики (бюксы) с герметичной крышкой, нумеровались и взвешивались с точностью до 0,01 г. Затем отобранные образцы помещались в сушильный шкаф и высушивались при температуре Ю5...110С в течении 6 часов. После того как образцы охлаждались, проводилось их повторное взвешивание и по разнице в массе до сушки и после сушки определялось количество испарившейся воды. Влажность почвы вычисляли по формуле: W = [(g-g )/g }.100,%, (3.1) где g - масса образца влажной почвы, г; g - масса образца сухой почвы, г. Для определения влажности почвы использовалось следующее оборудование: бюксы, бур пробоотборник, линейка, сушильный шкаф СШ-3,весыСМ-612. Полученные данные обрабатывались, вносились в журнал наблюдений, по которым строились графики изменения влажности почвы в зависимости от вида ее обработки.
Одним из основных показателей, влияющих на эффективиость процесса крошения почвы экспериментальными рабочими органами, является ее плотность.
Определение плотности почвы проводилось буровым методом (метод врезания кольца) в пятикратной повторности по диагонали участка (одновременно с определением влажности) по всей глубине обрабатываемого слоя почвы [27, 30, 1 24].
Образцы почвы герметично упаковывались в полиэтиленовые мешки, взвешивались и результаты обрабатывались по стандартной методике [29, 134, 135].
Для определения плотности почвы использовалось следующее оборудование (рисунок 3.3): бур Н.А. Качинского (почвенный цилиндр), молоток, линейка, подрезная лопатка, лопата, полиэтиленовые мешки, весы GM-612.
Анализ результатов исследований по определению энергетических показателей комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы
Для решения задачи повышения влагосбережения почвой при осенней мелкой мульчирующей обработке необходимо изучить эффективность ее влияния на сбережение запасов влаги.
Исследования проводились в полевых условиях в весенний период во время наибольшей интенсивности процесса непродуктивного испарения. Участок поля при проведении исследований характеризовался следующими условиями: тип почвы - чернозем обыкновенный среднесуглинистый, микрорельеф слабовыраженный.
В исследовании рассмотрены следующие, наиболее распространенные виды мелкой обработки почвы: дискование и мелкая плоскорезная обработка с мульчированием поверхности. В качестве контрольного фона выбран агрофон -без обработки. Дискование проведено дисковым мульчировщиком ДМ-5,2 на глубину 0,12 м, мелкая плоскорезная обработка с мульчированием поверхности -культиватором-плоскорезом игольчато-роторным КПИР-3,6 на глубину 0,16 м.
Анализируя результаты исследований (рисунок 4.1), можно определить, что наблюдается существенное преимущество безотвальной мульчирующей обработки почвы в сбережении почвенной влаги. За девятидневный период наблюдений почва, имеющая агрофон с мульчирующей обработкой, уменьшила общие запасы почвенной влаги на 15,6 мм, а почва, имеющая агрофон после дискования и на контроле (без обработки) уменьшила запасы общей почвенной влаги соответственно на 24,5 мм и 19,8 мм. Среднесуточная температура приземного воздуха колебалась в пределах 5,9...18,5С.
Преимущество по общим запасам влаги почвы, имеющей агрофон с мелкой плоскорезной мульчирующей обработкой, можно объяснить наличием мульчирующего поверхностного слоя, обладающего более низкой теплопроводностью, обеспечивающего снижение непродуктивных потерь влаги на испарение. Поэтому осенняя мелкая обработка почвы является перспективным агроприемом, эффективность которого зависит от качества создания верхнего мульчирующего слоя почвы, обладающего необходимыми теплоизоляционными и влагоудерживающими свойствами.
Лабораторно-полевые исследования проводились с целью определения рациональных конструктивных и технологических параметров рабочих органов экспериментального комбинированного орудия для осенней мелкой мульчирующей обработки почвы и обоснования их тягового сопротивления [115]. При проведении исследований выбран участок поля, имеющий типичные для региона Среднего Поволжья характеристики: тип почвы 111 чернозем обыкновенный среднесуглинистый, микрорельеф слабовыраженный. Исследования проводились в полевых условиях после уборки урожая. Уборка проводилась прямым комбайнированием комбайнами ДОН-1500Б с измельчением соломистой части и разбрасыванием по полю всей незерновой части урожая. Высота стерни озимой пшеницы составила в среднем 0,12 м, средняя твердость почвы в слое 0...0,20 м составила 1,7 МПа при влажности 16,2%.
По программе экспериментальных исследований были проведены исследования конструктивных и технологических параметров батарей ножевых дисков, плоскорежущих лап, катка с штифтовыми элементами с целью определения их рациональных параметров для качественного выполнения технологического процесса осенней мелкой мульчирующей обработки почвы экспериментальным комбинированным орудием с минимальными энергозатратами.
Исходя из почвенно-климатических условий и базируясь на данных [54, 108, 131] для обработки обыкновенного среднесуглинистого чернозема, были выбраны возможные диапазоны значений параметров рабочих органов экспериментального комбинированного орудия: угол атаки батарей ножевых дисков от 10 до 30 градусов и расстояние между дисками в батарее от 0,12 до о, 18 м. При этом на каждом ножевом диске было установлено по 8 ножей.
Так как на качество крошения почвы в большей степени влияет угол атаки батарей ножевых дисков, то для определения рационального диапазона значений угла атаки были проведены предварительные эксперименты [110] и по полученным экспериментальным данным построена зависимость изменения качества крошения почвы ножевыми дисками от их угла атаки (рисунок 4.2). 85 Зависимость качества крошения почвы ножевыми дисками от угла атаки
Из полученной зависимости видно, что с увеличением угла атаки до значения в 20 крошение почвы увеличивается наиболее интенсивно, а затем стабилизируется на уровне значений 83...84% и при угле атаке больше 25 начинает также интенсивно снижаться.
Таким образом, рациональным диапазоном значений угла атаки батарей ножевых дисков, обеспечивающих лучшее качество крошения почвы являются углы атаки батарей ножевых дисков от 20 до 25.
После определения рационального диапазона значений угла атаки батарей ножевых дисков было оценено влияние расстояния между дисками в батарее на качество крошения почвы. С выбранным диапазоном значений, находящимся в определенном ранее рациональном диапазоне значений угла атаки батарей ножевых дисков, расстоянием между дисками от 0,12 до 0,18 м и угле атаки 23, были проведены эксперименты.
