Содержание к диссертации
Введение
Состояние изученности проблемы и задачи исследований
Агроэкологический подход к проблемам растениеводства 14
Современное состояние свекловодства в Центральном Черноземье 22
Сущность машинных технологий в растениеводстве и современные методы формирования 33
Концепция перевода свекловодства России на устойчивое развитие и роль механизации 46
CLASS Условия, программа и методика проведения исследовани CLASS й
Условия проведения исследований 68
Программа исследований 79
Методика исследований 80
Теоретические исследования машинных технологий и технических средств производства сахарной свеклы на агроэкологической основе
Анализ агроэкологически безопасной системы возделывания сахарной свеклы 91
Анализ уплотнения почвы энергетическими средствами и обоснование путей его снижения 117
Анализ работы машинно-тракторных агрегатов на склонах и пути улучшения качества их работы на горизонтальной и склоновой поверхности 146
Агроэкологическое обоснование приемов и средств механизации возделывания сахарной свеклы 156
Результаты экспериментальных исследований
Уплотнение почвы энергетическими средствами 174
Работа машинно-тракторных агрегатов на склонах 184
Способы основной обработки почвы 195
Точный высев семян сахарной свеклы 207
Междурядная обработка почвы 212
Уборка урожая 252
Оптимальная, экологически безопасная технология возделывания сахарной свеклы в ЦЧР 269
Экономическая и экологическая эффективность результатов исследований
Общие выводы 282
Предложения производству 287
Литература 288
Приложения 320
- Агроэкологический подход к проблемам растениеводства
- Условия проведения исследований
- Анализ агроэкологически безопасной системы возделывания сахарной свеклы
- Уплотнение почвы энергетическими средствами
Введение к работе
Сахарная свекла в Российской Федерации является единственной сельскохозяйственной культурой, из которой промышленным способом вырабатывают сахар. Поэтому уровень производства сахарной свеклы прямо влияет на продовольственную безопасность страны, а сахар из свеклы имеет стратегическое значение, такое же, как нефть, газ, уголь, лес, зерно пшеницы и др. За последние 10 лет вследствие проводимых в сельском хозяйстве реформ и инициированного ими экономического кризиса производство сахарной свеклы и сахара из нее резко сократилось. Вследствие диспаритета цен на продукцию свеклосеющих хозяйств и приобретаемые ими средства производства хозяйства лишились оборотных средств, в результате обновление техники проводится в очень малых объемах, обеспечение топливно-смазочными материалами затруднено, ухудшилось качество высеваемых семян, внесение удобрений под сахарную свеклу сократилось примерно в 5-10 раз, гербициды почти не применяются.
Не обошли кризисные явления и Центрально-Черноземный регион. В сравнении с предкризисным периодом 1986-1990 гг. в 1996-2000 гг. площадь посева сахарной свеклы снизилась во всех областях ЦЧР и в целом по региону сократилась в 2 раза. Существенно снизилась и урожайность корнеплодов - с 23,6 до 15,1 т/га, или в 1,6 раза. За счет более поздних сроков уборки и сокращения периода переработки корнеплодов их сахаристость при приемке несколько возросла - с 16,2 до 17,1%, что повысило и выход сахара при переработке. И тем не менее, из-за спада валового производства сахарной свеклы выработка из нее сахара-песка уменьшилась в 2 раза. В 2000 г. доля свекловичного сахара в общем объеме его производства по ЦЧР упала до 33% и продолжает сокращаться, что серьезно угрожает продовольственной безопасности страны. И дело
не только в том, что Россия попадает в зависимость от импорта тростникового сахара-сырца, но и в том, что свекловичный сахар нельзя заменить тростниковым в ряде отраслей промышленности: кондитерской, пивоваренной, винодельческой и др.
В последние 3 года производство сахарной свеклы в ЦЧР вновь стало рентабельным даже при низкой урожайности, получаемой основной частью свеклосеющих хозяйств. Однако груз накопленных проблем -долги, отсутствие оборотных средств, кредитов и инвестиций - не позволяет хозяйствам поднять производство. Мировой опыт показывает, что единственным выходом из подобной ситуации является применение новых ресурсосберегающих технологий, позволяющих повысить продуктивность культуры без больших дополнительных затрат. Нынешний уровень технологии производства сахарной свеклы в ЦЧР грозит серьезными негативными экологическими последствиями.
В мировом научном сообществе вследствие всемирного экологического кризиса коренным образом изменилась система взглядов на дальнейшее ведение растениеводства и земледелия. Парадокс заключается в том, что и интенсивное растениеводство, практикуемое в странах Западной Европы, США и других, и экстенсивное растениеводство, наблюдаемое в охваченной кризисом России, приводят к одинаково отрицательным последствиям: деградации почв, загрязнению и разрушению природной среды, загрязнению вод и т.д. Выход, закрепленный в решениях ряда всемирных конференций, был найден в переходе от интенсификации к устойчивому, экологически оправданному растениеводству и земледелию, основными фундаментальными основами которых должны стать биологизация, адаптация и низкозатратность. Новое растениеводство, решая проблему постепенного повышения продуктивности, одновременно должно стать экологически безопасным и экономически оправданным. Иными словами, будущее растениеводство должно не пре-
одолевать природу, как это было раньше, а занять в ней свою экологическую нишу, стать органичной частью природы, постоянно устраняя отрицательные последствия своего влияния.
В диссертационной работе решена важная народнохозяйственная проблема - разработана экологически обоснованная машинная технология производства сахарной свеклы с применением усовершенствованных технических средств, позволяющих возделывать её с почвозащитным эффектом на эрозионно-опасных территориях.
Для решения этой проблемы нами была выдвинута гипотеза: повышение урожайности сахарной свеклы на эрозионно-опасных территориях с обеспечением экологической безопасности возможно за счет совершенствования технологии и технических средств производства культуры. Она может быть реализована путём создания и решения математической модели экологически безопасной машинной технологии возделывания сахарной свеклы, основанной на соблюдении уровня техногенных нагрузок, обеспечивающего самовосстановление оптимального состояния почвы для производства сахарной свеклы и других культур.
Актуальность проблемы. Сахарная свекла является одной из основных сельскохозяйственных культур в РФ, уровень производства которой определяет продовольственную безопасность страны. Продукты, производимые из сахарной свеклы, используются в питании населения, пищевой промышленности, животноводстве, фармацевтической промышленности, производстве спирта и т.д.
В настоящее время свекловодство России находится в состоянии глубокого кризиса. Это стало результатом недостаточного обновления техники, высоких цен на горюче-смазочные материалы, резкого сокращения основных технологических материалов, ухудшения их качества.
Особенно ощутимо сказался кризис на оснащении свеклохозяйств специальными средствами механизации, производство большей части которых оказалось за рубежом.
Устаревшие энергетические средства с экологически опасными движителями уплотняют почву на глубину, превышающую возможности разуплотняющего воздействия почвооборабатывающих орудий. Сами эти орудия, производя технологически оправданную обработку почвы, одновременно излишне разрушают ее структуру, которая не всегда успевает самовосстановиться к сезону выращивания сахарной свеклы. Применяемая техника плохо приспособлена для работы на склонах более 3, на которых размещена значительная часть свекловичных плантаций, что приводит к водной эрозии почвы и утрате ею потенциального плодородия. Низкие нормы внесения удобрений не компенсируют вынос основных питательных веществ урожаем сахарной свеклы, вследствие чего почвы постепенно деградируют из-за минерализации гумуса и снижения его содержания в почве.
Научными учреждениями России разработана «Национальная научная концепция устойчивого развития свекловодства в России до 2030 года», в которой отражены основные направления перевода свекловодства на экологически безопасное, устойчивое развитие. Однако в этой концепции почти не затронуты две проблемы, особенно актуальные для Центрального Черноземья: переуплотнение почвы колесами тракторов и самоходных машин и ухудшение работы свекловичной техники на склонах крутизной более 3, на которых здесь размещается значительная часть посевов сахарной свеклы.
Данная работа актуальна, имеет теоретическую и практическую значимость, так как посвящена формированию экологически обоснованных машинных технологий возделывания сахарной свеклы, снижению уплотняющего воздействия колесных энергетических средств на почву,
минимизации техногенной нагрузки на нее при основной и междурядной обработках, улучшению качества работы свекловичной техники на горизонтальной поверхности и на склонах, совершенствованию конструкции рабочих органов.
Диссертационная работа выполнена в 1986-2001 гг. в соответствии с планом НИР Курской ГСХА по теме «Разработать интенсивные технологии выращивания сельскохозяйственных культур в севообороте» (номер госрегистрации 01.9.7000668) и хоздоговорной тематикой (1985-1992 гг.) по внедрению прогрессивных технологий в Курской области. Результаты исследований включены в Систему земледелия Курской области, Комплексную программу развития производства и переработки сахарной свеклы в Курской области, Комплексную программу социально-экономического развития Курской области на 2002-2005 гг.
Объекты исследования. Объектами исследования были машинная технология возделывания сахарной свеклы, колесные тракторы и самоходные корнеуборочные машины, техника для основной обработки почвы, свекловичные сеялки и культиваторы.
Предмет исследования. Предметом исследования являлись методы формирования экологически обоснованной машинной технологии возделывания сахарной свеклы, уплотнение почвы колесами тракторов и самоходных машин, работа свекловичной техники на склонах, системы основной и междурядной обработки почвы в основных типах севооборотов с сахарной свеклой, приемы и средства повышения качества работы техники на горизонтальной поверхности и на склонах.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка экологически обоснованной технологии и совершенствование технических средств производства сахарной свеклы, обеспечивающих сохранение и повышение продуктивности культуры при снижении антропогенной нагрузки на почву, окружающую среду и сокращение затрат
энергии и материальных ресурсов при возделывании на эрозионно-опасных землях.
Для достижения этой цели потребовалось решить следующие задачи:
Разработать основные положения теории экологически оправданной машинной технологии возделывания сахарной свеклы и проверить ее в полевых условиях.
На основе теории взаимодействия движителя с почвой обосновать рациональную колесную формулу, массу и ее распределение по осям пропашного свекловичного трактора с целью снижения его уплотняющего воздействия на почву.
Изучить приемы и средства основной обработки почвы с целью снижения воздействия на почву и затрат энергии без сокращения продуктивности сахарной свеклы.
Исследовать теоретически и экспериментально работу агрегатов на склонах различной крутизны для выбора приемов стабилизации их прямолинейного движения и улучшения качества работы.
Обосновать и исследовать технические возможности повышения точности высева семян сахарной свеклы высевающими аппаратами сеялки ССТ- 12В(Б).
6. Изучить и обосновать конструктивные усовершенствования
культиватора УСМК-5,4В для работы на склонах и горизонтальной по
верхности, кратность междурядных обработок и окучивания рядков при
сохранении и повышении продуктивности сахарной свеклы.
7. Разработать и исследовать конструкции рабочих органов, прие
мы и средства стабилизации прямолинейного движения корнеуборочных
машин с целью повышения качества их работы на горизонтальной по
верхности и склонах.
Научная новизна. Впервые в условиях Центрального Черноземья на основе системного подхода разработана экологически оправданная и экономически обоснованная машинная технология возделывания сахарной свеклы, обеспечивающая сохранение и повышение её продуктивности без существенных экономических затрат.
Составлена математическая модель, которая может служить критерием выбора технологических и агротехнических решений для практической реализации предлагаемых экологически оправданных технологий.
Проведен теоретико-экспериментальный анализ процесса уплотнения почвы колесами энергетических средств, что позволило обосновать рациональную колесную формулу, вес и распределение нагрузки по осям пропашного трактора для использования в свекловодстве.
Разработана информационная модель работы машинно-тракторного агрегата на склонах, послужившая основой проведения экспериментальных исследований.
Предложен показатель, характеризующий интенсивность основной обработки почвы в севообороте, который может быть использован для выбора агроэкологически обоснованной системы основной обработки почвы под сахарную свеклу.
Обоснована техническая и экологическая возможность и необходимость снижения кратности междурядных обработок и окучивания.
Разработаны конструкции выкапывающих рабочих органов свеклоуборочных машин.
Научная новизна работы подтверждена патентами № 2117422, 2176866,2176867 и 2185717.
Научные положения, выносимые на защиту. В результате исследований разработаны и выносятся на защиту следующие основные положения:
Разработанная нами машинная технология возделывания сахарной свеклы представляет собой агроэкологически обоснованную совокупность взаимосвязанных приемов и средств, которые позволяют сократить затраты ресурсов на 26,5% и повысить эффективность технологии в 1,8 раза.
Тракторы колесной формулы 4x4 с одинаковыми размерами колес и нагрузкой на заднюю ось в 2-2,5 раза больше, чем на переднюю (при номинальном тяговом усилии) в наибольшей степени соответствуют агроэкологическим требованиям по уплотняющему воздействию на почву.
Различные приемы и средства основной обработки почвы на высоком агротехническом фоне не оказывают существенного влияния на урожайность сахарной свеклы. Поэтому выбор этих приемов и средств определяется типом засоренности поля, а также их влиянием на затраты труда и средств при возделывании сахарной свеклы.
Для обеспечения прямолинейности движения и хорошего качества работы машинно-тракторных агрегатов на склонах крутизною более 3 на свекловичные сеялки, культиваторы для междурядной обработки и корнеуборочные машины нужно устанавливать стабилизирующие устройства, исключающие сползание.
В зональную традиционную технологию возделывания сахарной свеклы необходимо внести изменения:
посев производить сеялками, оборудованными приспособлениями для улучшения заполнения ячеек семенами;
междурядные обработки выполнять культиваторами, дооснащен-ными игольчатыми дисками с изменяемым углом атаки;
сократить число междурядных обработок почвы до одной-двух, совмещая их с окучиванием свеклы.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная нами и апробированная в производстве экологически обоснованная технология возделывания сахарной свеклы обеспечивает сокращение затрат ресурсов на 26,5%.
Подготовленные научно-методические работы, часть из которых утверждена на федеральном и областном уровнях, рекомендованы и используются в учебном процессе вузов.
Результаты исследований включены в Систему земледелия Курской области, Комплексную программу развития производства и переработки сахарной свеклы в Курской области, Комплексную программу социально-экономического развития Курской области на 2002-2005 гг. и внедрены в хозяйствах Курской и Белгородской областей (на площади 650 га).
Апробация работы. Результаты исследований доложены на научных конференциях в КГСХА (1997-2002 гг.); на II международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы сельскохозяйственного производства и пути их решения» (Белгород, 1998); IV международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород, 2000); VI международной научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород, 2002).
Личный вклад автора. Лично автором разработаны гипотеза, программа и методика исследований, проведены полевые эксперименты, предложены конструктивные изменения технических средств. Всё это позволило решить важную народно-хозяйственную проблему: разработать экологически обоснованную машинную технологию производства сахарной свеклы и усовершенствовать технические средства, позволяю-
щие возделывать её с почвозащитным эффектом на эрозионно-опасных территориях.
Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 44 научные работы, в том числе монография, учебное пособие с грифом УМО, учебно-методические работы, получено 4 патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Она изложена на 319 страницах компьютерного текста, включает 5J_ таблицу и 49 рисунков. Список литературы включает 409 наименований.
Агроэкологический подход к проблемам растениеводства
За последние 10 лет во всем мире, как в развитых, так и в развивающихся странах, отмечается усиливающаяся озабоченность в связи со все возрастающим влиянием сельскохозяйственной деятельности на жизнь и здоровье людей [103, 257]. Начиная с середины XX века изменения, вызванные интенсификацией сельского хозяйства, оказались наиболее сильнодействующими, быстрыми и глобальными. В 50-80-х годах XX века человечество совершило скачок в развитии производства сырья для выработки продуктов питания в 2 раза и более, но к 70-80-м годам достигло вершины техногенной интенсификации [136, 274].
Современное земледелие и растениеводство находится на стыке глобальных проблем человечества - продовольственной, энергетической и экологической, решение которых взаимно противоречиво [89, 98]. Научный прогноз развития биосферы Земли говорит о том, что начало XXI века будет сопровождаться глобальными трансформациями, которые охватят все сферы жизни человечества с высокой степенью неопределенности последствий [270].
Успехи интенсификации растениеводства, или «зеленой революции», основанные на научных достижениях в механизации, селекции, химизации и других областях [257, 293], породили сначала эйфорию, но затем - проблемы, вызвавшие большую обеспокоенность в развитых странах. Эта обеспокоенность выразилась в представлениях об «органическом» («биологическом», «экологическом», «альтернативном» и др.) земледелии.
Научная база альтернативного земледелия и растениеводства строится на отказе от методов техногенной интенсификации, в первую очередь - от применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений [257, 258, 293]. Несмотря на экологическую направленность и внешнюю привлекательность концепции альтернативного земледелия, оно не нашло существенного применения в сельскохозяйственной практике и в настоящее время используется на площади около 1% с целью получения «экологически чистых» продуктов, стоимость которых значительно выше, чем обычных. Оказалось, что альтернативные технологии по продуктивности не могут заменить интенсивные [170]. Поэтому нашел поддержку и всеобщее признание третий путь, третий выбор (в отличие от интенсификации и альтернативного пути) - переход к устойчивому развитию на ближайшую и отдаленную перспективу. Основные положения нового направления сформулированы в меморандуме 1600 ученых с мировым именем «Ученые предупреждают человечество», принятом в ноябре 1992 г. второй международной конференцией ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро [274, 353].
В России переход к устойчивому развитию официально признан государственной проблемой, в 1995 г. Указом Президента утверждена соответствующая концепция. Отсутствует лишь политика устойчивого развития [51], которая должна принять законодательные и организационные формы.
Наблюдаемые неблагоприятные изменения природной среды приобрели общепланетный характер и продолжаются с большей по сравнению с прошлым скоростью [354]. Это исчерпание невозобнови-мых природных ресурсов, загрязнение биосферы, опустынивание аг-роландшафтов, ухудшение качества вод, деградация сельскохозяйственных угодий и т.д. Из общего объема пашни около 16% имеют почвы с сильной степенью деградации и еще 46% - с умеренной степенью деградации. В России из-за необеспеченности собственным продовольствием экологические проблемы остаются пока на втором плане, но они те же, что и в остальном мире.
По имеющимся научным данным [103] при существующих технологиях теряются, загрязняя природную среду и увеличивая ресурсные затраты на каждую дополнительную пищевую калорию, 20-60% азотных удобрений, 70-80% фосфорных, свыше 50% калийных удобрений, а потенциальная продуктивность сортов и гибридов сельскохозяйственных растений реализуется лишь на 20-30%. Водная и ветровая эрозия почв, однотипные технологии возделывания культур и интенсивные агроэкосистемы стали самыми мощными факторами деструктивного ландшафтогенеза во второй половине XX века.
В растениеводстве увеличивается ущерб от вредителей и болезней. Растет их устойчивость к пестицидам, что требует постоянного обновления ассортимента ядохимикатов. Помимо негативного влияния на окружающую среду и безопасность продуктов питания, пестициды нарушают нормальное прохождение процессов обмена в самих растениях, снижая их продуктивность. В России в условиях удорожания энергоресурсов и перехода к рыночным отношениям подлежат пересмотру все неадаптированные к рыночной экономике системы ведения сельского хозяйства, системы земледелия, обработки почвы, защиты растений, технологии и приемы возделывания сельскохозяйственных культур в направлении экономии ресурсов, рентабельности и экологической безопасности. Эти проблемы должны стать приоритетными в большинстве исследований по растениеводству в России на предстоящий период [274].
В нашей стране проблемой устойчивого развития до сих пор занимались в основном экологи [352]. Ими разработана «Концепция перехода РФ к устойчивому развитию» [353, 355].
По мнению академика В.И. Кирюшина [136], переход земледелия и растениеводства к устойчивому развитию должен основываться на общеэкологических законах и правилах: законе необходимого разнообразия, правиле меры преобразования природной среды и правиле цепных реакций при жестком управлении природой. Исходя из этого интенсивные системы земледелия должны трансформироваться в «интегральное земледелие», суть которого - в биологизации техногенных процессов до экологически безопасного уровня.
Для России, по идеям В.В. Докучаева, основным средством такой трансформации станет создание экологически сбалансированных устойчивых агроландшафтов для безопасного ведения земледелия и точных агротехнологий для различных видов агроландшафтов.
Условия проведения исследований
Курская область относится к Средне-Русской провинции лесостепной зоны, для которой характерны два типа почв: черноземы и серые лесные почвы [4, 83, 172, 250]. Почвы почти повсеместно сформировались на лессовидных отложениях, суглинистых по механическому составу и богатых основными элементами питания. Физические и химические свойства лессовидных пород способствуют формированию на них плодородных почв. На пашне черноземы занимают 1 460 тыс. га, или 74%, серые лесные почвы — 482 тыс. га, или 24,5%. По механическому составу преобладают тяжелосуглинистые и глинистые почвы — 64,6%), суглинистые — 25,8%о, легкосуглинистые и супесчаные— 8,6%. Количество гумуса в пахотном слое в зависимости от степени эродированности колеблется в широких пределах: на черноземах — от 6,7 до 2,9%, а на серых лесных почвах — от 3,1 до 1,1%.
Рельеф территории определяет структуру сельскохозяйственных угодий области. Земельный фонд Курской области составляет 2,99 млн. га [348, 389]. Из них более 82% используется под сельскохозяйственные угодья, свыше 9% занято лесами, остальная площадь остается под болотами и прочими угодьями. Ведущее место в структуре сельхозугодий занимает пашня, составляющая 1,55 млн. га, или свыше 62%) площади сельскохозяйственных угодий. Наименьшие площади пашни имеют центральные районы области, где она составляет 55-65%) от площади сельхозугодий (рис. 2.1.).
По комплексу природных факторов (рельеф, климат, почвенный покров) на территории области выделено два агропочвенных района (рис. 2.4.); 1-й район — с преобладанием серых лесных почв и черноземов оподзоленных; 2-й район — с преобладанием черноземов. Второй агропочвенный район занимает большую часть территории области. В нем черноземы всех подтипов занимают 74%) территории. В результате длительного земледельческого использования пахотный слой черноземных почв приобрел некоторые неблагоприятные По комплексу природных факторов (рельеф, климат, почвенный покров) на территории области выделено два агропочвенных района (рис. 2.4.); 1-й район — с преобладанием серых лесных почв и черноземов оподзоленных; 2-й район — с преобладанием черноземов. Первый район является частью Верхнеокского района северной лесостепи. В этом агропочвенном районе на долю серых лесных почв приходится 43,3% и черноземов выщелоченных и оподзоленных — 41,0%. Второй агропочвенный район занимает большую часть территории области. В нем черноземы всех подтипов занимают 74%) территории. В результате длительного земледельческого использования пахотный слой черноземных почв приобрел некоторые неблагоприятные признаки: значительное распыление зернистой структуры, наличие так называемой «плужной подошвы». Значительное ухудшение свойств черноземных почв обусловлено резким снижением содержания гумуса при их использовании. По данным Государственного Центрально-Черноземного заповедника им. В.В. Алехина целинные участки содержат 576 т/га гумуса, а после их распашки, через 8 лет это содержание уменьшилось до 492, через 30 лет - до 475 и через 67 лет - до 394 т/га, т. е. на 30,9 %.
Серые лесные почвы по своим физическим и химическим свойствам и уровню плодородия значительно отличаются от черноземов. Пахотный слой их имеет распыленную структуру, при увлажнении они быстро заплывают с образованием при высыхании плотной корки на поверхности. Период физической спелости у них значительно короче, чем у черноземов, что создает дополнительные организационные трудности при их обработке. Серые лесные почвы содержат в 2 - 3 раза меньше гумуса, чем черноземы, а общий запас его в метровом слое почвы меньше почти в 5 раз (33 - 117 т на гектар), гумусовый горизонт укорочен и составляет всего 20-35 см. Серые лесные почвы бедны азотом, поэтому здесь особенно эффективно внесение навоза.
Анализ агроэкологически безопасной системы возделывания сахарной свеклы
Научными исследованиями механизации возделывания сахарной свеклы глубоко и разносторонне занимались B.C. Басин [17-21], В.А. Белодедов [34], Г.М. Бузенков [42], В.В. Василенко [50], СВ. Кардашевский [129, 130], И.И. Гуреев [86], Л.С. Зенин [107, 108], К.Р. Казаров [125], С.А. Ма [182], О.А. Маковецкий [184], В.И. Паламарчук [232, 233], Ф.В. Пошарников [251, 254, 256], В.А. Прохоров [263], П.В. Савич [279], А.Г. Цымбал [372], Э.В. Хан-гильдин [370] и др. Однако их исследования носят инженерно-математический характер без должной увязки их с агрономическими аспектами и совершенно не учитывают почвозащитные и экологические проблемы.
Такие исследователи, как Д.Н. Бухтояров [44-46], B.C. Глухов-ский [68-73], Н.М. Листовский [176, 177], А.А. Данковцева [89, 90], И.М. Платонов [239, 240], Ф.Б. Побережный [242], В.Д. Свиридов [285, 286], И.Л. Секулер [288, 289], Н.П. Шаповал [377-380] и др. эмпирически разрабатывали те или иные приемы, основанные на использовании серийных машин без учета их перспективных возможностей и обосновывали требования к совершенствованию их лишь на основе тенденций в тех или иных закономерностях без учета количественных взаимосвязей. И те и другие зачастую недостаточно учитывали реальные условия возделывания сахарной свеклы, процесс развития различных агроприемов и технические возможности их осуществления, совершенно не учитывались агроэкологические последствия применения технических средств на различных этапах технологии возделывания сахарной свеклы.
На продуктивность сахарной свеклы, рост и развитие растений, состояние почвы и окружающей среды существенное влияние оказывают машины для внесения органических и минеральных удобрений, основной обработки почвы, предпосевной обработки почвы и посева, междурядной обработки почвы, внесения средств химической защиты растений, уборочные машины [208].
Одним из мощных средств повышения продуктивности сахарной свеклы являются органические удобрения и, в частности, навоз. Навоз, при совместном применении с минеральными удобрениями, выполняет также роль буферной среды, смягчающей отрицательное действие высокой концентрации солей, внесенных с большими дозами минеральных удобрений [264, 265].
Для внесения органических удобрений промышленность выпускает машины РОУ-6А, ПРТ-10, МТТ-13, ПРТ-16М, МТТ-19 и РУН-15Б, которые пригодны для внесения твердых органических удобрений и органо-минеральных смесей. Для внесения жидких органических удобрений используют прицепные машины РЖТ-4М, МЖТ-6, МЖТ-8, МЖТ-10, МЖТ-13, МПТ-13, МЖТ-16, МЖТ-19 и РЖУ-3,6 на базе автомобиля ГАЗ-53А.
Исследования последних лет показали, что нормы навоза зависят от количества применяемых минеральных удобрений и биологических особенностей сахарной свеклы и составляют от 40 до 60 т/га, а в отдельных случаях их следует повышать до 80 т/га [58, 109, 131, 358]. В получении высоких урожаев сахарной свеклы наряду с органическими большое значение имеют минеральные удобрения. Их влияние определяется рядом факторов: климатическими условиями, уровнем естественного плодородия и степенью окультуренности почв, общим уровнем агротехники этой культуры (предшественники, заправка почвы удобрениями в предыдущие годы, сроки и качество полевых работ), дозами и формами удобрений и соотношением питательных веществ, качеством семян и биологическими особенностями возделываемых сортов [2, 5, 10, 58, 95 и др.].
Внесение минеральных удобрений - сложный и ответственный технологический процесс, который может дать как большой положительный, так и отрицательный эффект. Неравномерность распределения удобрений не должна превышать ± 25% разбрасывателями. При локальном внесении удобрений отклонение от заданной глубины внесения не должно превышать ±15%.
Еще в 30-е годы была поставлена задача по созданию наиболее рациональной конструкции машин. Начало развитию идей по созданию рабочих органов и параметров машин положил основатель земледельческой механики академик В.П. Горячкин. Как у нас, так и за рубежом применяются разбрасыватели, отличающиеся конструкцией разбрасывающих органов, питателей, дозаторов, ходовой части и т.д. [231, 290, 292].
Чтобы обеспечить возможно большую механизацию работ по погрузке, подготовке, вывозке и внесению минеральных удобрений, применяются универсальные погрузчики, автотракторные самосвальные транспортные средства, туковые сеялки, кузовные машины 1-РМГ-4Б, СТТ-10, РУМ-8, РУМ-16, МВУ-6, АМП-5, МВУ-0,5А и др. [292]. Анализ существующих конструкций машин для транспортировки и внесения минеральных удобрений показывает, что за последние годы машины претерпевают большие изменения: грузоподъемность их увеличилась от 0,6 до 16 тонн, возросли рабочие скорости.
Рост грузоподъемности кузовных машин до 16 т увеличивает потребную мощность и уплотняет почву. Время чистой работы агрегата на рассеве туков при использовании по схеме «склад-поле» на расстоянии 5 км возрастает по сравнению с 1-РМГ-4Б и МТЗ-80 (при норме 300 кг/га) лишь на 16%, а грузоподъемность - в четыре раза.
Внесение минеральных удобрений вразброс упрощает организацию посева сельскохозяйственных культур; сложная динамическая система взаимодействия машин в потоке переходит в менее сложную, повышается производительность посевных агрегатов на 15-20% [2]. В связи с тем, что в настоящее время важным направлением в производстве сахарной свеклы является внедрение экологически чистых энергосберегающих технологий её возделывания, внесение минеральных удобрений вразброс считается неэффективным способом [1, 71].
Уплотнение почвы энергетическими средствами
Тракторы, автомобили и сельскохозяйственные машины, перемещаясь при проведении полевых работ по поверхности поля, опираются на колесные и гусеничные ходовые системы. Происходящие при этом процессы взаимодействия колес (гусениц) с почвой оказывают прямое влияние не только на эксплуатационные свойства машин, но и на свойства почвы как объекта обработки и среды, в которой произрастают сельскохозяйственные культуры. Б.А. Доспехов и др. [95] отмечают, что по мере наращивания мощности, увеличения производительности машин и, как следствие - их массы, все в большей степени стали выявляться негативные стороны механической обработки почвы, что сразу же привело к противоречию между ее агротехнической необходимостью и негативным действием на плодородие (в основном усиление эрозионноопасного состояния почвы и ее переуплотнение).
Почва верхней части пахотного слоя оказывается более плодородной, и при выращивании на ней растений они дают более высокий урожай, чем на почве из нижней его части [95]. Позже аналогичные результаты по дифференциации пахотного слоя получены и другими исследователями на различных почвах [77, 213, 266, 271, 272]. Доказано, что в верхних слоях почвы выше биогенность и что именно в них гумусообразование протекает энергичнее, а не на глубине, как это предполагал В.Р. Вильяме. По утверждению И.С. Рабочева и П.У. Бахтина [25], строение профиля обрабатываемой почвы должно быть обратным естественному, то есть нижний ярус естественному, то есть нижний ярус должен быть плодороднее, чем верхний, или, по меньшей мере, не уступать ему.
Показателем плотности сложения почвенных агрегатов является объемная масса. Непосредственно с плотностью почвы связаны ее водный, воздушный и тепловой режимы, условия жизни почвенной микрофлоры, а значит, и накопление в доступной форме элементов питания [33, 85, 88, 134]. Оптимальная плотность способствует более продуктивному синтезу органического вещества, а растения затрачивают меньше питательных веществ на создание единицы сухой массы [91].
Каждому виду растений в зависимости от особенностей почвы соответствует своя оптимальная плотность, при которой создаются наилучшие условия роста и формирования урожая [25, 92, 273]. А.П. Коломиец [146] отмечает, что для сахарной свеклы на мощном суглинистом черноземе оптимальной является плотность 1,1-1,2 г/см . При плотности 0,8-1,0 г/см3 свекла развивает максимальный ассимиляционный аппарат и наиболее мощную корневую систему, но при этом водопотребление достигает наибольших значений, влага и пластические вещества расходуются менее производительно; при плотности 1,2-1,6 г/см3 наблюдается отставание в нарастании листового аппарата; рост корнеплодов замедляется, а в конечном результате в обоих случаях продуктивность свеклы меньше, чем при плотности 1,1-1,2 г/см . С.А. Наумов [213] считает оптимальной плотностью 1,0-1,2 г/см .
По мнению В.Ф. Зубенко [111], увеличение плотности сложения выше оптимальной снижает урожайность корнеплодов на 3,8 т/га и более, а уменьшение - снижает на 1,8-2 т/га. С увеличением плотности ухудшается использование растением воды из почвы, мертвый запас влаги значительно возрастает. Вследствие избыточной рыхлости могут резко увеличиваться фильтрация и диффузное испарение воды из почвы [109, 146, 212]. Изменение плотности ведет к изменению общей скважности почвы и соотношению капиллярных пор, ее водо- и возду-хоемкости, аэрации [60, 92, ПО, 117, 271-273, 302].
Возникновение уплотненного слоя непосредственно связано с несовершенством технологии механизированного возделывания почв. Несовершенство выражается в несоответствии весовых параметров машин и возможности воздействия рабочих органов по рыхлению почвы.
В соответствии с существующей практикой расчета тяговых показателей сельскохозяйственных энергетических средств [59, 163] масса их определяется исходя из номинального тягового усилия и условий сцепления движителя. Оценка экологических последствий применения машин не дается, а потому и не выполняется расчет уплотняющего воздействия движителя на почву. Но, как показал многолетний опыт применения машин, такой подход не верен. Необходима предварительная экологическая экспертиза, которая временно может базироваться только на выполнении аналитического расчета.
Анализ научных работ показал, что основным способом, снимающим отрицательное воздействие, является минимализация обработки с применением минеральных и органических удобрений, химических мелиорантов, совершенствования севооборотов [15, 88, 128, 201, 234] и др. Однако реализация этой группы методов подготовки почв связана с повышенным расходом как минеральных, так и органических удобрений.
К числу инженерных решений следует отнести увеличение ширины захвата машинно-тракторного агрегата [166], увеличение числа и ширины колес, комплектование комбинированных агрегатов [15, 36, 75, 183, 189], применение активных рабочих органов, установка флотационных шин и пневмогусениц.
Однако, по мнению ряда ученых [135, 148, 187], сдваивание шин тракторов и одновременное снижение жесткости путем уменьшения давления воздуха позволило снизить максимальную распределенную нагрузку (давление в контакте шины с почвой) лишь на 30%, при этом глубина погружения спаренных колес отличалась от серийных только на 20%. Однако площадь уплотнения при этом удвоилась, площадь сечения следа увеличилась в 1,7 раза; увеличилась плотность почвы и ее сопротивление расклиниванию.
