Совершенствование механизированных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и разработка рабочего органа для посева в высокую стерню (в условиях засушливого земледелия) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Канатпаев Санжар Сабетович

• Канатпаев Санжар Сабетович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Канатпаев Санжар Сабетович

ВВЕДЕНИЕ

1 ТЕНДЕНЦИИ И ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ ЮЖНОГО УРАЛА

1.1 Природно-производственные условия Челябинской области

1.2 Проблемы и тенденции ресурсосбережения в земледелии

1.3 Уборка зерновых культур методом очеса

1.4 Резервы машиноиспользования в современных условиях производства

1.5 Методы обоснования состава парка машин

1.6 Анализ способов посева и конструкций рабочих органов посевных машин

1.7 Постановка проблемы и задачи исследования

2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ДИВЕРСИФИКАЦИЕЙ ВОЗДЕЛЫВАЕМЫХ КУЛЬТУР НА ОСНОВЕ ВЛАГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ

2.1 Развитие процессов ресурсосберегающего земледелия

2.2 Трансформация механизированных процессов на основе развития технологии почвозащитного земледелия степной зоны

2.3 Обоснование технологического процесса уборки очесом и рабочего органа для посева в высокую стерню

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Методика трансформации севооборотов и формирования циклов посевных и уборочных работ

3.2 Определение потерь за очесывающей жаткой в зависимости от влажности зерна

3.3 Методика проведения исследований по определению снегозадерживающей способности высокостерневого фона

3.3.1 Программа исследований

3.3.2 Методика определения агробиологических характеристик убираемой культуры

3.3.3 Методика замера высоты снежного покрова

3.3.4 Методика определения продуктивной влаги в метровом слое почвы

3.4 Программа лабораторных экспериментальных исследований

3.4.1 Оценка условий проведения эксперимента

3.4.2 Оценка параметров борозд анкерного сошника посевной секции с различными типами прорезных дисков

3.4.3 Исследование процесса разрезания пожнивных остатков

3.4.4 Методика полного факторного эксперимента с прорезным диском посевной секции

3.4.5 Определение тягового сопротивления прорезных дисков для посевной секции

3.4.6 Методика проведения полевого эксперимента

4 РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Условия проведения лабораторных экспериментов

4.2 Оценка параметров борозд, образованных анкерным сошником посевной секции с различными типами прорезных дисков

4.3 Результаты оценки полноты разрезания пожнивных остатков прорезными дисками

4.4 Результаты полного факторного эксперимента с прорезными дисками посевной секции

4.5 Оценка тягового сопротивления прорезных дисков

4.6 Динамика выполнения посевных и уборочных работ

4.7 Влияние влажности убираемых культур на уровень потерь за очесывающей жаткой

4.8 Результаты экспериментальных исследований снегозадерживающей способности высокостерневого фона и высокостерневых кулис в условиях степной зоны Южного Урала

4.8.1 Определение густоты стеблестоя ячменя и высоты очесанной стерни

4.8.2 Определение высоты снежного покрова на контрольном участке

4.8.3 Результаты замеров продуктивной влаги в метровом слое почвы

4.9 Оценка технологической надежности посева в высокую стерню экспериментальными рабочими органами

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

5.1 Оценка экономической эффективности совершенствования ресурсосберегающей технологии на основе диверсификации возделываемых культур

5.2 Оценка экономической эффективности использования очесывающих жаток

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы ПРИЛОЖЕНИЯ

134

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование механизированных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и разработка рабочего органа для посева в высокую стерню (в условиях засушливого земледелия)»

ВВЕДЕНИЕ

Проблема ресурсосбережения является определяющей для эффективного функционирования сельскохозяйственного производства. Реализация ресурсосберегающей технологии предусматривает широкий круг таких вопросов, как сохранение и повышение плодородия почвы, эффективное использование капиталовложений в техническое переоснащение производства, затраты на ГСМ и запасные части к технике, удобрения и средства защиты растений, наиболее полное использование фонда рабочего времени исполнителей с учетом регламентированных режимов труда и отдыха.

Природно-производственные условия Южного Урала относятся к зоне рискованного земледелия с коротким безморозным периодом и ограниченным увлажнением, что обусловливает необходимость проведения основных технологических операций, прежде всего посева и уборки, в сжатые агротехнические сроки. Однако в настоящее время уровень технического оснащения в большинстве хозяйств региона существенно снизился, при этом растет дефицит кадров.

В целях повышения эффективности производства необходимо подобрать сорта и культуры с несовпадающими периодами выполнения основных технологических операций, а также обеспечить двухсменную работу машинных комплексов в пиковые периоды их потребности. В результате должны быть сформированы последовательные циклы полевых работ, обеспечивающие существенное увеличение занятости трудовых и технических ресурсов.

Учитывая, что основным лимитирующим фактором получения стабильных урожаев в регионе является влага, за основу мы приняли необходимое техническое задание: сохранение растительных остатков на поверхности поля с целью накопления, сохранения и рационального использования влаги зимних и летних осадков. Это возможно благодаря использованию во время уборки жаток очесывающего типа, что в свою очередь обусловливает применение сеялок, рабочие органы которых способны осуществлять посев в высокую стерню.

Степень разработанности темы исследования. Разработка новых решений в области ресурсосберегающих технологий для условий засушливого земледелия отражена в работах И. Е. Овсинского, Т. С. Мальцева, А. И. Бараева, В. И. Двуреченского, В. В. Бледных, С. Г. Мударисова, В. Л. Астафьева, Р. С. Рахимова, С. Д. Шепелева, Н. К. Мазитова, и др. ученых. Однако анализ этих работ показывает, что недостаточно изучен вопрос влияния диверсификации возделываемых культур и цикличности выполнения основных работ с использованием влагосбе-регающей техники на рациональную длительность выполнения технологических операций и потребность в трудовых и технических ресурсах. В исследованиях по применению очесывающих жаток установлено их влияние на снегозадержание и накопление полезной влаги в почве, но требуется более подробное изучение влияния на эти показатели высокостерневых кулис и поиск технического решения прямого посева в высокую стерню.

Цель работы. Повышение эффективности засушливого земледелия на основе влагосберегающей технологии и разработки рабочего органа сеялки для посева в высокую стерню.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи исследования:

1. Разработать инновационную стратегию развития ресурсосберегающей технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условиях засушливого земледелия и ограниченного ресурсного обеспечения.

2. Установить зависимость урожайности зерновых культур от основных агротехнических показателей влагосберегающих технологий.

3. Разработать и оценить технологический процесс и рабочий орган сеялки для посева в высокую стерню.

Объект исследования. Технология возделывания сельскохозяйственных культур в условиях засушливого земледелия на основе влагосберегающей техники.

Предмет исследования. Взаимосвязь качественных показателей влагосбе-регающих технологических процессов возделывания культур и посева в высокую стерню.

Научная новизна выносимых на защиту вопросов:

1. Разработаны основные положения ресурсосберегающей технологии для условий степных засушливых регионов, защищенные патентом РФ на способ возделывания сельскохозяйственных культур (патент № 2717987).

2. Обоснована операционная технология на основе согласования уборки методом очеса при прямом комбайнировании с разбрасыванием измельченной соломы и последующими способами обработки почвы и посева.

3. Установлено влияние параметров высокостерневых кулис на влагообес-печенность метрового слоя почвы.

4. Определена технологическая возможность посева в высокостерневой фон усовершенствованными рабочими органами (патент №197076) в составе комбинированного агрегата, защищенного патентами РФ на полезную модель № 176543 и №199672.

Теоретическая и практическая значимость результатов исследования

Разработанная ресурсосберегающая технология для степной зоны позволяет обеспечить достаточно высокую концентрацию ресурсов на выполнение обоснованных циклов работ в условиях ограниченной обеспеченности техникой.

Влагосберегающая технология на основе сочетания уборки очесом с разбрасыванием соломы по полю и посева в высокостерневой фон агрегатом с усовершенствованными рабочими органами позволяет повысить влагообеспеченность растений и продуктивность полей.

Методология и методы исследования. Теоретическая часть выполнена на основе комплексного анализа проблемы и методов технико-экономического моделирования механизированных процессов в земледелии. Экспериментальные исследования проведены в соответствии с общенаучными и частными методиками, путем использования современных приборов и применения математической статистики.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Ресурсосберегающая технология на основе диверсификации возделываемых культур и влагосберегающей техники для условий засушливого земледелия.

2. Закономерности влияния диверсификации культур и увеличения длительности полевых работ на потребность в технике.

3. Система влагосберегающих процессов на основе применения жаток очесывающего типа и накопления снега с помощью высокостерневых кулис применительно к степной зоне.

4. Обоснованные параметры рабочего органа для посева в высокостерневой

фон.

Степень достоверности и апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях Курганской ГСХА, Омского ГАУ, Южно-Уральского ГАУ (2017-2023 гг.)

Материалы исследований опубликованы в 10 научных статьях, в том числе 7 в изданиях, входящих в перечень ВАК, и 1 в зарубежном издании, входящем в международную базу данных Scopus. Получено 3 патента РФ на полезную модель и один патент на способ возделывания сельскохозяйственных культур.

1 ТЕНДЕНЦИИ И ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ ЮЖНОГО УРАЛА

1.1 Природно-производственные условия Челябинской области

Челябинская область расположена на Южном и Среднем Урале протяженностью 500 км с севера на юг и 400 км с запада на восток, общей площадью 88,5 квадратных километров. Большая удаленность от морей и океанов лишает смягчающее влияние морских воздушных масс. Климат в регионе резко континентальный, характеризуется холодной продолжительной зимой и относительно жарким летом с повторяющимися засухами. Безморозный период 100-120 дней обусловливает короткие сроки проведения основных полевых работ. Годовая сумма осадков уменьшается с 500 мм до 300 мм с севера на юг, что характеризует горнозаводскую и лесостепную северную зону как зону умеренного увлажнения, а степную и южную часть лесостепи - как район недостаточного увлажнения.

Каждая агрозона характеризуется ресурсными детерминантами-ограничителями. Так, в горнолесной зоне, где вегетационный период не превышает 100-120 дней, ограничителем возделывания масличных культур является теп-лообеспеченность. В лесостепных и степных районах с преобладанием черноземов, выщелоченных и обыкновенных, ресурсным ограничителем является влага.

Агроклиматические условия равнинной степной, лесостепной, предгорной частей области значительно различаются: прохладные районы западных предгорий увлажнены, а наиболее теплые районы юго-востока области - засушливы.

За время активной вегетации растений (от перехода через 100С весной до 100С осенью) осадков выпадает от 175 до 250 мм. При сравнительно высоком среднем уровне летних осадков нередко случаются годы с явно выраженной летней засухой. Наибольшая вероятность засушливого периода приходится на май и июнь, наиболее вероятный максимум осадков (50-80 мм) - на июль.

Запасы продуктивной влаги весной в метровом слое почвы составляют 90150 мм. Относительная влажность воздуха в мае - июне понижается до 35 - 45%, общее количество суховейных дней может колебаться от 30 до 45 дней и более.

Важным показателем при возделывании культур является показатель увлажнения ГТК, который показывает, что при одном и том же количестве осадков степень увлажнения зависит от температуры воздуха (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Гидротермический коэффициент (ГТК) за период с температурой воздуха выше 10 0С по агрозонам области

Агрозона ГТК

средний наименьший наибольший

Горнолесная 1,6 0,7 2,4

Северная лесостепная 1,2 0,5 2,4

Южная лесостепная 1,0 0,4 1,9

Степная 0,8 0,2 1,6

В лесостепной зоне распространены оподзоленные и выщелоченные черноземы, серые лесные оподзоленные почвы, солонцы, солончаки. В центральной части региона преобладают выщелоченные и оподзоленные черноземы. В южной степной зоне южные черноземы чередуются с темно-каштановыми почвами и степными солонцами. По механическому составу это преимущественно до 90% глинистые, тяжелосуглинистые и среднесуглинистые почвы.

В силу сложившихся традиций, с учетом условий рискованного земледелия, большинство сельскохозяйственных предприятий южной части лесостепной и степной зоны региона специализируются на производстве товарного зерна пшеницы твердых и сильных сортов, а также фуражного зерна для агропромышленных комплексов. В результате производство зерна базировалось на реализации почвозащитных противоэрозионных технологий. Жесткие экономические условия в последние годы вызвали необходимость перехода на ресурсосберегающие технологии. Одним из определяющих условий их реализации является рациональная плодосмена, т.е. чередование злаковых культур с широколистными, к которым, прежде всего, относятся бобовые и масличные культуры. Особого внимания заслуживают подсолнечник и лен для степной зоны, рапс - для хозяйств лесостеп-

ной северной части области. Масличные культуры весьма требовательны к уровню увлажнения. Для подсолнечника ГТК должен быть не ниже 1,0, для рапса выше 1,1 - 1,3 [1,2].

Подсолнечник - растение степной зоны. Благодаря сильно развитой корневой системе и её всасывающей силе подсолнух использует влагу с глубины 3 м, высушивая при этом 1 ,5 метровый слой почвы, что обусловливает его чередование в севообороте не чаще одного раза в 6 лет.

Другой адаптивной масличной культурой является яровой рапс. Это влаголюбивая культура и весьма устойчива к весенним и осенним заморозкам. Более благоприятным регионом его возделывания является северная лесостепь. Повторный посев на поле не рекомендуется раньше, чем через 4-5 лет.

Помимо таких традиционных культур, как твердая пшеница, подсолнечник, ячмень, технология возделывания которых в регионе известна, вызывают интерес засухоустойчивые культуры сафлор и нут [3,4].

Среди зернобобовых культур нут - самая засухоустойчивая и вместе с тем холодостойкая культура, приспособленная к агроклиматическим условиям степной зоны, так как меньше страдая от засухи и суховеев, обеспечивает более высокие и стабильные урожаи по сравнению с другими бобовыми культурами. Нут высокотехнологичная культура: посевы не полегают, созревшее зерно не осыпается, что позволяет проводить уборку прямым комбайнированием [6].

В засушливых условиях велика агротехническая роль нута, так как накапливая в почве азот, усваиваемый из воздуха, он является важным источником сохранения почвенного плодородия, хорошим предшественником для других культур.

Таким образом, в условиях региона в соответствии с климатическими особенностями зон может быть сформирована структура севооборотов на основе рациональной плодосмены, при сохранении специализации на производстве товарного зерна пшеницы твердых и сильных сортов, а также фуражного зерна для животноводства.

На трех четвертях площадей длина гона превышают 1000 м, что создает предпосылки для высокопроизводительного использования техники. Ограничен-

ные сроки полевых работ, дефицит квалифицированных механизаторов в большинстве предприятий вызывают необходимость применения высокопроизводительных машинно-тракторных агрегатов.

Условия рискованного земледелия с коротким безморозным периодом и ограниченным увлажнением требуют соответствующего технического оснащения для обеспечения своевременного и качественного выполнения полевых работ. Однако техническое переоснащение предприятий Челябинской области осуществляется недостаточными темпами (таблица 1.2).

Таблица 1. 2 - Состояние технопарка хозяйств Челябинской области на 2020 г.

Техника Всего До трех лет Более 10 лет

шт. % шт. % шт. %

Тракторы 9189 100 687 7,5 5478 59

Зерноуборочные комбайны 2778 100 349 10,3 1579 70

Кормоуборочные комбайны 351 100 33 9 169 45

Сеялки 4608 100 1006 22 1356 29

Посевные комплексы 626 100 231 37 169 27

Решить задачу своевременного и качественного выполнения полевых работ возможно только на основе интенсификации использования имеющегося ресурсного потенциала и влагосберегающих технологий.

1.2 Проблемы и тенденции ресурсосбережения в земледелии

С помощью системы технологических процессов человек создает условия для жизни растений. Техническое перевооружение и освоение перспективных технологий является основой развития производства в земледелии.

Способы обработки почвы трансформировались от поверхностного рыхления клином до отвальной вспашки плугом. В настоящее время на смену им пришли плоскорежущие и чизельные рабочие органы для реализации почвозащитной системы обработки почвы, разработанные с учетом рекомендаций И. Е. Овсин-ского, Т. С. Мальцева, А. И. Бараева и их последователей. В то же время в резуль-

тате длительного применения как классической технологии на основе вспашки, так и почвозащитной наблюдается снижение плодородия почвы, прежде всего, из-за потери гумуса. Увеличение количества применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений в совокупности с переуплотнением почвы тяжелыми агрегатами на колесных движителях нарушает биологические процессы в почве и усугубляет проблему повышения продуктивности полей.

По выражению В. Р. Вильямса (1939 г.), «система земледелия - это способ восстановления, сохранения и повышения плодородия почвы» [7]. Задача заключается в реализации комплекса биологических, технологических и технических мероприятий, которые могли бы способствовать развитию естественных процессов восстановления плодородия на основе плодосмены культур, стимулирования биологических процессов в почве, соответствия технологических воздействий агротехническим требованиям. Важно не только найти рациональное соотношение затрат и результата, но и обеспечить наращивание продуктивности полей путем применения тех или иных способов обработки почвы, защиты растений, эффективного комплекса машин для своевременного и качественного выполнения работ по возделыванию и уборке экономически обоснованного набора культур.

Короткий безморозный период в условиях Урала и Сибири обусловливает выраженную сезонность производства, что существенно увеличивает потребность в трудовых и технических ресурсах; к тому же традиционная специализация на производстве яровых зерновых культур усугубляет проблему своевременного выполнения основных полевых работ.

Многочисленные исследования и передовой опыт дают основания считать, что сохранению потенциала поля способствует отказ от оборота пласта, т.е. отвальной вспашки. Реализация почвозащитной технологии, разработанной для степных регионов, позволила предотвратить ветровую эрозию и снизить темпы деградации почвы, но усугубила проблему борьбы с сорной растительностью, болезнями и вредителями культурных растений, решить которую без интенсивных химических воздействий не представляется возможным [8, 9].

Отказ от вспашки положен в основу таких почвозащитных противоэрозион-ных систем земледелия, как технология минимальной обработки почвы и «No-Till». При этом решается основная задача - формирование на поверхности поля мульчирующего слоя из растительных остатков, а в идеале получение дернового слоя, активно перерабатывающего растительный материал в усвояемую органику.

Почвозащитная система земледелия, разработанная под руководством академика А. И. Бараева, базируется на четырехпольных зернопаровых севооборотах. Пар обрабатывается методом постепенного углубления обработок от 12 до 27 см плоскорежущими рабочими органами. Осенняя обработка последующих полей севооборота осуществляется плоскорезами на глубину 12-14 см, посев осуществляется специальными стерневыми сеялками. Обязательное условие - сохранение стерни на поверхности поля.

В НИИСХе Северо-Западного Казахстана (г. Костанай) под руководством В. И. Двуреченсокго была разработана технология прямого посева, адаптированная к условиям региона, как вариант системы земледелия «No-Till». Основу составляет четырехпольный зернопаровой севооборот в отличие от общепринятой нулевой технологии без парового поля [10]. Его наличие обусловлено необходимостью стабилизации урожайности при возделывании зерновых яровых культур. Реализация этой технологии в ОАО «Муза» в условиях лесостепной зоны позволяет получать 25-30 ц/га зерновых культур с площади более 50 тыс. га. Недостаток фосфора и азота пополняется врезанием этих элементов посевными агрегатами после уборки урожая на глубину 12-14 см. Монокультурное производство требует до 15 химических обработок за ротацию четырехпольного севооборота.

Технология «No-Till» предусматривает прямой посев по необработанному полю с сохраненной стерней. Уборка проводится с измельчением и разбрасыванием соломы по полю с целью формирования на поверхности мульчирующего слоя. Поле, покрытое растительными остатками, отражает солнечные лучи, снижает температуру почвы и уменьшает испарение влаги. Защита растений от сорняков, болезней и вредителей осуществляется обработкой гербицидами и пестицидами, что оказывает негативное влияние на биологически активную микрофло-

ру, формирующую плодородие почвы. Мульчирующий слой замедляет не только развитие сорной растительности, но и прогрев пахотного горизонта, что в условиях короткого безморозного периода уменьшает возможности маневрирования сроками сева и уборки возделываемых культур. Следует отметить, что в условиях зоны Урала и Сибири урожайность зерновых культур сравнительно невысокая, что не позволяет формировать на поверхности поля полноценный мульчирующий слой только из незерновой части урожая и ограничивает реализацию этой технологии без посевов покровных культур.

Технология «No-Till» базируется на естественном формировании плотности почвы, в том числе за счет релаксации после замерзания. В то же время выполнение полевых работ тяжелыми агрегатами на колесных движителях нарушает естественный процесс разуплотнения и из-за низкого увлажнения в отдельные годы. Возникает необходимость периодического рыхления пахотного горизонта. Решить эту задачу можно с помощью чизеля, глубокорыхлителя или плуга. Различные культуры формируют неодинаковые требования к плотности почв. Технические культуры со стержневой корневой системой повышают продуктивность на рыхлых почвах, что необходимо учитывать при формировании севооборотов и обосновании способов подготовки почвы.

Как отмечалось, задачу восстановления плодородия поля, как правило, решают его периодическим парованием. В результате восстанавливается азотное питание растений, накапливается влага, поле очищается от сорняков, болезней и вредителей растений. В классической системе земледелия на основе периодической вспашки паровое поле обрабатывается дважды плугом и поверхностными культивациями или орудиями с дисковыми рабочими органами. В условиях регионов, подверженных эрозии, такая система приводит к интенсивной потере гумуса, смыву и выдуванию легких частиц почвы. Поэтому обработка парового поля согласно почвозащитной системе земледелия предусматривает плоскорезную обработку поля методом постепенного заглубления с осенним глубоким рыхлением. В результате таких обработок стерня на поверхности поля уничтожается практически полностью. В целях предотвращения эрозии и задержания снега во вто-

рой половине лета на паровом поле высевают семена горчицы или сурепицы на кулисы.

В последние годы широко практикуется химический пар, как правило, предусматривающий не менее двух обработок гербицидом сплошного действия. Это позволяет сохранять стерню на поверхности поля и увеличивать запас влаги в почве. При этом наблюдается последующее действие гербицидов на развитие возделываемых культур. Стоимость таких обработок достаточно высока, что окупается только при сравнительно высокой урожайности.

Борьба с сорной растительностью и болезнями растений должна осуществляться с меньшим использованием химических препаратов, т.е. на основе рациональных механических обработок и посева покровных культур. Чем больше времени пустует земля, тем интенсивнее развивается сорная растительность. Поэтому после уборки полей с ранними сроками уборки следует производить покровный посев бинарных биологически активных культур. Например, посевы горчицы белой и проса обеззараживают поле и позволяют сформировать полноценный мульчирующий слой. Возможна заделка покровных культур дисковой бороной в смеси с соломой и землей, что активизирует переход растительного материала в усвояемую органическую форму.

Периодические поверхностные обработки способствуют концентрации фосфора и других микроэлементов на поверхности поля, а в условиях ограниченного увлажнения верхний слой, насыщенный органикой и фосфором, практически не работает на урожай. С этих позиций возникает необходимость периодической вспашки плугом с целью перемещения верхнего ненасыщенного фосфором и органикой плодородного слоя на дно борозды в зону основной корневой системы растений. Этот прием способствует уничтожению негативной флоры и сорной растительности и уменьшает потребность в химических средствах защиты растений.

Исследования Зыбалова В. С., проведенные в условиях Южного Урала, показывают, что при естественном залежном земледелии структура почвы и плодородие восстанавливаются за 8 лет. С некоторой долей допущения, эту периодич-

ность можно принять за основу. За этот период на поверхности поля формируется плодородный слой, насыщенный усвояемой органикой и фосфором [11]. Следовательно, необходима организация восьми-десятипольного севооборота, что позволяет сформировать рациональную плодосмену и подобрать культуры, сроки посева и уборки которых могут существенно увеличить рабочий период машинных комплексов. В результате увеличится загрузка техники, снизится их потребность, увеличится занятость механизаторов [12].

В условиях ограниченной обеспеченности техникой важно подобрать культуры, востребованные рынком, с несовпадающими сроками основных технологических операций, засухоустойчивые для условий засушливой зоны. С этих позиций определенный интерес представляет ячмень. Исследованиями доктора с.-х. наук Басалиева И. Н. установлено, что для юго-восточных регионов Оренбургской области посев ячменя через 7 дней после наступления физической спелости почвы дает более высокую и стабильную урожайность [13]. Аналогичные результаты получены на Брединском сортоучастке: посев мягкой пшеницы 20-23 мая дает урожайность 23 ц/га, а с 5 по 10 мая - на 1,7 ц/га меньше, но из-за наложения сроков уборки с твердой пшеницей можно потерять значительно большую долю урожая. Введение в севооборот подсолнечника и других маржинальных культур со сроками уборки до или после зерновых позволяет увеличить загрузку комбайнов и снизить их потребное количество.

Большое значение имеет обоснованное соотношение и площадей возделываемых культур и сортов. Так, в исследованиях специалистов СибНИИСХоза для степной зоны рекомендуется отводить 2/3 площадей под твердую пшеницу и 1/3 под мягкую [14]. Аналогичные результаты получены для пятипольных севооборотов лесостепной зоны с соотношением позднеспелых и сортов с более коротким вегетационным периодом [15].

В развитие идей Т. С. Мальцева о сохранении и наращивании плодородия почвы проведен многолетный опыт в КФХ «Березка». В девятипольном севообороте в паровом поле проводится одна вспашка в середине лета, одна или две обработки чизелем с внесением минеральных удобрений. Вслед за уборкой урожая

поле обрабатывается дисковой бороной через полосу со стерней, обрабатываемой плоскорезом типа КЛДП-4,2 с оставлением стерни. Это позволяет сохранить остатки влаги в почве и создать условия для накопления влаги осенних и зимних осадков и запустить процесс переработки растительных остатков в усвояемую органику за счет активизации аэробных бактерий и микоризы грибов. В результате потенциал урожайности вдвое превышает показатель хозяйств зоны.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Канатпаев Санжар Сабетович, 2024 год

/ / / /

/ / / / / ✓

/ / / у / . ✓ г

/ /,' У ~ * - ■ у

'У * у' —■

•. - •__

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 И

м

"Р=2 °---Р=4 °---р=6 °---Р=8°

Р=10 °

Рисунок 2.21 - Зависимость продольной проекции силы трения почвы о диск от глубины хода при различных значениях угла атаки

(г=0,2 м; д=20-106 Н/м3;/=0,5)

Ядх, Н 300 250 200 150 100 50 0

✓ * * *

** о» **

......^ .«■ о" вК" — в __. . •

0

0,01

0,02

0,03

0,04 0,05 И, м

-Р=2 °---Р=4°---Р=6 °---Р=8° .........Р=10°

Рисунок 2.22 - Зависимость продольной проекции силы давления почвы на диск от глубины хода при различных значениях угла атаки

(г=0,2 м; д=20-106 Н/м3;/=0,5)

^трх, Н 600 500 400 300 200 100

0 0

/ / ' / / * *

/ / / / * *

/ / / / / *

/ / / *

/ • '/ * X ' ___

/у % *"

в, град.

10

^ = 410л6 Н/мЗ---q = 810л6 Н/м3

---Я = 1210Л6 Н/мЗ---я = 1610Л6 Н/мЗ

Рисунок 2.23 - Зависимость продольной проекции силы трения почвы о диск от угла атаки при различных значениях коэффициента объемного смятия почвы

(г=0,25 м; к=0,05 м;/=0,5)

Ядх, Н 300 250 200 150 100 50 0

/ / / /

/ / / /

/ у ✓ ✓

/ ✓ У х У

у ✓

в, град.

0

10

-Я = 410Л6 Н/мЗ---я = 810Л6 Н/мЗ

---Я = 1210Л6 Н/мЗ---я = 1610Л6 Н/мЗ

Рисунок 2.24 - Зависимость продольной проекции силы давления почвы на диск от угла атаки при различных значениях коэффициента объемного смятия почвы

(г=0,25 м; ¿=0,05 м;/=0,5)

2

4

6

8

2

4

6

8

Таким образом, с учетом выражений (2.14), (2.27), (2.37), (2.38) суммарная продольная сила сопротивления диска во время его движения в почве под углом

может быть записана следующим образом:

Г (л 2-(* -

агссоБ I 1 - ■ 1

Яс = 5 л-М-а „ + qr 25

— •

V г) г

V У

+

. (2.39)

+1 q -1 - (г 2 (3к - Г ) + (г - к)3 )$т(2Р) - (бВД + / соб(Р))

Полученная аналитическая зависимость (2.39) показывает, что с увеличением угла атаки прорезного диска его сила сопротивления увеличивается. Поэтому угол его установки, обеспечивающий необходимое качество резания соломы, определим экспериментальным путем.

Прорезной диск не имеет технологических регулировок по глубине хода И , значения которой согласно исследованиям [94] для наших условий примем И = 5 см. При работе посевной секции глубина хода прорезного диска при его диаметре Дн и диаметре опорного колеса До будет определяться следующим выражением:

О - О

к = н - о , (2.40)

где До - диаметр опорного колеса, м.

Преобразуя выражение (2.40), получаем формулу для определения диаметра прорезного диска в зависимости от диаметра опорного колеса:

Он = Оо + 2к. (2.41)

Диаметр опорного колеса До определяется согласно формуле Грандвуане -Горячкина [102].

В,

о

Л

ТТ-, (2.42)

ц qbо

где Qо - сила реакции почвы на опорное колесо, кН;

ц - коэффициент перекатывания колеса, зависящий от вида почвы. По стерневому фону ц = 0,10.0,15 [103];

-5

д - коэффициент объемного сопротивления почвы, кН/м , зависящий от виЛ

да почвы. По стерневому фону д = 10000.25000 кН/м3 [103];

Ьо - ширина опорного колеса, м. Примем Ьо = 0,1 м.

При этом следует учитывать, что для прорезания растительных остатков диском опорное колесо не должно отрываться от земли, следовательно, вертикальная нагрузка на опорное колесо, которой соответствует сила реакции почвы Qо, должна быть больше выталкивающей силы Qzд прорезного диска из почвы, которая, согласно исследованиям [104], при глубине хода 5 см составляет 0,34.0,46 кН. Оптимальный диаметр опорного колеса для различных условий определяем при максимальном значении Qо = 0,46 кН (рисунок 2.25).

Оа,м 1.0

0.8

0.6

0.2

q= 15000 кН/м3

/ д= 18000 кН/м3 /

1____\\\\ q= 22000 кН/м3

Л\ 1 / / / "... / / / q= 25000 кН/м3 / / /

• • 1

И

0.10 0.15 0.20 0.25

Рисунок 2.25 - Зависимость диаметра опорного колеса D0 от коэффициента перекатывания колеса ц, при различных значениях коэффициента объемного

сопротивления почвы q

По полученной зависимости для условий, которые соответствуют стерневому фону, определяем оптимальный диапазон диаметра опорного колеса До, значение которого находится в пределах 0,20.0,48 м.

При этом следует учитывать наличие на поле препятствий, в виде почвенных комков и камней, через которые опорное колесо должно перекатываться, т.е. обладать таким диаметром, чтобы соблюдалось условие защемления почвенных комков между ободом колеса и почвой. В противном случае при наезде на эти препятствия опорное колесо будет их сгруживать, что приведет к остановке вращения дискового ножа и невозможности прорезания растительных остатков, нарушению технологического процесса посева. Расчетная схема для определения диаметра опорного колеса представлена на рисунке 2.26.

Рисунок 2.26 - Схема для определения диаметра опорного колеса

Для гарантированного перекатывания опорного колеса через комки почвы необходимо, чтобы угол защемления в был меньше суммы углов трения почвенного комка о почву ф'1 и об обод колеса ф'2, т.е.:

7—, / ' / - ;1 ТТ

(2.43)

(2.44)

(2.45)

Из (2.45) выразим диаметр опорного колеса:

Во - Вк • о1в2 - . (2.46)

,2

V 2 У

Учитывая условие (2.43), определим минимальную величину диаметра опорного колеса:

Во = Вк • ^^ . (2.47)

V 2 У

Примем максимально возможный диаметр почвенного комка Лком = 0,14 м, а величину углов трения почвенного комка о почву и материал обода опорного колеса соответственно ф'1 = 420 и ф'2 = 250. В таком случае минимальный диаметр опорного колеса, который обеспечивает перекатывание через препятствия на поле в виде почвенных комков и камней, составляет 0,30 м.

Примем Оо = 0,35 м и, подставив это значение в выражение (2.46), получим значение диаметра прорезного диска = 0,45 м. При таком размере диска удовлетворяется условие (2.13).

Прорезной диск посевной секции, установленный под углом к ее продольной оси, приводится в движение за счёт взаимодействия его поверхности с почвой. Угловая скорость диска может быть определена по зависимости:

_ Ур

Ю - ' (2.48)

где ^р - поступательная скорость посевного агрегата, м/с; Я - радиус диска, м.

Прорезной диск в ходе технологического процесса совершает одновременно поступательное и вращательное движение. Уравнение движения точки, расположенной на кромке диска, можно получить, если отнести его движение неподвижной системе координат /ОХУ (рисунок 2.27). Ось ОХ системы /ОХУ расположена параллельно поверхности поля и совпадает с направлением движения агрегата.

Предположим, что в начальный момент времени ось вращения диска совпадает с началом координат О системы /ОХУ. Через некоторый промежуток времени движения агрегата ? со скоростью ур диск повернётся на угол ф, который можно определить по зависимости (2.49)

Г . \

Р\ + Р

66

р — ю • t ,

где t - отрезок времени движения, с.

Рисунок 2.27 - Схема для определения уравнения перемещения точки, расположенной на кромке прорезного диска

Тогда параметрическое уравнение движения точки, расположенной на кромке диска, можно записать в следующем виде:

X — ур • t + Я • С0Бр • Бхпр У - Я • Бтр • 8шр Z - Я • СОБр

(2.50)

На основе полученного параметрического уравнения построены траектории движения точки, расположенной на кромке диска (рисунки 2.28, 2.29).

2, м

0,2 0,1 0,0 -0,1 -0,2

х /—ч N

\ / \ /

\ / > \ / \ /

м

V V V

т 1 1

0,0

1,0

2,0

3,0

Рисунок 2.28 - Перемещение точки, расположенной на кромке прорезного диска в проекциях на оси координат ХО/

Рисунок 2.29 - Перемещение точки, расположенной на кромке прорезного диска в проекциях на оси координат У07 при различных углах установки в

По траектории перемещения (рисунок 2.29) можно определить ширину раскрываемой прорезным диском бороздки в верхней ее части. Следом за прорезным диском проходит анкерный сошник, поэтому можно определить предпочтительный угол установки р. В данном случае при ширине долота и стойки анкерного сошника порядка 3 см можно рекомендовать угол р = 10о, поскольку при таком угле диск раскрывает бороздку шириной 3,2 см. Можно предположить, что при данных параметрах диск обеспечит прохождение анкерного сошника без вовлечения в борозду пожнивных остатков и избыточного выноса на поверхность увлажненных слоев почвы. При угле р более 10о образуется более широкая бороздка, но при этом возрастает и тяговое сопротивление, что было отмечено ранее.

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для подтверждения теоретических результатов была разработана программа экспериментальных исследований, которая включала в себя следующее:

1. Обосновать динамику выполнения посевных и уборочных работ для условий степной засушливой зоны на примере ООО «Совхоз Брединский» и определить потребное количество техники.

2. Установить влияние влажности убираемых культур на уровень потерь за очесывающей жаткой.

3. Определить влияние межкулисного пространства на накопление снега и увлажнение почвы.

4. Оценить полноту разрезания пожнивных остатков прорезными дисками и технологическую надежность посева в высокую стерню разработанными рабочими органами по сравнению с традиционными.

В основу экспериментальных исследований была положена методика измерений параметров исследуемых закономерностей и их оценка [105-115].

3.1 Методика трансформации севооборотов и формирования циклов

посевных и уборочных работ

Задачей нашей работы было определение приемлемых вариантов реализации многопольных севооборотов на базе традиционных четырехпольных зерно-паровых севооборотов. В нашем случае наиболее рациональным является переход на восьмипольный севооборот. С позиций набора культур в условиях степной зоны предпочтение отдается засухоустойчивым культурам, таким, как подсолнечник, нут. Эти растения со стержневой корневой системой относятся к культурам теплого периода и могут составить рациональную плодосмену злаковым, относящимся к видам холодного периода.

Как отмечалось ранее, в условиях сухой степи ячмень целесообразно высевать в ранние сроки по мере спелости почвы. После него с 5 по 10 мая высевается мягкая пшеница, затем твердая пшеница, нут и параллельно подсолнечник. В

третьей декаде мая агрегаты переключаются на посев кукурузы на силос. В кормовом севообороте кукуруза чередуется с однолетними травами, которые высеваются в ранние сроки, как правило до 10 мая, т.е. до начала посева твердой пшеницы, в основном одновременно с посевом мягкой пшеницы.

Таким образом, первая половина севооборота традиционная: химический пар - твердая пшеница - мягкая пшеница - ячмень. Затем идут подсолнечник, ячмень, нут, твердая пшеница. В паровом поле происходит релаксация почвы и восстановление ее структуры, поэтому только под подсолнечник необходимо провести чизелевание с внесением минеральных удобрений. Посев осуществляется агрегатами с анкерными рабочими органами.

В соответствии с порядком севооборота формируется последовательность уборки - ячмень, мягкая пшеница, твердая пшеница, нут, подсолнечник.

В свете данных положений рассмотрим структуру посевных площадей ООО «Совхоз Брединский». Хозяйство специализируется на производстве зерна твердой пшеницы, разведении племенного мясомолочного скота симментальской породы. Производственные процессы в растениеводстве реализуются на основе ресурсосберегающих технологий почвозащитного земледелия.

Общая земельная площадь хозяйства, которая составляет 22400 га, распределена на два типа севооборотов.

Для обеспечения животноводства сочными кормами сформирован четырехпольный севооборот для возделывания культур на сенаж и силос (рисунок 3.1). Средний размер поля севооборота - 800 га, общая площадь - 3200 га.

Рисунок 3.1 - Кормовой севооборот

Площадь посева кукурузы составляет 1600 га, что позволяет получить необходимое количество силоса для животноводства, а ячмень и овес в смеси с нутом возделываются для получения сенажной массы. Посев кукурузы проводится пропашными сеялками во второй половине мая, после прогревания верхнего слоя почвы на глубину посева до 100, а ячмень и смесь овса с нутом высевается в ранние сроки в третьей декаде апреля.

С учетом сохранения специализации хозяйства на производстве твердой пшеницы, а также диверсификации и обеспечения культур хорошими предшественниками на площади 19200 га реализуем восьмипольный севооборот с размером каждого поля 2400 га со следующим набором культур (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Восьмипольный севооборот

При таком севообороте имеем 4800 га твердой пшеницы, из которых половина высевается после парового поля, другая половина - после хорошего предшественника - нута, который способен накапливать в почве усвояемый азот, являясь к тому же высокомаржинальной и засухоустойчивой культурой. После уборки ячменя проводится чизелевание для следующего поля подсолнечника, площадь которого составляет 2400 га. В целях реализации влагосберегающей технологии уборка ячменя и мягкой пшеницы проводится с формированием высокостерневых кулис очесывающими жатками.

Потребное количество посевных и уборочных агрегатов определяется объемом работ для каждой возделываемой культуры, дневной производительностью агрегатов и рациональной длительностью выполнения работ:

N =

У-

лШ •К

1=1" дш -^см

ЪI

(3.1)

где N - потребное количество агрегатов, шт; Б - площадь 1-й культуры, га; Ксм - коэффициент сменности;

Ждщ- - дневная производительность агрегата на 1-й культуры, га/дн; Ор - рациональная длительность выполнения работ, дн.

По данным хронометражных наблюдений в хозяйстве, дневная производительность Wдн агрегатов при посеве и уборке различных культур имеет следующие значения (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Показатели дневной производительности посевных и уборочных агрегатов, га/дн

Посев зерновых культур (агрегат К744 + Amazone Condor 15000)

Твердая пшеница 185

Мягкая пшеница 190

Ячмень 180

Нут 150

Овес + нут 160

Посев пропашных культур(агрегат Challenger MT585B + Kinze 3600)

Кукуруза 110

Подсолнечник 130

Уборка зерновых (комбайн Across 585)

Твердая пшеница 44

Мягкая пшеница 48

Ячмень 45

Нут 38

Подсолнечник 30

По данным таблицы 3.1 по формуле (3.1) рассчитываем потребное количество посевных и уборочных агрегатов, принимая длительность работ на посеве 30 дней, на уборке 60 дней, и строим динамику проведения посевных и уборочных работ.

3.2 Определение потерь за очесывающей жаткой в зависимости от влажности зерна

Использование очесывающих жаток позволяет маневрировать сроками уборки урожая за счет широкого диапазона влажности зерна. Однако требуется определение этих диапазонов для различных культур в условиях уборки в степной зоне Южного Урала. Для решения этой задачи на базе предприятия ООО «Совхоз Брединский» были проведены полевые испытания по определению влияния влажности зерна на уровень потерь за очесывающей жаткой.

При проведении полевых испытаний использовались участки длиной 100 м и шириной 14 м на трех полях с равномерным рельефом, отсутствием засоренности. Первое поле было занято твердой пшеницей сорта «Безенчукская степная», второе - мягкой пшеницей сорта «Челяба 75» и третье поле - ячменем сорта «Челябинский 99». Испытания решено было проводить при трех вариантах влажности зерна: 14; 20 и 26%.

На всех полях влажность зерна определяли в разный период созревания с целью определения необходимого значения влажности и получения зависимостей потерь зерна за очесывающей жаткой от его влажности.

Влажность зерна определяли портативным влагомером НЕ-50 производства PFEUFFER, Германия (сертификат об утверждении типа средств измерений DE.C. 31.005.А № 18460, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений № 27519-04), с погрешностью измерения 0,1% (рисунок 3.3).

Порядок определения влажности зерна был следующим. Пробу зерна вымолачиваем из колосьев исследуемой культуры вручную и помещаем в нижнюю часть ячейки прибора, закручивая ее до упора. Измерительную ячейку устанавливаем на измерительное устройство, переключатель переводим на нужную культуру и нажимаем кнопку измерения, после чего на экране появляется значение влажности зерна.

Определение потерь зерна за очесывающей жаткой проводилось согласно методике по ГОСТ 28301-2015 [111]. Потери за очесывающей жаткой включают в

себя потери свободным зерном и зерном в оторванных колосьях, упавших на землю, и зерном в колосьях, оставшихся на стебле.

Рисунок 3.3 - Портативный влагомер зерна НЕ-50

На испытаниях использовались комбайн «Claas Tucano 340» и очесывающая жатка ОЖ-7 «Озон» производства ООО «Пензмаш». Условия уборки для каждой культуры и каждой зоны имеют свои особенности, зависящие от агробиологического состояния стеблестоя и природно-хозяйственного характера полей. В связи с этим очесывающая жатка должна иметь значительный диапазон технологических регулировок рабочих органов, обеспечивающих качественную уборку зерновых культур. Для наших исследований регулировку высоты жатки, ширины зоны очеса и частоты вращения очесывающего ротора выполняли согласно рекомендациям Фадеева М. А. [101] для рабочей скорости 8 км/ч.

Для чистоты эксперимента и получения достоверных значений следует учитывать доуборочные потери зерна от естественного самоосыпания, так как они могут оказать значительное влияние на подсчет общих потерь за очесывающей жаткой. Доуборочные потери зерна от самоосыпания на каждом поле при каждом варианте влажности определяли непосредственно перед проведением испытаний в четырех местах с помощью рамки размерами 50х50 см методом сбора зерен на

земле. Эти зерна взвешивали с помощью лабораторных весов, результаты записывали в журнал проведения испытаний.

Среднее арифметическое значение потерь зерна от самоосыпания Че, г, вы-чесляем по формуле

1 п

Че = - XЧег , (3.2)

П 1-1

где - масса зерна, собранного с 1-й площадки, г; п - число учтенных площадок, шт.

Для определения потерь зерна за очесывающей жаткой комбайн проходил по полю в рабочем режиме 100 м в одну и в другую сторону, в результате чего получалась полоса шириной 14 м. Для фиксации потерь зерна использовали ту же рамку, которую накладывали в пяти местах по всей длине исследуемого участка с интервалом 20 м по линии стыка проходов жатки, чтобы исключить влияние потерь за молотилкой комбайна на результат испытаний. В пределах рамки собирали все виды потерь (свободным зерном, оторванными колосьями и неоторванны-ми колосьями). Зерно из колосьев вымолачивали вручную, затем подсчитывали общее количество зерен, упавших в пределах рамки, результаты записывали в журнал. Собранные зерна, в случаях исследования при высоких показателях влажности, высушивали до влажности 12-14% и определяли их массу.

Величину потерь зерна за жаткой для каждой культуры дж, %, определяли в процентах от фактической урожайности полностью убранного поля, исходя из усредненной массы всех потерянных зерен, с учетом потерь зерна от самоосыпания:

Чж = %-Че-10, (3.3)

Я - Уф

где Чо - средняя масса суммы всех потерь зерна, г;

2

Б - площадь рамки, равная 0,25 м ; Уф - фактическая урожайность поля, ц/га.

3.3 Методика проведения исследований по определению снегозадерживающей способности высокостерневого фона

3.3.1 Программа исследований

Полевые экспериментальные исследования проводились с целью оценки снегозадерживающей способности и количества полезной влаги в почве высокостерневого фона зерновых культур, образованного во время уборки жатками очесывающего типа как при сплошном очесе, так и при различных вариантах образования высокостерневых кулис с различным межкулисным расстоянием. Так как в условиях производства подразумевается одновременное использование комбайна с очесывающей жаткой и комбайна с жаткой сплошного среза, то при формировании технологического процесса с образованием высокостерневых кулис очесывающей жаткой ширина межкулисного расстояния будет определяться вариантами очередности проходов этих комбайнов.

Полевые исследования проводились в степной засушливой зоне Южного Урала на базе ООО «Совхоз Брединский» в Брединском районе Челябинской области. Определение снегозадерживающей способности высокостерневого фона проводилось осенью 2021 года на поле после уборки ячменя сорта «Челябинский 99».

Разработанная программа исследований включала в себя:

- выбор участка поля для проведения эксперимента;

- определение агробиологических характеристик убираемой культуры;

- разметку делянок;

- уборку урожая комбайном на делянках при различных вариантах использования очесывающей жатки;

- определение высоты снежного покрова на делянках;

- расчет потенциальной прибавки полезной влаги в почве.

Вариантами использования очесывающей жатки для получения высокостерневого фона служили:

- контрольный вариант №1 - стерня высотой 18 см, полученная комбайном с жаткой сплошного среза;

- вариант №2 - сплошной очес, выполненный комбайном с жаткой очесывающего типа;

- вариант №3 - кулисы шириной 7 м с межкулисным расстоянием 7 м, полученные в результате чередования проходов комбайна с жаткой очесывающего типа и комбайна с жаткой сплошного среза;

- вариант №4 - кулисы шириной 7 м с межкулисным расстоянием 14 м, полученные в результате чередования проходов двух комбайнов с жатками сплошного среза и одного комбайна с жаткой очесывающего типа;

- вариант №5 - кулисы шириной 7 м с межкулисным расстоянием 11 м, полученные в результате чередования проходов самоходной косилки «МакДон» и комбайна с жаткой очесывающего типа.

Исследования включали в себя установление влияния различной ширины межкулисного пространства при одинаковой ширине кулис на снегозадерживающую способность.

Для проведения исследований было выбрано поле ячменя площадью 454 га. Опытный участок отвечал следующим требованиям: размеры его позволяли проводить полевые испытания при всех запланированных режимах работы - длина 50 м, ширина 200 м; рельеф местности не влиял на степень снегозадержания, т. е. участок не имел возвышенностей, углублений и каких-либо других препятствий, которые могли бы повлиять на чистоту эксперимента. Хлебостой на участке был равномерным по густоте, не полеглым, допустимая степень полеглости и поник-лости стеблей составляла 10. 15%.

Траектория движения комбайна вдоль длины участка должна быть перпендикулярна направлению преобладающего ветра, определенного по розе ветров для данной местности. Выполнение этого условия необходимо для получения максимального эффекта по накоплению снежного покрова высокостерневыми кулисами.

Участок поля был разбит на делянки, на каждой из которых уборку урожая вели комбайнами при различных вариантах использования очесывающей жатки, жатки сплошного среза и раздельного метода уборки.

Для получения высокостерневого фона использовался комбайн Клаас Тука-но 340 с очесывающей жаткой производства «Пензмаш» ЖО-7 «ОЗОН» шириной захвата 7 м. Для получения обычного стерневого фона в межкулисном пространстве с оптимальной для яровых культур высотой стерни 18 см использовалась та же модель комбайна, но оборудованная жаткой сплошного среза шириной захвата 7 м, а также самоходная косилка МакДон с жаткой сплошного среза шириной захвата 11 м. Перед началом испытаний все комбайны и самоходные косилки, а также навесные очесывающие жатки и жатки сплошного среза были обкатаны и отрегулированы с учетом инструкций по эксплуатации под конкретные полевые условия.

Для проведения эксперимента поле разметили на пять делянок.

Первая делянка контрольная, шириной 28 м, на которой провели уборку урожая комбайном с жаткой сплошного среза с измельчением и разбрасыванием соломы и получением стерневого фона высотой 18 см.

Вторая делянка, шириной 28 м, на которой уборку произвели комбайном с жаткой очесывающего типа, вследствие чего получили высокостерневой фон сплошного очеса (рисунок 3.4).

Третья делянка, шириной 28 м, на которой производили уборку чередованием проходов комбайна с жаткой сплошного среза и комбайна с жаткой очесывающего типа. В результате получились две высокостерневые кулисы шириной по 7 м с межкулисным расстоянием 7 м.

Четвертая делянка, шириной 42 метра, на которой производили уборку чередованием проходов двух комбайнов с жатками сплошного среза и одного комбайна с жаткой очесывающего типа. В результате получились две высокостерневые кулисы шириной по 7 м каждая с межкулисным расстоянием 14 м.

На пятой делянке уборку производили чередованием проходов самоходной косилки МакДон с жаткой сплошного среза шириной 11 м и комбайна с очесы-

вающей жаткой. В результате на этой делянке получились две высокостерневые кулисы шириной по 7 м с межкулисным расстоянием 11 м. Ширина этой делянки составила 36 метров.

Рисунок 3.4 - Высокостерневой фон, полученный методом уборки очесом

комбайном «Клаас» с навесной очесывающей жаткой «ОЗОН»

На рисунке 3.5 представлена схема участка поля для проведения испытаний с размеченными делянками.

На каждой делянке устанавливаются подготовленные деревянные колышки высотой 1,5 м, которые определяют собой точки замера высоты снежного покрова, чтобы в дальнейшем упростить ориентацию на контрольном участке поля для замеров в зимний период.

На первой и второй делянках установили по 5 колышков вдоль средней линии ширины делянки с интервалом 10 м, с чередованием каждого последующего колышка влево или вправо от средней линии ширины делянки на расстояние 5 м и отступом от начала и конца делянки 5 м. Это позволило определить высоту снежного покрова на стерне высотой 18 см и на высокостерневом фоне, образованном

жаткой очесывающего типа для дальнейшего сравнения снегозадерживающей способности этих вариантов и вариантов с высокостерневыми кулисами.

участки низкого среза стеблей

Рисунок 3.5 - Схема участка поля для проведения эксперимента

На третьей, четвертой и пятой делянках колышки установили вдоль средней линии длины каждой делянки, на границе с предыдущей делянкой, на левой границе и на правой границе первой кулисы каждой делянки. Точки замера высоты снежного покрова в данном случае будут находиться по линии установленных колышков с интервалом один метр, начиная с границы делянки. Таким образом, мы имеем возможность замерить высоту снежного покрова на межкулисных пространствах и на самих кулисах при различных вариантах их образования, определить влияние ширины межкулисного пространства на характер заполнения его снегом и оценить снегозадерживающую способность высокостерневых кулис. В итоге на третьей, четвертой и пятой делянках мы получаем 15, 22 и 19 точек замера высоты снежного покрова соответственно.

Схема расположения точек замера высоты снежного покрова на каждой делянке представлена на рисунке 3.6.

На основе спланированного эксперимента в полевых условиях в течение зимнего периода с момента установившегося снежного покрова в декабре 2022 года по февраль 2023 года осуществлялось наблюдение за снегозадержанием и

снегонакоплением на исследуемых делянках и производился замер высоты снеж-

ного покрова.

делянка №1 делянка №2 делянка №3 делянка делянка №5

Рисунок 3.6 - Схема расположения точек замера высоты снежного покрова

3.3.2 Методика определения агробиологических характеристик убираемой культуры

После формирования контрольных делянок была определена густота стеблестоя стерни на поле с помощью квадратной рамки 0,5х0,5 м в трехкратной по-вторности в 5 точках. Полученные данные заносятся в журнал учета и регистрации экспериментальных данных, после чего умножаются на 4, чтобы в результате получить густоту стеблестоя на один квадратный метр.

Кроме того, на площадке 0,5х0,5 м, выделенной рамкой на сплошном очесе и на кулисе, образованной очесывающей жаткой, у 20 выбранных случайно растений измеряли расстояние от поверхности почвы до вершины очесанного стебля линейкой для определения высоты высокостерневого фона. Полученные данные также заносятся в журнал и в дальнейшем обрабатываются в пакете программы ЫБ Ехе1.

3.3.3 Методика замера высоты снежного покрова

В зимний период после установившегося снежного покрова на каждой контрольной делянке определялась его высота (расстояние от почвы до верхней гра-

ницы снежного слоя). Всего точек замера высоты снежного покрова согласно методике проведения эксперимента было 66. Замеры на контрольных участках производили на всю глубину снежного покрова с помощью метровой линейки. Данные журнала учета представлены в главе 4.

3.3.4 Методика определения продуктивной влаги в метровом

слое почвы

Для выявления влияния снегонакопления на количество продуктивной влаги в почве программой экспериментальных исследований предусматривалось определение количества продуктивной влаги в метровом слое почвы. Всего было произведено по три замера на каждой делянке 20 апреля 2022 года.

При определении влажности почвы использовались:

- весы лабораторные с пределом взвешивания 100 г (рисунок 3.7);

- шкаф сушильный с погрешностью регулирования до 2 ° С;

- бюксы весовые алюминиевые с крышками.

Влажность почвы определялась термостатно-весовым методом. Суть метода состоит в определении влагосодержания в почве по количеству воды в пробе, взятой с определенной глубины и высушенной в сушильном шкафу до абсолютно сухого состояния и взвешенной до и после высушивания.

Влажность от массы абсолютно сухой почвы (весовая влажность) - это содержание воды в почве, выраженное в процентах от ее абсолютно сухой массы, рассчитывается по формуле

В0 = • 100, (3.4)

где В0 - весовая влажность почвы, %; а - масса сырой почвы в образце, г; Ь - масса абсолютно сухой почвы в образце, г.

Запасы влаги в исследуемом слое почвы выражаются в мм/га.

Общий запас рассчитывается по формуле

Vобщ = Во ч •Ь • 0,1, (3.5)

где Жобщ - общий запас влаги, мм/га; В0 - весовая влажность, %;

-5

й0 - плотность почвы, г/см ; И - мощность слоя почвы, см.

Рисунок 3.7 - Весы лабораторные с пределом взвешивания 100 г

и алюминиевые бюксы

Расчет ведется послойно через каждые 10 см, так как величина плотности почвы и ее влажность в отдельных слоях неодинаковы. Сумма послойных запасов воды выражает ее общее содержание в метровом слое почвы или во всем почвенном профиле.

Непродуктивный запас воды - количество воды равное или меньшее, чем запас воды при ВЗ данной почвы. Он рассчитывается по формуле

^непрод. = (Вз) ■ ^ ■ И ■ 0,1, (3.6)

где Жнепрод - непродуктивный запас воды, мм/га;

ВЗ - влажность устойчивого завядания, %;

Продуктивный запас воды в почве определяется по разности между общим и непродуктивным запасами:

Ж = Ж * - Ж (3 7)

" прод "общ "непрод-

На каждой контрольной делянке по средней линии ширины с помощью бура системы Неговелова С. Ф. отбирались по три пробы почвы в метровом слое вглубь через каждые десять сантиметров и переносились в бюксы, которые дальше сдаются в лабораторию для сушки до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105 0С. На следующий день проводится взвешивание бюксов с абсолютно сухой почвой, и ведутся расчеты по указанным выше формулам. Результаты заносятся в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Содержание запасов продуктивной влаги в метровом слое

Номер делянки Номер замера Количество продуктивной влаги по горизонтам, мм/га

о о 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 в метровом слое

1 1

2

3

2 1

2

3

3 1

2

3

4 1

2

3

5 1

2

3

3.4 Программа лабораторных экспериментальных исследований

Для выявления возможности работы посевных секций с прорезными дисками разных типов в условиях высокостерневых фонов и определения их рациональных конструкционных и режимных параметров проведены лабораторные экспериментальные исследования в лаборатории «Почвенный канал» ЮжноУральского ГАУ.

Методика лабораторных экспериментов предполагала следующую программу:

- оценка условий проведения экспериментов (определение физико-механических свойств почвы и пожнивных остатков);

- оценка параметров борозд анкерного сошника с различными типами прорезных дисков;

- исследование процесса разрезания пожнивных остатков и степени их вовлечения в борозду различными типами прорезных дисков;

- оценка тягового сопротивления прорезных дисков различной конструкции.

3.4.1 Оценка условий проведения эксперимента

В соответствии с программой лабораторных экспериментов производилась оценка следующих физико-механический свойств почвы:

- влажность почвы в слоях 0.5; 5. 10; 10. 15 см; 15.20 см;

- твердость почвы в слоях 0.5; 5. 10; 10. 15; 15.20 см;

- плотность почвы в слоях 0. 5; 5. 10; 10. 15; 15.20 см.

Влажность почвы оценивалась весовым методом, описанным в параграфе

3.3.4.

Твердость почвы определялась при помощи статического твердомера А.Н. Ревякина с погрешностью не более 10%. Твердость определялась по результатам обработки полученных диаграмм с использованием следующей формулы:

Тп = Иср^, (3.8)

где Иср - середина ординаты на криволинейном участке ординаты, см;

Л

к - жесткость пружины, Н/см ;

г- 2

гн - площадь поперечного сечения наконечника, см . Плотность почвы определялась при помощи тонкостенного цилиндрического пробоотборника. Пробы отбирались с необходимых горизонтов, зная объем и массу пробы, плотность вычисляли по формуле

т

Р п , (3.9)

У тт

где тп - масса пробы почвы, кг;

-5

Уп - объем пробы, м .

Влажность пожнивных остатков определялась весовым способом по аналогии. Средняя длина пожнивных остатков определялась при помощи линейки.

3.4.2 Оценка параметров борозд анкерного сошника посевной секции

с различными типами прорезных дисков

Экспериментальные исследования по оценке параметров борозд с различными типами прорезных дисков проведены в лаборатории «Почвенный канал» Южно-Уральского ГАУ. Для этих целей была разработана лабораторная установка, включающая грядиль с анкерным сошником, который крепится при помощи параллелограммного механизма к приводной тележке почвенного канала (рис. 3.8). К механизму крепится кронштейн, на котором размещены ступицы для монтажа прорезных дисков различных типов и опорного колеса.

Эксперименты по оценке размерных характеристик борозды реализованы по однофакторной схеме, в качестве управляемого фактора был принят тип прорезного диска. В экспериментах использовалось четыре типа прорезных дисков (рисунок 3.9), применяемых на комбинированных посевных секциях:

- плоский прорезной диск, устанавливаемый параллельно продольной оси грядиля (рисунок 3.9 г);

- плоский прорезной диск, устанавливаемый под углом к продольной оси грядиля (рисунок 3.9 д);

- турбодиск, устанавливаемый параллельно продольной оси грядиля (рисунок 3.9 е);

- плоский прорезной диск с вырезами, устанавливаемый параллельно к продольной оси грядиля (рисунок 3.9 ж).

Рисунок 3.8 - Лабораторная установка для проведения экспериментов в почвенном канале с установленными прорезным диском и сошником анкерного типа

В экспериментальных исследованиях для монтажа плоского диска на лабораторной установке параллельно и под углом к продольной оси грядиля применились кронштейны (рисунок 3.10). В соответствии с результатами теоретических исследований кронштейн позволял устанавливать прорезной диск под углом 100 к продольной оси грядиля.

Анкерный сошник в ходе экспериментов имел стандартные размеры: ширина 3 см, угол установки долота ко дну борозды - 450.

где ж

Рисунок 3.9 - Варианты прорезных дисков для проведения лабораторных экспериментов: а - плоский прорезной диск; б - турбодиск; в - плоский прорезной диск с вырезами; г - плоский прорезной диск на лабораторной установке, установленный параллельно продольной оси грядиля; д - плоский прорезной диск на лабораторной установке, установленный под углом к продольной оси грядиля; е - турбодиск на лабораторной установке; ж - плоский

диск с вырезами на лабораторной установке

Таким образом было проведено пять серий однофакторных экспериментов, в результате которых было выполнено:

- оценка параметров борозды, образованной после прохода анкерного сошника без прорезного диска (контрольный вариант);

- оценка параметров борозды, образованной после прохода анкерного сошника с плоским прорезным диском, установленным параллельно продольной оси грядиля;

- оценка параметров борозды, образованной после прохода анкерного сошника с плоским прорезным диском, установленным под углом к продольной оси грядиля;

- оценка параметров борозды, образованной после прохода анкерного сошника с турбодиском, установленным параллельно продольной оси грядиля;

- оценка параметров борозды, полученной после прохода анкерного сошника с плоским прорезным диском с вырезами, установленным параллельно продольной оси грядиля.

Рисунок 3.10 - Кронштейны для крепления опорного колеса и прорезного диска: а -для крепления диска параллельно продольной оси грядиля; б - для крепления прорезного диска под углом к продольной оси грядиля Каждая серия экспериментов включала в себя проход секции по почвенному каналу с установленной глубиной хода анкерного сошника 5,0 см. После каждого прохода производилось вскрытие и обрисовка (профилирование) полученного поперечного профиля борозды: борозда вскрывалась на поперечный профиль, перпендикулярно ему накладывался лист прозрачного пластика и производилась обрисовка контура борозды (рисунок 3.11).

а б

Рисунок 3.11 - Оценка параметров борозды: а - поперечный срез борозды;

б - профилирование борозды

Полученные профили сканировались и в электронном виде для оценки геометрических параметров борозд обрабатывались в программе Компас 3Э (рисунок 3.12). Оценивались форма, площадь поперечного сечения полученной борозды и фактическая глубина хода анкерного сошника.

Рисунок 3.12 - Контур борозды с наложенной координатной сеткой в программе

Компас 3Б

3.4.3 Исследование процесса разрезания пожнивных остатков

Экспериментальные исследования процесса разрезания пожнивных остатков проведены в лаборатории «Почвенный канал» Южно-Уральского ГАУ. Для этого использовались четыре указанных типа прорезных дисков, причем с лабораторной установки был демонтирован анкерный сошник (рисунок 3.13).

Рисунок 3.13 - Лабораторная установка после прохода по слою пожнивных остатков Эксперименты реализованы по однофакторной схеме путем последовательного перебора всех управляемых факторов, в качестве которых выступали тип прорезного диска и скорость перемещения. Проведено три серии экспериментов, включающих в себя оценку степени разрезания пожнивных остатков.

В качестве критерия оптимизации в рассматриваемых экспериментах принято количество (в процентном выражении) стеблей пожнивных остатков, полностью перерезанных после прохода диска, от общего их количества:

г =—100, (3.10)

где гп - количество полностью перерезанных стеблей, шт.; го - общее количество стеблей, шт. Перед проведением каждого эксперимента на поверхность почвы канала укладывались пожнивные остатки из расчета 60 стеблей на погонный метр (рисунок 3.14).

г

о

Эксперимент проводился в такой последовательности: регулировка усилия, оказываемого опорным колесом на почву; установка прорезного диска соответствующего типа на ступицу кронштейна лабораторной установки; проезд опорного колеса с диском по почве и пожнивным остаткам. Каждый проход осуществлялся при варьировании скорости от 1,0 до 3,0 м/с.

После каждого опыта оценивался внешний вид образованных прорезными дисками щелей (рисунок 3.15), подсчитывалось количество полностью разрезанных стеблей пожнивных остатков в процентах по формуле (3.10).

Усилие, оказываемое опорным колесом на почву, определялось предварительно перед каждым опытом с помощью весов ВА-1500 (рисунок 3.16). Усилие было принято постоянным - 2000 Н. Глубина хода прорезных дисков, для сопоставимости результатов, во всех рассматриваемых случаях была принята также постоянной - 5 см.

Рисунок 3.14 - Пожнивные остатки, уложенные на поверхность почвы перед опытом

Рисунок 3.15 - Щель, образованная прорезным диском, и разрезанные стебли пожнивных остатков

Рисунок 3.16 - Весы ВА-15 для определения усилия, оказываемого опорным

колесом на почву

3.4.4 Методика полного факторного эксперимента с прорезным

диском посевной секции

На основе предварительных опытов по оценке процесса разрезания пожнивных остатков прорезными дисками разного типа установлено, что наибольший процент г обеспечивается при использовании плоского диска, установленного параллельно и под углом к оси грядиля.

В целях выявления рациональных конструкционных и режимных параметров в лабораторных условиях был реализован полный факторный эксперимент типа 22. В качестве управляемых выбраны факторы, оказывающие наиболее существенное влияние на прорезание слоя пожнивных остатков: