COMBINED TECHNOLOGY AND UNIT FOR STRIP-TILL

КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И АГРЕГАТ ДЛЯ ПОЛОСОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

Научная статья

Бойков В.М.¹, Старцев С.В.^2, *, Воротников И.Л.³, Павлов А.В.⁴

^{1, 2, 3, 4} Саратовский госагроуниверситет им. Н.И. Вавилова, Саратов, Россия

* Корреспондирующий автор (kingofscience[at]yandex.ru)

Аннотация

Для производства пропашных культур, высеваемых по широкорядной технологии, все большее распространение находит технология обработки почвы по полосам. В университете разработана технология и комбинированный агрегат ПБС-8х70П для полосовой обработки почвы с одновременным внесением минеральных удобрений для условий степного Поволжья. На раме агрегата установлены чизельные корпуса и гребнеобразователи. Ширина захвата агрегата составляет 5,6м; длина 1,9м; высота 1,7м; расстояние между чизельными корпусами в ряду 0,7м; расстояние между гребнеобразователями в ряду 0,35м; регулируемая величина глубины обработки почвы чизельными корпусами 0,15-0,4м. На скорости 2,6м/с, глубине 0,3м, эксплуатационная производительность К-9430+ПБС-8х70П составила 3,8га/ч.

Ключевые слова: почва, технология, агрегат, рабочий орган, глубина, производительность.

COMBINED TECHNOLOGY AND UNIT FOR STRIP-TILL

Research article

Boikov V.M.¹, Startsev S.V.^2, *, Vorotnikov I.L.³, Pavlov A.V.⁴

^{1, 2, 3, 4} Saratov State Vavilov Agrarian University, Saratov, Russia

* Corresponding author (kingofscience[at]yandex.ru)

Abstract

Strip-till is becoming increasingly widespread in the production of row crops sown using wide row planting. The university has developed a technology and a combined unit "PBS-8x70p" for strip-till with simultaneous mineral fertilizing for the environment of the Volga Region steppe. The frame of the unit contains chisel plows and ridge formers. The width of the unit is 5.6 m; length is 1.9 m; height is 1.7 m; distance between chisel housings in a row is 0.7 m; distance between ridge formers in a row is 0.35 m; adjustable depth of tillage with chisel plows is 0.15-0.4 m. At a speed of 2.6 m / s, a depth of 0.3 m, the operational capacity of K-9430+PBS-8x70p amounted to 3.8 ha/h.

Keywords: soil, technology, aggregate, working attachment, depth, productivity.

Введение

С целью снижения энергоемкости основной обработки почвы, когда пахотный пласт рыхлится в сплошную, сегодня применяется технология частичного рыхления пласта - обработка по полосам. Такую обработку называют технологией Strip-till [1]. Технология Strip-till давно и широко используется в США, в странах Западной Европы при выращивании пропашных культур. Обработка почвы предусматривает рыхление только полосы шириной 15-25 см, с последующим высевом в неё культурных растений. Оставшаяся между полосами часть, не обрабатывается, что позволяет экономить энергоресурсы [1], [2].

Полосовая основная обработка почвы улучшает состояние почвы, дает возможность работать естественным почвенным процессам и восстанавливать плодородие почвы. Благодаря целенаправленному разрыхлению полосы почвы, именно в месте произрастания корневой системы, создается пространство для оптимального развития корневой системы растения [2], [3]. Вместе со снижением энергозатрат, такая технология защищает почву от ветровой и водной эрозии, позволяет накопить в зимний период больше снега, а пожнивные остатки между полосами предотвращают его выдувание с поля [4].

Технология полосовой обработки почвы во многом подходит для степного Поволжья, особенно в засушливые сезоны [4], [5], [6]. Хорошо развитая корневая система в разрыхленной полосе позволяет растениям получать влагу из более глубоких горизонтов почвы, не испаряясь из междурядий. Но широкое внедрение технологии сдерживается отсутствием производительной современной специализированной почвообрабатывающей техники [7], [8].

Методы и условия исследований

Исследования технологии и комбинированного почвообрабатывающего агрегата выполнялись по стандартным методикам эксплуатационно-технологической оценки пахотных агрегатов: ГОСТ 33736-2016. Техника сельскохозяйственная. Машины для глубокой обработки почвы. Методы испытаний и ГОСТ 24055-2016. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки.

Эксплуатационные показатели комбинированного агрегата в составе трактора К-9432 и почвообрабатывающего орудия ПБС-8х70П определялись на поле после уборки озимой пшеницы. На поверхности поля находились измельченная солома и пожнивные остатки в виде вертикально стоящей стерни высотой в среднем 18,5 см. Общая масса пожнивных остатков 410,0 г на одном квадратном метре. Предшествующая обработка почвы на поле проводилась лемешно-отвальными плугами общего назначения.

Поле было ровным со средневыраженным микрорельефом. Почва – чернозем обыкновенный среднесуглинистый, не засоренный плитняком и камнями. Влажность почвы по глубине 0-30см слоя составляла 18-23%, а твердость 3,2-3,5 МПа.

Основные результаты

Анализ известных исследований [9], [10], [11] позволил разработать комбинированную технологию полосой обработки почвы (рис. 1).

Рис. 1 – Схема комбинированного технологического процесса полосовой обработки почвы

 

На поле после уборки урожая предшественника, предназначенное для посева пропашных культур (рис. 1,а), первоначально производится отрыв объема почвы V трапециевидного сечения на глубину а, при этом почва крошится и далее перемещается на дневную поверхность поля, располагаясь в виде гребней с каждого края полосы (рис. 1,б). Затем гребни раскрошенной почвы перемещаются в профиль открытой полосы (рис. 1,в) и заполняют полосу. На этом этапе в полосу могут вноситься минеральные удобрения. Раскрошенная почва, заполняя открытую полосу образует вспушенный бугор высотой а₂ (рис. 1,г). В летне-осенний период, комья почвы в профиле полосы впитывают атмосферную влагу, поступающую в виде атмосферных дождей (рис. 1,г). В зимний период, вследствие низких температур, вода в комьях почвы замерзает, превращается в лед, разрывая комки почвы. При этом комки почвы крошатся на структурные отдельности размерами от 2-х до 10-ти мм. Также, в зимне-весенний период под действием атмосферного давления, происходит усадка структурной почвы, находящейся в профиле полосы. Весной, в результате снеготаяния, с поверхности поля часть воды дополнительно поступает в подпахотный слой и аккумулируется в полосах.

На основании этой технологии разработана конструктивно-технологическая схема комбинированного почвообрабатывающего агрегата ПБС-8х70П (рис. 2). На основании схемы изготовлен опытный образец: ширина захвата составила 5,6м; длина агрегата 1,9м; высота агрегата 1,7м; расстояние между чизельными рабочими органами в ряду 0,7м; расстояние между гребнеобразователями в ряду 0,35м; расстояние между опорными колесами 6,0м; регулируемая величина глубины обработки чизельных рабочих органов 0,15-0,4м.

Рис. 2 – Конструктивно-технологическая схема комбинированного почвообрабатывающего агрегата ПБС-8х70П: 1- рама; 2 – чизельный рабочий орган; 3 – гребнеобразователь; 4 – бункер для удобрений; 5- опорное колесо с механизмом регулировки глубины; а)- вид спереди; б)- вид с боку; в) - вид сверху

 

Основное назначение комбинированного агрегата ПБС-8х70П включает полосовое рыхление почвы с одновременным внесением минеральных удобрений при производстве яровых пропашных культур по системе Strip-till. На поле не допускается скопление куч соломы и растительных остатков.

Комбинированный почвообрабатывающий агрегат является навесной машиной и используется с тракторами мощностью свыше 220 кВт тягового класса 5-6 (рис. 3).

 

Рис. 3 – Почвообрабатывающий агрегат ПБС-8х70П

  Техническая характеристика комбинированного почвообрабатывающего агрегата ПБС-8х70П приведена в таблице 1.  

Таблица 1 – Техническая характеристика почвообрабатывающего агрегата

Показатель	Значение
Тип изделия	Навесной
Агрегатирование, тяговый класс трактора	5-6
Рабочие скорости, м/с	2-3
Ширина захвата, м	5,6
Транспортная скорость, км/ч, не более	25
Производительность в час, га:	4,8-5,5
Габаритные размеры машины, мм, не более:
- длина	1895
- ширина	5440
- высота	1740
Масса машины, кг:	1360
Количество корпусов	8
Количество гребнеобразователей	9
Расстояние между стойками смежных рабочих органов, мм	700
Ширина захвата долота рыхлителя, мм	30

 

Оценка применения комбинированного почвообрабатывающего агрегата ПБС-8х70П в полевых условиях проводилась с использованием трактора тягового класса 6 К-9430 в УНПО «Поволжье» (п. Степное) Советского района Саратовской области. В результате проведения исследований при обработке поля по озимой пшенице при установочной глубине чизельных рабочих органов 30 см и скорости движения агрегата от 1,6 до 2,7 км/ч была получена следующая поверхность пашни (рис. 4). Обработанная по полосам поверхность поля была ровной без нарушения требований агротехники. Агрегат ПБС-8х70П работал челночным способом без образования свальных и развальных борозд, что значительно повышало производительность пахотного агрегата. Чизельными рабочими органами разрушена плужная подошва, значительно раскрошена почва и углублен пахотный горизонт. Гребнеобразователи замульчировали пожнивными остатками верхнюю часть обработанной полосы. Высота вспушенных гребней составляла не более 5,0 см. Между раскрошенными полосами структура почвы осталась сохраненной, а на поверхности стерня уложена в горизонтальном положении. В результате на поверхности поля сформировался обработанный слой с нарезанными полосами на расстоянии 0,30м, края полосы закрыты стерней. Глубина разрыхленной почвы в полосах составила 30см.

Рис. 4 – Поверхность поля после полосовой обработки почв с мульчированием взрыхленной полосы гребнеобразователем

 

Производительность комбинированного почвообрабатывающего орудия на основании конструктивно-технологической схемы рис. 2:

Wч = 0,36 (8bч + 9bг - Δb) · υ · τ,

(1)

где, b_ч - ширина полосы обрабатываемой чизельным рабочим органом,м; b_г - ширина захвата гребнеобразователя,м; Δb – расстояние перекрытия смежных проходов агрегата, м; υ- скорость движения агрегата, м/с; τ – коэффициент использования времени.

Расчетная и экспериментальная зависимости производительности агрегата в функции скорости движения представлены на рисунке 5. Полученные зависимости имеют нелинейную закономерность. Величина часовой производительности (2) в полевых исследованиях К-9430+ПБС-8х70П меньше расчетной часовой производительности (1). На скорости 2,6м/с эксплуатационная производительность составила 3,8га/ч, теоретическая 4,2га/ч.

Рис. 5 – Зависимость часовой производительности W_ч от скорости движения υ агрегата К-9430+ПБС-8х70П: 1 – теоретическая зависимость; 2 – экспериментальная зависимость; P_кр – максимальное тяговое усилие трактора

Заключение

В результате теоретических и экспериментальных исследований применения технологии полосовой обработки почвы (Strip-till) предложена комбинированная технология и почвообрабатывающий агрегат для условий недостаточного увлажнения возделывания пропашных культур. Полученные результаты экспериментальных исследований эксплуатационно-технологических показателей агрегата ПБС-8х70П, реализующего технологию комбинированной обработки почвы в регионе сухого земледелия, показали, что основная масса пожнивных и растительных остатков располагается на поверхности поля между полосами. При работе пахотного агрегата К-9430+ПБС-8х70П происходит крошение почвы в полосе шириной 30см на глубину до 0,3м, с производительностью 2,4-4,0га/ч в диапазоне скоростей 1,6-2,6м/с.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Практика внедрения технологии Strip-till в России. [Электронный ресурс]. URL: http://agropost.ru/rastenievodstvo/ zemledelie/ praktika-vnedreniya-tehnologii-strip-till-v-rossii.html. (дата обращения: 14.11.2020)
2. Что такое strip-till? Плюсы и минусы щадящей обработки почвы. [Электронный ресурс]. URL: https://aggeek.net/ru-blog/chto-takoe-strip-till-plyusy-i-minusy-schadyaschej-obrabotki-pochvy. (дата обращения: 14.11.2020)
3. Технология Стрип Тилл Strip Till. [Электронный ресурс]. URL: http://www.striptill.ru/catalog/tehnologiya-strip-till--strip-till.html. (дата обращения: 14.11.2020)
4. Шабаев, А.И. Адаптивно-экологические системы земледелия в агроландшафтах Поволжья / А.И. Шабаев. – Саратов, 2003. - 320 с.
5. Несмиян, А.Ю. Машинно-технологическое обоснование процессов обработки почвы и посева пропашных культур в условиях дефицита влаги / А.Ю. Несмиян: дисс. …д-ра техн.наук.-Зерноград, 2017.-424с.
6. Борисенко, И.Б. Совершенствование ресурсосберегающих и почвозащитных технологий и технических средств обработки почвы в острозасушливых условиях Нижнего Поволжья / И.Б. Борисенко: автореф. дис. …д-ра техн. наук. – Чебоксары, 2006. – 42 с.
7. Машины для стрип – тилл. [Электронный ресурс]. URL: http://www.agrocounsel.ru/mashiny-dlya-strip-till. (дата обращения: 14.11.2020)
8. Бойков, В.М. Классификация машин для полосовой технологии обработки почвы / Бойков В.М., Старцев С.В., Воротников И.Л., Нарушев В.Б.// Аграрный научный журнал. № 5. 2020. С. 72-76.
9. Борисенко, И.Б. Технологическая схема рабочего органа для полосной глубокой обработки почвы / И.Б. Борисенко, М.В. Соколова // Нива Поволжья. - 2014. - №3. - С.44-48.
10. Милюткин, В.А. Совершенствование технических средств для технологии "Strip-Till" / Милюткин В.А., Бородулин И.В., Антонова З.П., Стребков Н.Ф. – [Электронный ресурс]. URL: https: //elibrary.ru/item.asp?id= 23280852& (дата обращения: 14.11.2020)
11. Сафиуллин, М.Р. STRIP-TILL в России / М.Р. Сафиуллин // Ресурсосберегающее земледелие. –2012. -№4. – С. 13 –16.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Praktika vnedrenija tehnologii Strip-till v Rossii [The practice of implementing Strip-till technology in Russia]. [Electronic resource] URL: http://agropost.ru/rastenievodstvo/zemledelie/praktika-vnedreniya-tehnologii-strip-till-v-rossii.html. (accessed: 14.11.2020) [in Russian]
2. Chto takoe strip-till? Pljusy i minusy shhadjashhej obrabotki pochvy [What is strip-till? Pros and cons of gentle tillage]. [Electronic resource] URL: https://aggeek.net/ru-blog/chto-takoe-strip-till-plyusy-i-minusy-schadyaschej-obrabotki-pochvy. (accessed: 14.11.2020) [in Russian]
3. Tehnologija Strip Till Strip Till [Technology Strip Till Strip Till]. [Electronic resource] URL: http://www.striptill.ru/catalog/tehnologiya-strip-till--strip-till.html. (accessed: 14.11.2020) [in Russian]
4. Shabaev, A. I. Adaptivno-jekologicheskie sistemy zemledelija v agrolandshaftah Povolzh'ja [Adaptive-ecological systems of agriculture in agricultural landscapes of the Volga region] / A. I. Shabaev. - Saratov, 2003. - 320 p. [in Russian]
5. Nesmian, A. Y. Mashinno-tehnologicheskoe obosnovanie processov obrabotki pochvy i poseva propashnyh kul'tur v uslovijah deficita vlagi [Machine-technological substantiation of the processes of tillage and sowing of row crops in conditions of moisture deficiency] / A.Ju. Nesmijan ... doctor of technical sciences. - Zernograd, 2017. – 424 p. [in Russian]
6. Borisenko, I. B. Sovershenstvovanie resursosberegajushhih i pochvozashhitnyh tehnologij i tehnicheskih sredstv obrabotki pochvy v ostrozasushlivyh uslovijah Nizhnego Povolzh'ja [Improvement of resource-saving and soil protection technologies and technical means of soil treatment in the acute arid conditions of the Lower Volga region] / I.B. Borisenko: autoref. dis. ... doctor of technical sciences. Cheboksary, 2006, 42 p. [in Russian]
7. Mashiny dlja strip – till [Machines for strip till]. [Electronic resource] URL: http://www.agrocounsel.ru/mashiny-dlya-strip-till. (accessed: 14.11.2020) [in Russian]
8. Boikov, V. M. Klassifikacija mashin dlja polosovoj tehnologii obrabotki pochvy [Classification of machines for strip technology of soil treatment] / Boikov V. M., Startsev S. V., Vorotnikov I. L., Narushev V. B. // Agrarnyj nauchnyj zhurnal [Agrarian Scientific Journal]. No. 5. 2020.- p. 72-76. [in Russian]
9. Borisenko, I. B. Tehnologicheskaja shema rabochego organa dlja polosnoj glubokoj obrabotki pochvy [Technological scheme of the working body for strip deep tillage] / I. B. Borisenko, M. V. Sokolova // Niva Povolzhya. No. 3. 2014. - p. 44-48. [in Russian]
10. Milyutkin, V.A. Sovershenstvovanie tehnicheskih sredstv dlja tehnologii "Strip-Till" [Improvement of technical means for the "Strip-Till" technology] / Milyutkin V. A., Borodulin I. V., Antonova Z. P., Strebkov N. F. – [Electronic resource] URL: https: //elibrary.ru/item.asp?id= 23280852& (accessed: 14.11.2020) [in Russian]
11. Safiullin, M. R. STRIP-TILL v Rossii [STRIP-TILL in Russia] / M. R. Safiullin // Resursosberegajushhee zemledelie [Resource-saving agriculture]. No.4. 2012. - p.13 -16. [in Russian]