Введение. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур зависит от возможности создания благоприятных условий для их возделывания [1, 2] – это прежде всего относится к агрофизическим свойствам почвы (объемная масса, плотность твердой фазы, общая и капиллярная скважность, полевая влагоемкость, уровень аэрации) [3, 4]. Эти параметры определяют основные процессы движения воды и питательных веществ (при разложении внесенных гранулированных удобрений) в поровом пространстве почвы – конвективный перенос, сорбция, диффузионный массоперенос и дисперсионный перенос [5, 6]. При этом структура порового пространства почвы на различных участках поля может отличаться вследствие изменения его рельефа, что влияет на водный, тепловой, питательный и солевой режимы почвы. Это, в свою очередь, приводит к различным возможностям трансформации поступившей влаги и питательных веществ. В результате процессы конвекции, диффузии и дисперсии на разных участках поля также могут отличаться. Для равномерного распределения поступающих веществ целесообразно использовать рабочие органы сельскохозяйственных машин и орудий, которые параллельно с выполнением основной задачей (обработка почвы) могут осуществлять внесение гранулированных удобрений в слой почвы, где происходит формирование и развитие корневой системы сельскохозяйственных растений [7, 8, 9]. Преимущество одновременного внесения удобрений с механической обработкой почвы обусловлено тем, что в почве в лучшую сторону меняются пористость, коэффициент фильтрации и объемная масса. Появляются благоприятные условия для передвижения поступивших питательных веществ. Наиболее приемлем для внесения гранулированных удобрений рабочий орган плоскореза-глубокорыхлителя удобрителя [7, 10, 11].
В связи изложенным, цель исследований – изучение влияния обработки почвы рабочим органом плоскореза-глубокорыхлителя удобрителя с одновременным внесением гранулированных удобрений на ее фильтрационные свойства.
Условия, материалы и методы. Экспериментальные исследования проводили на контрольном участке, имеющем ровную поверхность и небольшой уклон (рис. 1), расположенном в Моргаушском районе (Чувашская Республика) на территории сельскохозяйственного производственного кооператива «Оринино». Почва опытного участка суглинистая.
Рис. 1 – Контрольный участок для проведения экспериментальных исследований.
Поскольку рабочий орган плоскореза-глубокорыхлителя осуществляет обработку без оборота пласта, необходимо провести послойное исследование почвы для определения изменений, происходящих при его подрезании и сходе с рабочего органа плоскореза. С этой целью отбор проб проводили согласно ГОСТ Р 58595–2019 в слоях 0…100 мм, 100…200 мм и 200…300 мм через 2 месяца после прохода рабочего органа и внесения удобрений. Отбор проводили при помощи кассет (рис. 2) в контрольных точках исследуемого участка. Контрольные точки выбирали по углам и центру исследуемого участка для усреднения результатов. Пористость почвы и ее фильтрационные способности определяли согласно ГОСТ 25584-2016.
Рис. 2 – Кассета с образцом почвы.
Обработку почвы проводили плоскорезом-глубокорыхлителем удобрителем (рис. 3) с одновременным внесением гранулированных мелиорантом. Рабочий орган орудия представляет собой плоскорежущую лапу, к стойке которой крепится кожух материалопровода, в нижней части располагаются вращающиеся диски с зубьями. Зубья представляют собой металлические пластины, загнутые в одну сторону [7].
|
1 |
|
2 |
|
4 |
|
3 |
Рис. 3 – Рабочий орган плоскореза-глубокорыхлителя удобрителя: 1 – стойка плоскорежущей лапы; 2 – кожух материалопровода; 3 – диски с зубьями; 4 – ось дисков.
При выполнении рабочего процесса в материалопровод подаются гранулированные удобрения, а также сжатый воздух для интенсивной и равномерной подачи гранул и предотвращения забивания ими материалопровода. Сжатый воздух поступает по воздуховодам от вентилятора, который приводится в движение от вала отбора мощности трактора. В процессе работы лапа плоскореза заглубляется и срезает слой почвы. Далее он перемещается по поверхности лапы, под рабочим органом образуется пространство, в котором и разбрасываются гранулы удобрений.
При выходе из материалопровода гранулы попадают на зубья дисков, которые вращаются во взаимном зацеплении и взаимодействуют концами зубьев с дном борозды. В результате взаимодействия зубьев дисков с гранулированными удобрениями образуется поток, направленный преимущественно в противоположную сторону, относительно движения рабочего органа, в подлаповом пространстве.
Результаты и обсуждение. Коэффициент фильтрации определяет возможность почвы впитывать и пропускать влагу, а также поступающие питательные вещества. В нашем исследовании величина этого показателя на глубине хода плоскорежущей лапы (200…300 мм) составляла 90,6…106,0 см в сутки (рис. 4). При этом оптимальные значения для различных типов почвы варьируют в следующих пределах: песчаная – 300…800 см/сут.; суглинистая – 20…100 см/сут.; глинистая – 1…50 см/сут. [14, 15]. С учетом того, что почва опытного участка представлена суглинистой разностью, полученные значения свидетельствуют о ее хороших фильтрационных свойствах.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что в верхней части (слой 0…10 см) пласт почвы сохраняет целостность, а на глубине 20…30 см происходит его разрушение (рис. 4), что способствует созданию водного, воздушного и теплового режимов, активизирует работу почвенных микроорганизмов, улучшает питание растений и снабжение корней кислородом. Слой 10…20 см характеризуется как переходный.
Рис. 4 – График коэффициента фильтрации в различных слоях почвы контрольного участка.
Формирование пористости почвы происходит под воздействием таких факторов, как образование и разрушение структуры, уплотнение частиц почвы, микро- и макроагрегатов, перепады температур и увлажнения, жизнедеятельность живых организмов и др. Величина этого показателя зависит от гранулометрического состава и типа структуры, содержания гумуса и биогенности почвы, агроклиматических условий, способов обработки и методов возделывания.
Согласно эталонным значениям, отличной считают пористость почвы равную 55…65 %; удовлетворительной – 50…55 %; неудовлетворительной – 40…50 %; низкой – 25…40 % [14, 15, 16]. В нашем исследовании величина этого показателя в слое 20…30 см составила 54,3 % (рис. 5), что обусловлено разрушением нижней части пласта, который непосредственно контактирует с рабочим органом плоскореза. В слое 0…10 см разрушение меньше, поскольку именно здесь расположена значительная часть корней растений. Полученные величины соответствуют удовлетворительному качеству обработки почвы.
Рис. 5 – График пористости почвы в различных слоях почвы контрольного участка.
Объемная масса почвы зависит от минерального и механического состава, содержания органического вещества, структурного состояния и состава почвы [12, 13]. Внесение гранулированных удобрений позволило увеличить содержание органических веществ в почве, что сказалось на полученных результатах.
После обработки почва имеет наименьшую объемную массу, затем она постепенно уплотняется, и через определенный промежуток времени становится более или менее постоянной. Состояние почвы характеризуется следующими значениями: вспушенная или богатая органическими веществами – меньше 1,0 г/см3; рыхлая или свежевспаханная – 1,0…1,2 г/см3; плотная – 1,2…1,3 г/см3; сильно уплотненная – 1,3…1,4 г/см3; подпахотный горизонт – 1,4…1,6 г/см3 [14, 16, 17].
В нашем исследовании спустя 2 месяца после обработки объемная масса почвы во всех рассматриваемых слоях соответствовала характеристике рыхлая или свежевспаханная (рис. 6).
Рис. 6 – Объемная масса почвы в различных ее слоях контрольного участка
Выводы. В результате проведенных экспериментов были получены следующие показатели фильтрационных свойств почвы исследуемого участка: коэффициент фильтрации – 96,2 см в сутки, пористость – 54,3 %, объемная масса почвы – 1,05 г/см3. Это позволяет утверждать, что рассматриваемый рабочий орган создает благоприятные условия для возделывания сельскохозяйственных культур, в частности обеспечивает формирование порового пространства для движения воздуха, влаги и питательных веществ.
