В процессе сельскохозяйственного использования земель, в том числе мелиорированных, происходит непрерывный и естественный процесс уплотнения верхнего слоя почвы на глубину до 70 см. При отвальной технологии обработки, плугами рыхлится верхний слой 20…25 см, а ниже образуется плужная подошва уплотненная почвообрабатывающими агрегатами с плотностью более 1,6 г/см3 . Усугубляющими факторами являются: повышенная влажность почвы при обработке – ускоряется уплотняющая деформация слоя; наличие пылеватых и глинистых частиц – вымываются из пахотного горизонта и дополнительно кольматируют уплотненный слой. В Беларуси дерново-подзолистые переувлажняемые почвы занимают 25,4 % территории, причем площадь связных переувлажняемых почв составляет 2,1 млн га. Они распространены в северной и северо-восточной зонах, из них 80 % тяжелого механического состава, водопроницаемость подпахотного горизонта которых составляет менее 0,1 м/сут [1, 2]. В Могилевской области наиболее распространены средние по механическому составу переувлажняемые почвы, площадь которых около 300 тыс. га. Эти почвы обладают наибольшим плодородием (легко и среднесуглинистые) и в то же время наиболее чувствительны к избыточному увлажнению [3, 4]. Характерной особенностью этих почв является наличие плотного слабоводопроницаемого подпахотного горизонта, который способствует быстрому переувлажнению пахотного горизонта почвы, усилению оглеения, что приводит к еще большему ухудшению их свойств. Применяемые в настоящее время способы осушения мелиорированных земель не в полной мере устраняет естественные неблагоприятные водно-физические факторы. Часто, весной проведение полевых работ запаздывает из-за медленного сброса поверхностных вод. Летом и осенью, в период выпадения обильных дождей, наблюдается переувлажнение пахотного слоя, что затрудняет работу сельскохозяйственной техники. Одним из путей улучшения водного режима почвы на мелиорированных землях является проведение агромелиоративных мероприятий с глубоким рыхлением-кротованием почвы. Основная задача рыхления почвы – это образование в верхнем слое почвы комковатой структуры, за счет приподнятия объема почвы рабочим органом рыхлителя, в то время как щелевание образует вертикальные щели с уплотнением грунта вдоль разрезов. В 1970–80‑х годах за рубежом широко занимались разработкой различных орудий для глубокого рыхления переуплотненных почв, а отдельные образцы прошли испытания и успешно применялись на мелиоративных объектах. Наибольшее распространение получили рыхлители с пассивными рабочими органами, как относительно дешевые и надежные. В настоящее время вБеларуси для сплошного глубокого рыхления мелиорированных земель на более легких почвах разработан и применяется многостоечный рыхлитель ГК‑4 (масса – 1500 кг, глубина рыхления 20…70 см, производительность 1,7…4,1 га/ч), который агрегатируется с трактором мощностью 223 кВт (303 л.с.) [5]. На тяжелосуглинистых почвах, нуждающихся в рыхлении, с 1990‑х годов глубокое рыхление практически не проводилось, в основном из-за отсутствия рыхлителей с требуемыми техническими характеристиками. Результаты исследований и их обсуждение. Для разработки конструкции рыхлителя, предназначенного для выполнения глубокого рыхления слабоводопроницаемых тяжелосуглинистых почв, проанализированы технико-экономические характеристики разной мощности тракторов и определено количество таковых в производственных мелиоративных организациях. В результате анализа установлено, что в достаточном количестве имеются маломощные трактора, которые в весенний и осенний период года недостаточно загружены строительными работами. Предварительными расчетами принято направление разработки конструкции рыхлителя почвы под трактор 2‑го тягового класса «Беларус‑1221» мощностью 96 кВт (130 л.с.). В настоящее время разработана конструкция многоцелевого рыхлителя-кротователя РКП‑0,7 с ограничителем глубины рыхления, которая испытана в полевых и производственных условиях. РКП‑0,7 предназначен для улучшения водно-физических свойств почвы путем полосового глубокого рыхления с одновременным кротованием слабоводопроницаемых почв с коэффициентом фильтрации менее 0,2 м/сут. Это необходимо для улучшения водно-воздушного режима почвы, путем перевода поверхностных вод в дренажный сток на переувлажняемых минеральных почвах и торфяных с наличием оглеенного слоя. Рыхлитель-кротователь почвы РКП‑0,7 состоит из рамы, рабочего органа (зуба), опорных стоек и дренера диаметром 90 мм. Рама представляет собой сварную конструкцию, выполненную из профильного и листового металла, и является основным несущим элементом для крепления рабочего органа. Рабочий орган предназначен для глубокого рыхления почвы на глубину до 70 см с целью разуплотнения почвы, а также для формирования в грунте цилиндрической полости – кротовой дрены. Рабочий орган является разборным и состоит из стойки, ножа, долота и дренера присоединенного к стойке цепью. Рабочий орган подсоединяется к раме и фиксируется двумя пальцами, один из которых является срезным. Опорные стойки обеспечивают устойчивость рыхлителя при отсоединении его от трактора. Так же на раме крепится кронштейн со светосигнальным оборудованием и передние и задние световозвращатели. Ограничитель глубины рыхления имеет 2 положения: глубина рыхления-кротования – 70 и 60 см.
Рыхлитель-кротователь почвы РКП‑0,7 с ограничителем глубины рыхления на тракторе «Беларус‑1221» представлен на рисунке. Основные технические данные рыхлителя-кротователя почвы РКП‑0,7 приведены в табл. 1. Более подробная информация о рыхлителе-кротователе почвы РКП‑0,7 представлена на сайте института [6]. Полевые исследования рыхления-кротования. Для оценки влияния рыхления-кротования почвы агрегатом РКП‑0,7 на увеличение ее водопроницаемости проведены полевые исследования на опытно-производственном участке с тяжелосуглинистыми почвами мелиоративной системы «Шарковщинский» в Шарковщинском районе Витебской области.
Схема полевых исследований по рыхлению-кротованию почвы включала четыре варианта опыта, расположенных на дренажных системах площадью по 1 га: ● рыхление-кротование почвы: – вариант № 1 – расстояние между дренами – 20 м, глубина закладки дрен – 1,2 м; – вариант № 2 – расстояние между дренами – 20 м, глубина закладки дрен – 1 м; ● без рыхления-кротования почвы (контроль): – вариант № 3 – расстояние между дренами – 20 м, глубина закладки дрен – 1,2 м); – вариант № 4 – расстояние между дренами – 20 м, глубина закладки дрен – 1 м. На вариантах опытно-производственного участка после рыхления-кротования почвы изучены коэффициент фильтрации, объемная масса, гранулометрический, микроагрегатный и макроагрегатный состав и водный режим почвы. Рыхление почвы выполнено на глубину до 70 см. Для установления изменения морфологии почвенного профиля под влиянием рыхления проведено сравнение агрегатного состояния по образцам почвы, отобранных в шурфах.
Схема отбора образцов почвы на вариантах опыта по глубине шурфов включала три разреза: ● правая сторона рыхления-кротования почвы относительно оси рыхления-кротования; ● по оси рыхления-кротования почвы; ● левая сторона рыхления-кротования почвы относительно оси рыхления-кротования; Отбор образцов выполнялся по слоям почвы через каждые 10 см до глубины 80 см. По результатам гранулометрического, микроагрегатного, и макроагрегатного анализов образцов почвы (табл. 2) рассчитаны коэффициенты, характеризующие изменение структуры почвы и водопрочность агрегатов Рыхлитель-кротователь почвы РКП‑0,7 с ограничителем глубины рыхления (табл. 3). Коэффициенты фильтрации почвы приведен в табл. 4, а характеристика дренажного стока в табл. 5. Результаты макроагрегатного и микроагрегатного анализов почв на варианте с рыхлением почвы и контроле (без рыхления) показали, что существенно увеличилось в верхнем 30 см слое количество агрономически ценных водопрочных агрегатов размером 0,5…1 см (с 37 до 46%). Проведенные исследования структуры почвы после рыхления показали, что она стала более прочной, на что указывают как коэффициенты структурности, так и критерий водопрочности почвы. На варианте рыхления почвы относительно контроля (без рыхления) коэффициент структурности увеличился в 1,8 раза, фактор структурности – в 2 раза, показатель структурности в 1,7 раза, а критерий водопрочности – в 1,4 раза. Таким образом, установлено, что структура почвы через полгода после проведения рыхления почвы становится более устойчивой к разрушению.
Таблица 1 Основные технические характеристики рыхлителя-кротователя почвы РКП‑0,7
|
Наименование показателей |
Значение |
|
1. Тип |
Навесной |
|
2. Агрегатирование |
Тракторы класса 2,0 («БЕЛАРУС-1221») |
|
3. Диаметр дренера, мм, не более |
90 |
|
4. Рабочая скорость движения, км/ч, |
3,0-4,0 |
|
5 Масса конструктивная, кг, не более |
630 |
|
6. Производительность за час времени, га: |
|
|
- основного |
0,86 - 1,20 |
|
- сменного |
0,56 - 0,80 |
|
7. Удельный расход топлива за 1 час сменного времени в агрегате с трактором БЕЛАРУС-1221, кг/га, не более |
7,3 |
|
8. Глубина рыхления, см |
до 70 (60) |
|
9. Срок службы, лет, не менее |
8 |
|
10. Восстанавливаемые наплавкой твердого сплава съемные детали зуба |
долото, нож |
Таблица 2 Гранулометрический и агрегатный состав почв
|
|
Гранулометрический состав почв |
||||||||||||||
|
Вариант опыта |
Фракция, мм
|
5-3 |
3-2 |
2-1 |
1-0,5 |
0,5-0,25 |
0,25-0,1 |
0,1-0,05 |
0,05-0,01 |
0,01-0,005 |
0,005-0,001 |
<0,001 |
<0,01 |
||
|
Контроль (без рыхления) |
Содержание, % |
0,06 |
0,15 |
0,17 |
0,28 |
0,36 |
0,84 |
12,60 |
44,02 |
12,78 |
19,99 |
8,75 |
41,5 |
||
|
Рыхление почвы |
0,07 |
0,09 |
0,48 |
0,48 |
0,52 |
1,07 |
12,19 |
41,45 |
13,78 |
20,79 |
9,08 |
43,65 |
|||
|
|
Микроагрегатный состав |
||||||||||||||
|
Вариант опыта |
Фракция, мм
|
5-3 |
3-2 |
2-1 |
1-0,5 |
0,5-0,25 |
0,25-0,1 |
0,1-0,05 |
0,05-0,01 |
0,01-0,005 |
0,005-0,001 |
<0,001 |
– |
||
|
Контроль (без рыхления) |
Содержание, % |
0,02 |
0,13 |
0,18 |
0,53 |
0,73 |
9,18 |
24,76 |
50,90 |
8,65 |
10,46 |
3,64 |
– |
||
|
Рыхление почвы |
0,05 |
0,10 |
0,39 |
0,46 |
0,53 |
9,12 |
28,93 |
49,01 |
8,48 |
9,40 |
2,65 |
– |
|||
|
|
Макроагрегатный состав |
||||||||||||||
|
Вариант опыта |
Фракция, мм
|
10 |
10-7 |
7-5 |
5-3 |
3-2 |
2-1 |
1-0,5 |
0,5-0,25 |
<0,25 |
– |
– |
– |
||
|
Контроль (без рыхления) |
Содержание, % |
23,33 |
8,94 |
6,88 |
24,27 |
13,62 |
13,40 |
4,89 |
2,32 |
2,35 |
– |
– |
– |
||
|
Рыхление почвы |
24,95 |
18,25 |
7,16 |
5,58 |
3,50 |
9,92 |
14,27 |
17,78 |
41,88 |
– |
– |
– |
|||
На контроле (без рыхления) объемная масса почвы горизонта Ап была 1,4 г/см3 , а после рыхления – 1,19 г/см3 , в иллювиальных горизонтах – соответственно 1,58…1,42 г/см3 и 1,1,3…1,2 г/см3 . Коэффициент фильтрации почвы после рыхления-кротования существенно увеличился: в слое 0…30 см в 7 раз, в слое 30…60 см в 25 раз, а в слое 60…80 см – в 53 раза, что свидетельствует об улучшении фильтрационных характеристик почвы. Установлено, что дренаж в период паводков и дождей на варианте с рыхлением-кротованием почвы отводил воду интенсивнее, чем на контроле, максимальный модуль дренажного стока был больше в 4 раза, а слой стока – в 5 раз
Таблица 3 – Характеристика структуры почвы
|
Вариант опыта |
Коэффициент структурности |
Показатель структурности, % |
Критерий водопрочности |
|
Контроль (без рыхления-кротования почвы) |
2,89 |
41,6 |
4,94 |
|
Рыхление-кротование почвы |
5,18 |
70,8 |
6,70 |
Таблица 4 – Коэффициенты фильтрации почвы
|
Вариант опыта |
Генетический горизонт |
Глубина, см |
Коэффициент фильтрация м/сут. |
|
Контроль (без рыхления-кротования почвы) |
Ап |
0-30 |
0,14 |
|
В1д |
40-60 |
0,07 |
|
|
В2д |
60-80 |
0,02 |
|
|
Рыхление-кротование почвы |
Ап |
0-30 |
0,94 |
|
В1д |
30-60 |
1,74 |
|
|
В2д |
60-80 |
1,05 |
|
|
Примечание – горизонт В1 – аллювиально-аккумулятивно глинистый; А2 – аллювиально-подзолистый; Ап – пахотный горизонт. |
|||
Таблица 5 – Характеристика дренажного стока
|
Вариант опыта |
Май-сентябрь |
|
|
Максимальный модуль стока, л/с га |
Слой стока, мм |
|
|
Рыхление-кротование почвы |
0,4 |
11,5 |
|
Контроль (без рыхления-кротования почвы) |
0,1 |
2,4 |
Производственные испытания рыхлителя-кротователя почвы РКП‑0,7 на тракторе «Беларус‑1221» выполнялись в 2022 г. на тяжелых мелиорированных землях в разных почвенно-мелиоративных условиях Витебской областей в КУП «Витебскмелиоводхоз» на площади 1501 га районными мелиоративными организациями: ГП «Бешенковичское ПМС» (549,9 га), ГП «Глубокская ПМК мелиоводхоз» (63,0 га), ГП «Миорское ПМС» (238,5 га), ГП «Шарковщинское ПМС» (387 га), ГП «Полоцкснабмелиоводхоз» (262,6 га); в Минской области на связных и торфяных мелиорированных землях мелиоративной организацией ГУП «Минское ПМС» (203 га). На основании испытаний рыхлитель-кротователь почвы РКП‑0,7 получил положительные оценки от мелиоративных организаций и землепользователей. Рыхлитель-кротователь почвы РКП‑0,7 производится в РУП «Институт мелиорации» по ТУ BY 100363825.003–2023 имеет сертификат соответствия Евразийского экономического союза № ЕАЭС кG417l033. ВY.02.01531, серия КG N9 0121312, агрегатируется с тракторами класса 2,0 по ГОСТ 27021 («Беларус‑1221»). Вид климатического исполнения У1 по ГОСТ 15150.
Так же разработана Типовая технологическая карта на глубокое рыхление мелиорированных земель тракторными рыхлителями ТТК‑101024243.296–2022 [5]. Заключение 1. На мелиоративных объектах Витебской и Минской областях рыхлитель-кротователь почвы РКП‑0,7 с ограничителем глубины рыхления агрегатируемый трактором «Беларус‑1221» прошел успешно производственные испытания, зарекомендовал себя с положительной стороны и соответствует современным требованиям сельскохозяйственного производства. 2. Конструкция рыхлителя-кротователя почвы РКП‑0,7 с ограничителем глубины рыхления имеет уникальные параметры, что позволяет выполнять глубокое рыхление-кротование тяжелосуглинистых почв на глубину до 0,7 м с применяем маломощных тракторов тягового класса 2 (мощность 96 кВт/130 л.с.). 3. Конструкция рыхлителя-кротователя почвы РКП‑0,7 позволяет переставлять ограничитель глубины рыхлениям на глубину рыхления до 0,7 м и до 0,6 м. 4. Выполненное рыхление-кротование повлияло на улучшение структуры тяжелосуглинистых почв: коэффициент структурности увеличился в 1,8 раз, показатель структурности в 1,7 раза, критерий водопрочности в 1,4 раза. 5.
Коэффициент фильтрации тяжелосуглинистых почв после рыхления увеличился: в слое 0…30 см в 7 раз, в слое 30…60 см в 25 раз, в слое 60…80 см в 53 раза, что свидетельствует об улучшении фильтрационных характеристик почвы. 6. Дренаж в период паводков и дождей на варианте с рыхлением почвы отводил воду более интенсивно, чем на контроле: максимальный модуль дренажного стока был выше в 4 раза, а слой стока в 5 раз.
