УДК 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 56 Сельское хозяйство
ТБК 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
В статье на основании проведенных исследований обоснована целесообразность проведения первичной обработки тяжелых почв на глубину до 0,8 м при возвращении в сельскохозяйственный оборот неиспользуемых земель в зоне избыточного увлажнения. Установлены основные требования для выполнения первичной обработки почвы вместе с подстилающим грунтом и предложен способ мелиорации тяжелых почв, совмещающий первичную обработку с устройством сети для регулирования влажности почвы. Приведены зависимости для расчета объема аккумулирующих емкостей разрыхленного слоя и установленные по количеству атмосферных осадков параметры для расчета режимов работы отводящей сети. Даны результаты оценки эффективности закрепления разрыхленного грунта по глубине обработки и предложена рациональная технология работ, обеспечивающая повышение периодичности глубокого рыхления при эксплуатации сельскохозяйственных земель.
первичная обработка почв, неиспользуемые земли, глубокое рыхление, аккумулирующая емкость, коэффициент разрыхления, атмосферные осадки, водоотводящая сеть, тяжелые почвы, обработка почв, подстилающий грунт, уплотнение почво-грунта, закрепление разрыхленного грунта, схема эксплуатации земель.
Введение. Неиспользуемые земли составляют резерв производства сельскохозяйственной продукции, а введение их в оборот становится наиболее актуальным в условиях постоянно увеличивающих санкций со стороны недружественных государств.
Существующее состояние таких земель по степени деградации и почвенному плодородию требует проведения культуртехнических работ, в состав которых включаются: расчистка площадей, первичная обработка и окультуривание почв для последующего сельскохозяйственного использования. Снижение сроков возвращения земель связано с совершенствованием способов и технических средств первичной обработки, традиционно выполняемой с применением отвальной вспашки или безотвального рыхления. При проведении работ на тяжелых почвах, составляющих основу земель гумидной зоны страны, наиболее эффективно применение глубокого рыхления [1].
Глубокое рыхление, как способ обработки тяжелых почв, известно давно и успешно применяется в агротехнологиях и при производстве мелиоративных работ. Агротехническое рыхление поводится в процессе сельскохозяйственной обработки почвы для разрыхления уплотненной плужной подошвы. При возделывании сельскохозяйственных культур глубокое рыхление выполняется прицепными машинами с рабочими органами стоечного типа. Для обеспечения требуемого качества и глубины рыхления в различных грунтовых условиях стойки оснащаются: усиленными накладками «параплау», клиновидными лемехами «дельтаплау» и чизельными элементами. Глубина обработки назначается по параметрам корневой системы выращиваемых культур.
Мелиоративное глубокое рыхление направлено на обеспечение требуемого водно-воздушного режима почв. В аридной зоне оно проводится с целью накопления и сохранения влаги в почве. Выполняется в виде сплошных или полосовых профильных полос по всей площади поля. В гумидной зоне мелиоративное рыхление выполняется только на фоне существующего дренажа [2]. Глубина рыхления назначается по глубине уложенных дрен.
Материалы и методы включают анализ существующих исследований с синтезом перспективных направлений совершенствования технологических приемов первичной обработки почв, рациональных схем глубокого рыхления и параметров сети для регулирования влажности почвы.
Результаты и обсуждение. Особенность проведения безотвального рыхления на неиспользуемых землях связана с необходимостью разработки трехслойной среды, состоящей из растительности с корневой системой, почвенного слоя и подстилающего грунта. При таких условиях качество безотвальной обработки связано с наличием травянисто дернового покрова, который препятствует подъему почвы, уменьшает углы скола и эффективную глубину рыхления. Кроме того, качество рыхления снижается за счет неравномерного высыхания почвенного слоя и подстилающего грунта, что наиболее существенно проявляется при обработке тяжелых почв. В результате проведенных исследований [3] установлено, что перспективные технологии возвращения земель в сельскохозяйственный оборот должны:
- исключить влияние растительности и дернового слоя на процесс рыхления почвы и подстилающего грунта;
- выровнять влажности почвенного и подстилающего слоев до рациональных значений;
- учитывать влияние на подготовленную поверхность поля атмосферных осадков, и нагрузки от ходовых частей почвообрабатывающих машин.
Соблюдение указанных требований обеспечивается предварительным измельчением растительной массы вместе с корневой системой и устройством регулирующей сети, позволяющей отводить излишки воды в периоды интенсивных атмосферных осадков летом и весной в период снеготаяния. Конструкция регулирующей сети должна обеспечивать возможность аккумулирования избытков влаги и использования её в засушливый период вегетации растений.
В результате исследований предложен новый способ мелиорации переувлажненных земель, защищенный патентом РФ [4], совмещающий первичную обработку почвы безотвальным рыхлением с устройством сети для регулирования влажности почвы. Способ обеспечивает возможность раскисления почвенного слоя и закрепления структуры разрыхленного подстилающего грунта внесением мелиорантов на основе извести. Закрепление структуры подстилающего грунта сохраняет объем пор, снижает интенсивность уплотнения почвенного слоя в процессе эксплуатации земель.
Регулирующая сеть (рисунок 1) прокладывается перед проведением глубокого рыхления, выполняется в виде щелей шириной 0,10 -
Рисунок 1 - Технология и схема устройства сети для регулирования влажности в почве.
Режимы работы осушительной сети на подготовленных землях определяются соотношением объемов аккумулирующей емкости в почвенно-грунтовом слое Qa и сезонных атмосферных осадков Qc .
Объем аккумулирующей емкости в предлагаемой конструкции регулирующей сети определяется суммой Qa = qг + qщ + qк , где qг , qщ , qк – аккумулирующие ёмкости соответственно: разрыхленного грунта, низа щелей и дна канала, засыпанных фильтрующим материалом.
Рисунок 2 - Основные параметры первичной обработки тяжелых почв и элементов регулирующей сети
Составляющие аккумулирующих емкостей определяются их геометрическими размерами и объемом пор в элементах сети (рисунок 2).
Объем пор в разрыхленном слое определяется коэффициентом разрыхления, а в фильтрующей засыпке – коэффициентом пустотности.
При известной площади участка F =А В объем рыхления грунта составляет F hр , а объем пор определяется kр – 1 , где А – ширина участка, В – длина участка kр – коэффициент разрыхления почво-грунта.
Объем проложенных щелей F : b (hщ - hр) bщ , а объем пор kп, где b – расстояние между щелями, bщ – ширина щелей, hщ – глубина укладки щелей, kп – коэффициент пустотности фильтрующего материала.
Объем засыпки водосборного канала F : В(bд + mhз) hз , а объем пор kп, где bд - ширина канала по дну, m – коэффициент заложения откосов канала, hз - высота засыпки дна канала.
С учетом значений составляющих суммарное выражение аккумулирующей емкости регулирующей сети
Qa = F hр (kр – 1) + (F bщ : b) (hщ – hр) kп + (F hз : В) (bд + mhз) kп
Из полученного выражения суммарный объем аккумулирующей емкости Qa зависит от глубины рыхления почво-грунта, параметров выполняемых водопроводящих щелей и водосборного канала. Для оценки влияния указанных параметров на работу сети рассчитаны удельные составляющих аккумулирующих емкостей на
Таблица 1 - Расчетные значения аккумулирующих емкостей разрыхленного слоя и элементов осушительной сети
|
Глубина рыхления, м |
Составляющие и суммарный объем аккумулирующей емкости, м3/га |
|||
|
Разрыхленный почво-грунт |
Проводящие щели |
Сборный канал |
Суммарный объем |
|
|
0,6 |
1500 (97,2%) |
37,5 (2,4%) |
4,9 (0,3%) |
1542,4 |
|
0,7 |
1750 (97,6%) |
37,5 (2,1%0 |
4,9 (0,27%) |
1792,4 |
|
0,8 |
2000 (97,9%) |
37,5 (1,8%) |
4,9 (0,24%) |
2042,4 |
Сравнение показывает (таблица 1), что 97…98 % объема аккумулирующей емкости сосредоточено в разрыхленном слое почво-грунта. Увеличение глубины рыхления с 0,6 до
Комплексное воздействие периодических атмосферных осадков и ходовых частей почвообрабатывающих машин повышает плотность почвы и снижает аккумулирующую способность подстилающего грунта в процессе эксплуатации земель. Для оценки снижения объема аккумулирующей способности подстилающего грунта проведены по граничным значениям коэффициентов разрыхления 1,25 - соответствующим началу эксплуатации, и остаточному значению 1,05 - перед проведением повторного глубокого рыхления.
Объем выпадающих осадков при заданной площади вводимого в оборот участка определялся по зависимости Q = 0,001Fhо , где hо – количество атмосферных осадков в мм.
Расчеты показывают (таблица 2) что при снижении коэффициента разрыхления от 1,25 до 1,05 объем аккумулирующей емкости уменьшается в 4,2-4,4 раза. В начальный период эксплуатации земель объём аккумулирующей емкости существенно выше среднемесячного объема (30-
Таблица 2 - Граничные значения аккумулирующих емкостей подстилающего грунта и объемы атмосферных осадков
|
Глубина рыхления, суммарная (подстилающего грунта), м |
Суммарный объем аккумулирующих емкостей, м3/га при коэффициентах разрыхления 1,25 1,05 |
Объём осадков м3/га при количестве атмосферных осадков, мм |
||||
|
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
||
|
0,6 (0,35) |
917,4 217,4 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
0,7 (0,45) |
1167,4 267,4 |
|||||
|
0,8 (0,55) |
1417,4 317,4 |
|||||
Снижение объема аккумулирующей емкости с вероятностью выпадения ливневых осадков летом и накоплением осадков в виде снега зимой вызывает необходимость включения в работу отводящей сети. При этом объем отводящей воды определяется Qп = F hп (kрп – 1), где hп – мощность почвенного слоя, kрп – коэффициент разрыхления почвенного слоя. А время отвода рассчитывается с учетом фильтрационных свойств почв, подстилающего грунта и фильтрационных сопротивлений проводящей сети.
Существенное снижение объема аккумулирующей емкости в процессе эксплуатации земель требует проведения повторного глубокого рыхления подстилающего грунта. Существующие рекомендации определяют необходимость проведения повторного рыхления через 3 года эксплуатации [1]. Проведенный анализ существующих исследований показал возможность увеличения периодичности глубокого рыхления закреплением структуры подстилающего грунта.
Для оценки эффективности закрепления проведен сравнительный расчет стоимостей первичной обработки тяжелых почв периодическим глубоким рыхлением через три года и закреплением разрыхленной структуры подстилающего грунта. В качестве ведущей машины принят рыхлитель РС-0,8. В результате установлено, что эффективность закрепления структуры подпочвенного слоя зависит от соотношения стоимостей рыхления и закрепляющих материалов.
Рисунок 3 – Зависимости стоимостей от периодичности глубокого рыхления тяжелых почв. – 1- стоимости глубокого рыхления (ГР) при периодичности его проведения через 3 года; 2,3 - стоимости глубокого рыхления с закреплением структуры (ЗС) при увеличении периодичности соответственно на 1 и на 2 года.
Расчеты показывают (рисунок 3), что эффективность закрепления структуры подстилающего грунта обеспечивается при стоимости применяемых материалов до 30 % от стоимости глубокого рыхления. При этом повышение периодичности рыхления за счет закрепления структуры на 1 год обеспечивает снижение стоимости работ на третий год, а на два года – на второй год эксплуатации земель.
Снижение стоимости материалов может обеспечиваться за счет уменьшения слоя закрепляемого подстилающего грунта, а для закрепления его структуры могут применяться традиционные гипс или известь содержащие материалы.
В результате сопоставления параметров первичной обработки по глубине и агротехнических возможностей рыхления предложена комбинированная технология возвращения в оборот неиспользуемых залежных земель (рисунок 4).
Выводы
1. Первичная обработка тяжелых почв вместе с подстилающим грунтом на глубину до
2. Эффективное регулирование водного и воздушного режимов в почвенном слое возможно устройством регулирующей сети, состоящей из проложенных под разрыхленным слоем и заполненных фильтрующим материалом щелей, соединенных каналом с регулирующим водоприемным колодцем, используемым для накопления излишков воды и использования ее в засушливый период вегетации сельскохозяйственных культур.
3. Сопоставление периодической глубокой обработки с закреплением структуры разрыхленного подстилающего грунта показало целесообразность закрепления нижнего слоя на глубину от 0,5 до
1. Рекомендации по производству культуртехнических работ и окультуриванию мелиорируемых земель.. Л.: СевНИИГиМ, Леноргтехводстрой, 1981. – 152 с.
2. Кизяев, Б.М. «Агромелиоративные мероприятия на минеральных переувлажненных землях»/ Б.М. Кизяев, З.М. Маммаев, О.Ф. Першина//.-М.: ВНИИА, 2014.- 140с.
3. Бедретдинов Г.Х. Технологические приемы первичной обработки почв для возвращения в оборот неиспользуемых сельскохозяйственных земель. / Г.Х. Бедретдинов, В.С. Пунинский .//; Мелиорация и орошаемое земледелие в решении задач устойчивого развития АПК: сборник научных трудов / -М.: ФГБНУ «ФНЦ ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова», 2024. – с 29-39.
4. Патент 2819443 Российская Федерация, (51)МПК А 01 B 79/00 , А 01 В 13/16. Способ мелиорации переувлажненных земель. / Бедретдинов Г.Х. Сметанин В.И. Кононов П.В.//; заявитель и патентооладатель ФНЦ ФГБНУ «ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова» – заявка №2023126047; заявл.11.10.2023; опубл.21.05.2024, Бюл. №15
5. Kizyaev, B.M. “Agromeliorative measures on mineral waterlogged lands” / B.M. Kizyaev, Z.M. Mammaev, O.F. Pershina//.-M.: VNIIA, 2014.- 140 p.
6. Bedretdinov G.Kh. Technological methods of primary soil cultivation for the return of unused agricultural land to circulation. / G.Kh. Bedretdinov, V.S. Puninsky .//; Land reclamation and irrigated agriculture in solving problems of sustainable development of the agro-industrial complex: collection of scientific papers / - M.: FGBNU “FNTs VNIIGiM im. A.N. Kostyakova”, 2024. – pp. 29-39.
7. Patent 2819443 Russian Federation, (51) IPC A 01 B 79/00, A 01 B 13/16. Method for reclamation of warlogged lands. / Bedretdinov G.Kh. Smetanin V.I. Kononov P.V.//; applicant and patent holder of the Federal Scientific Center VNIIGiM named after. A.N. Kostyakova” – application No. 2023126047; application 10/11/2023; publ.05.21.2024, Bull. No. 15
