РЕФЕРАТ

Почвообрабатывающий посевной агрегат, посевной комплекс, посев различных культур, секционная рама, однотипные модули., ширина захвата, ширина междурядья, глубина посева, посевная секция, сменные сошники, металлоемкость, тяговое сопротивление, производительность.

Объектом научно-исследовательской работы является технологический процесс работы почвообрабатывающего посевного агрегата (посевного комплекса) при посеве различных сельскохозяйственных культур с соблюдением агротехнических требований.

Целью научно-исследовательской работы является разработка конструктивной схемы и обоснование параметров почвообрабатывающего посевного агрегата (ППА) с пневматическим высевом семян, для тракторов класса тяги 5, обеспечивающего высокие количественные, качественные и экономические показатели при посеве зерновых и кормовых культур различными способами в разных почвенно-климатических условиях.

Задачи работы: 1) Разработать конструктивную схему ППА и посевной секции с различными типами сошников для посева семян, зерновых и кормовых культур в разных почвенно-климатических условиях. 2) Обосновать конструктивные параметры ППА для агрегатирования с тракторами класса тяги 5. 3) Обосновать конструктивные параметры посевной секции с различными типами сошников (анкерные, дисковые, килевидные, лаповые, Т-образные) с возможностью посева на разную глубину. 4) Обосновать тип и параметры пневматической системы, дозаторов и распределителей семян и удобрений. 5) Разработать 3D модель и чертежную документацию ППА для тракторов класса тяги 5. 6) Передать чертежную документацию в ООО «Челябинский компрессорный завод» и изготовить опытный образец ППА. 7) Провести предварительные испытания макетного образца ППА в производственных условиях. 8) Доработать чертежную документацию в соответствии с полученными замечаниями. 9) Написать научно-технический отчет по выполненной работе и дать рекомендации по дальнейшему совершенствованию.

Разработаны конструктивные схемы и обоснованы параметры ППА и посевной секции с различными типами сошников для посева зерновых и кормовых культур в разных почвенно-климатических условиях. Представлены результаты расчетов, позволяющие выбрать параметры ППА для тракторов класса тяги 5, системы дозирования и пневматической системы распределения семян и удобрений ППА. По результатам расчетов разработана чертежная документация и изготовлен макетный образец ППА и проведены экспериментальные исследования, которые показали работу ППА с соблюдением агротехнических требований. По результатам научно-исследовательской работы даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию ППА.

ВЕДЕНИЕ

Почвенно-климатические условия зоны Урала и других регионов России разнообразны. Они отличаются друг от друга величиной положительных температур и осадков в течении года и в вегетационный период; характером рельефа поля; типом и свойствами почв; подверженности почв различным видом эрозии (водной, ветровой, механической) и другими факторами. Результаты исследований и производственный опыт показывает, что в зависимости от этих факторов и требований высеваемых зерновых, кормовых и технических культур в хозяйствах зоны должны быть использованы различные способы их посева, создающие условия для роста и развития растений и получения высоких урожаев. Кроме того, почвообрабатывающие посевные агрегаты (ППА) должны иметь малое тяговое сопротивление, большую производительность, должны быть комбинированными и универсальными с возможностью посева различными способами и на различную глубину, при одновременном выполнении агротехнических требований.

Существующие ППА имеют различную конструктивную схему, не всегда отвечающую вышеописанным требованиям, снабжены только одним типом сошника, предназначенный конкретным условиям работы, во многих случаях не соответствуют требованиям соблюдения заданной глубины посева семян и внесения удобрений.

В связи с этим разработка конструктивной схемы ППА, обоснование конструктивных параметров посевных комплексов для тракторов класса тяги 5, обеспечивающих малое тяговое сопротивление и максимальную производительность, обоснование конструктивных параметров посевной секции со сменными сошниками, обеспечивающих выполнение агротехнических требований к посеву является актуальной и имеет практическое значение.

Поставлена цель и разработаны задачи исследования научно-исследовательской работы.

Научную новизну работы представляют следующие положения: 1) Впервые предложен метод и математические зависимости для оценки металлоемкости существующих орудий в период их проектирования, с учетом конструктивной схемы орудия, глубины обработки и свойств почвы. 2) Составлены математические модели и получены математические зависимости для определения тягового сопротивления и производительности почвообрабатывающих посевных агрегатов с учетом их силы тяжести, конструктивной схемы, глубины посева, емкости бункера для семян и удобрений с учетом нормы их высева, которые позволяют определить рациональные схемы и параметры машин для тракторов различного тягового класса, обеспечивающие минимальное тяговое сопротивление ППА и максимальную производительность агрегата. 3) Разработана конструктивная схема и обоснованы параметры универсальной посевной секции со сменными сошниками, обеспечивающими возможность посева семян зерновых и кормовых культур на разную глубину при различных технологиях их возделывания. 4) Разработанная конструкция универсального бункера с различными типами дозаторов семян позволяют провести бинарный посев семян различных культур с разной нормой высева, а конструкция сошников и распределителей семян позволяет заделывать семена разных культур на различную глубину. 5)Настройка и контроль нормы высева семян и удобрений и глубины заделки семян посевного комплекса производится из кабины трактора одним трактористом. 6) Разработан новый метод изготовления посевных комплексов для тракторов класса тяги 2-8 с разной шириной захвата и шириной междурядья, основанной на модульной схеме комплектования комплекса для различных почвенно-климатических условий.

Выполненная научно-исследовательская работа имеет следуюшие уровни значимости:региональный — разработанный и испытанный в производственных условиях ППА для тракторов класса тяги 5 может заменить процесс посева семян зерновых и кормовых культур во всех почвенно-климатический зонах Уральского региона; всероссийский — разработанный метод обоснования металлоемкости конструктивной схемы и параметров ППА с учетом обеспечения минимума его тягового сопротивления и максимума производительности может быть использована во всех регионах России при разработке конструктивных схем и параметров универсальных ППА и посевных секций;мировой — идея и метод создания универсальных ППА и посевных секций способных выполнять посев зерновых и кормовых культур различными типами сошников и на разную глубину при различных технологиях их возделывания для тракторов класса тяги 2-8.

Проведен анализ существующих конструктивных схем посевных комплексов отечественного и зарубежного производства и проведена их классификация по месту расположения бункера для семян и удобрений. Установлено, что бункер для семян и удобрений может быть расположен на собственных ходовых колесах впереди или сзади почвообрабатывающей посевной части посевного комплекса, на прицепном устройстве или непосредственно на раме почвообрабатывающей посевной части посевного комплекса. Для выбора конструктивной схемы посевного комплекса разработана его математическая модель, составлены и получены теоретический формулы для оценки металлоемкости, для определения тягового сопротивления посевного комплекса и определения производительности агрегата. В результате расчетов установлено, что минимальное тяговое сопротивление и максимальную производительность имеют посевные комплексы выполненные с расположением бункера для семян и удобрений впереди почвообрабатывающей части или непосредственно на прицепном устройстве посевного комплекса. С учетом обеспечения удобства настройки посевного комплекса на заданные условия работы и проведения его технического обслуживания выбрана конструктивная схема с расположением бункера для семян и удобрений впереди почвообрабатывающей посевной части посевного комплекса.

Далее обоснованы конструктивные параметры посевного комплекса для тракторов класса тяги 5, основные их них составляют: ширина захвата – 12 м, количество рядов рабочих органов – 4, расстояние между первым и вторым, а также третьим и четвертым рядами рабочих органов 0,5÷0,9 м, а между вторым и третьим рядами 1,2÷2,1 м, и обоснованы параметры посевной секции и типы сошников необходимы для посева по различным технологиям возделывания зерновых и кормовых культур (анкерные, дисковые, килевидные, лаповые и Т-образные), выбрана одноступенчатая схема распределения и транспортирования семян и удобрений с системой эжекторном питателем и наддувом бункера, которые обеспечивают надежную работу пневмосистемы.

Далее разработаны требования к созданию посевного комплекта, который должен обеспечить:

— возможность посева зерновых и кормовых культур со сменными дисковыми, анкерными, килевидными или лаповыми сошниками в различных почвенно-климатических условиях в зависимости от высеваемой культуры и условий года;

— возможность регулирования ширины междуследия в пределах от 0,15 до 0,3 м, глубину посева от 0,02 до 0,15 м, норму высева семян от 2 до 300 кг/га, норму внесения удобрения от 20 до 100 кг/га;

— малую металлоемкость, малое тяговое сопротивление, большую производительность при выполнении агротехнических требований к посеву различных культур.

С учетом обоснованных параметров посевного комплекса и требований к его созданию разработана 3D модель и чертежная документация для тракторов класса тяги 5.

Чертежная документация передана на ООО «Челябинский компрессорный завод» для изготовления макетного образца посевного комплекса.

Испытания макетного образца посевного комплекса проведены в ООО «Хлебинска» Верхнеуральского района Челябинской области 1-2 июня 2020 года. Определены тяговое сопротивление посевного комплекса и агротехнические его показатели.

Результаты опытов показывают качественную работу посевного комплекса с выполнением агротехнических требований к посеву, среднеквадратическое отклонение глубины посева семян находится в пределах 0,33-0,58 см при допустимых значениях ±1 см, буксование находится в пределах 5,4÷10,5%, что ниже допустимых 15%. Разработанный посевной комплекс ПК-12 агрегатируется с трактором класса тяги 5 и отвечает требованиям агротехники.

Изучен радиус разворота посевного комплекса на концах загонок. Радиус разворота составляет 8,5÷9,93 м при скорости движения 10÷12 км/ч, время разворота от начала выглубления до полного заглубления составляет 24 с.

Полученные всходы семян показывают равномерное распределение семян по рядкам и соответствуют требованиям агротехники.

Отмеченные недостатки конструкции, полученные в период испытаний, устраняются в усовершенствованной конструкции посевного комплекса ПК-12 и в разрабатываемом посевном комплексе.

Разрабатываются рекомендации по совершенствованию почвообрабатывающего посевного агрегата.

Разработанный почвообрабатывающий посевной агрегат может работать как посевной комплекс с различными типами сошников и как почвообрабатывающее орудие при установке на раму почвообрабатывающей посевной части универсальных рабочих органов для дискования и культивации почвы при снятых с рамы распределителей семян и семяпроводов.

Поскольку наибольшую сложность при разработке ППА представляетего технологический процесс работы в варианте посевного агрегата, включающий дополнительные функциональные узлы, как бункер для семян и удобрений и пневматическую систему дозирования и распределения семян по сошникам, в дальнейших исследованиях вместо термина почвообрабатывающий посевной агрегат – термин посевной комплекс.

1 Состояние проблемы. Цель и задачи исследования

1.1 Факторы влияющие на выбор технологии и способа посева сельскохозяйственных культур

Рельеф, климат, растительный и почвенный покров России чрезвычайно разнообразный. Сельскохозяйственные культуры возделываются в горно-лесной, лесостепной и степной зонах с различными подзонами, которые отличаются друг от друга следующими основными факторами:

— влагообеспеченностью растений в различные фазы роста;

— обеспеченностью растений теплом (продолжительность периода с t> 10 ^оС, сумма эффективных температур за периоды t> 10 ^oC, t> 15 ^oC);

— величиной безморозного периода;

— запасом влаги в почве весной, глубиной снежного покрова, интенсивностью снеготаяния;

— характером микро- и макрорельефа поля;

— подверженностью почв водной, ветровой и механической эрозиям;

— прогревом почвы и началом полевых работ;

— типом почв.

Все эти факторы влияют на выбор технологии возделывания сельскохозяйственных культур, севооборотов, способов обработки почв и посева, сортов культур и на своевременность выполнения требуемых агротехнических приёмов в установленные сроки [1, 2, 3, 4, 5].

Основной задачей любого земледельца является получение максимальной прибыли с единицы площади при минимальных затратах (на оплату труда, технику, материалы и т. д.) позволяющей развивать производство высокими темпами. Для этого для каждой почвенно-климатической зоны необходимо выбрать ту технологию возделывания сельскохозяйственных культур, те тракторы, почвообрабатывающие и посевные машины, которые обеспечат качество подготовки почвы с требуемыми свойствами для возделывания выбранной культуры в севообороте [6].

При разработке и создании нового ресурсосберегающего импортозамещающего комплекса машин необходимо учитывать:

— почвенно-климатические условия зоны;

— принятую в зоне (в хозяйстве) технологию возделывания сельскохозяйственных культур;

— принятые в хозяйстве севообороты;

— необходимый тип и параметры рабочих органов для обработки почвы и посева;

— тип хозяйства (мелкое, среднее или крупное);

— требования к разработке и созданию комплекса машин под различные технологии возделывания сельскохозяйственных культур;

— тяговый класс трактора, для которого создаётся комплекс машин.

Основным фактором при выборе типа почвообрабатывающих и посевных машин, типа и параметров их рабочих органов являются почвенно-климатические условия зоны. Поскольку способы обработки почвы и посева предназначены для создания структуры почвы, повышающую её плодородие за счёт накопления и экономного расходования влаги, создания условий для интенсивной работы микроорганизмов в почве, то для разных типов почв (более 30 на Южном Урале), имеющих различный процент содержания физического песка и глины, тип и параметры рабочих органов должны быть различными. Соответственно подверженность почв различным видам эрозии (водной, ветровой, механической, биологической и т. д.) зависит от типа почвы и рельефа поля, величины и интенсивности осадков летом и зимой, принятой в зоне (в хозяйстве) технологии возделывания сельскохозяйственных культур, предусматривающей использование различных типов машин и рабочих органов (таблица 1.1) [6,7].

Таблица 1.1 — Технологии возделывания сельскохозяйственных культур

Производственная деятельность хозяйств показывает, что в пределах одной зоны или хозяйства используются все эти технологии. На основе анализа требований различных культур к созданию структуры и плотности почв в различных почвенно-климатических условиях зоны коллективом учёных разработана универсальная технология обработки почвы (патент РФ № 2457651 от 16.02.2011), которая направлена на накопление, сохранение и экономное использование влаги в период вегетации растений (рисунок 1.1) [5, 6].

Рисунок 1.1 – Универсальная технология обработки почвы

Предлагаемая технология возделывания сельскохозяйственных культур и обработки почвы включает в себя осеннее послеуборочное поверхностное влагоаккумулирующее рыхление по стерне различными типами рабочих органов (игольчатые, дисковые, комбинированные, ротационные, зубовые и т.д.) на глубину 3…5 см, основное зяблевое отвальное или безотвальное влагопоглощающее рыхление почвы на глубину 10…30 см, основное влагонакопительноечизельное рыхление на глубину 30…45 см один раз в севообороте, а весной поверхностное влагозакрывающее рыхление почвы различными типами борон на глубину заделки семян, а затем – влагосберегающую мульчирующую выровненную предпосевную обработку на ту же глубину с созданием семенного ложа и вычесыванием сорняков в начальной стадии их развития с рабочими органами на пружинной стойке и посев различными типами сошников в зависимости от условий года и высеваемой культуры.

Данная технология может быть трансформирована под любую из вышеприведённых технологий исключением в зависимости от почвенно-климатических условий, возделываемой культуры и места культуры в севообороте отдельные её операции. Таким образом, для выполнения всех технологических операций рекомендуемой технологии в различных почвенно-климатических зонах, необходимы рабочие органы [11, 12, 13].

— для выполнения основной обработки почвы (корпус плуга, лапы плоскорезные, чизельные рабочие органы);

— для выполнения дополнительной обработки почвы (дисковые, лапы, щелерезы);

— для закрытия влаги и предпосевной обработки почвы (пружинные и зубовые рабочие органы, рыхлители и лапы на пружинной, жёсткой или подпружиненной стойках);

— для посева сельскохозяйственных культур (дисковые, лаповые, анкерные, килевидные, Т-образные сошники);

Вновь создаваемый комплекс почвообрабатывающих и посевных машин должен выполнять все элементы технологии в севообороте для различных почвенно-климатических зон с соблюдением агротехнических требований к обработке почвы и посеву; должен иметь малую металлоёмкость, прочность и надёжность конструкции, малое тяговое сопротивление, высокую производительность, малую стоимость и расход топлива; должен отвечать требованиям безопасности и экологии, выполнять требования всех элементов технологического процесса работы агрегата и обеспечить плотность сложения почвы в пределах агродопуска для возделываемой культуры.

Посев сельскохозяйственных культур является завершающим элементом технологии и оказывает непосредственное влияние на получение высоких урожаев. При этом урожайность сельскохозяйственных культур зависит от конструктивной схемы посевного комплекса, типа сошников, глубины и равномерности заделки семян и удобрений в почву.

Для обоснования конструктивной схемы проектируемого посевного комплекса, посевной секции и пневматической системы распределения семян и удобрений проведен анализ существующих типов посевных комплексов, выпускаемых отечественными и зарубежными заводами и фирмами.

1.2 Анализ посевных комплексов отечественного и зарубежного производства и их классификация

В настoящее время выпускается большое кoличествo пoсевных кoмплексoв, кoтoрые пoзвoляют хoзяйствам в срокoсуществлять пoсев зернoвых, кормовых и прoпашных культур. Наибoлее заметной oсoбенностью таких кoмплексoв является изменение структуры машинoтракторнoгo парка, кoгда при меньшем количестве трудoвых ресурсoв, а также примeняeмых тeхничeских срeдств, дoстигаeтсявысoкая прoизвoдитeльнoсть труда и качeствoвыпoлняeмых мeханизирoванных рабoт, снижaются зaтрaты на прoизвoдствoeдиницыпрoдукции кaк в растениевoдстве, так и живoтнoвoдстве.

На отечественных заводах выпускаются посевные комплексы «Кузбасс» и «Томь», которые нашли широкое применение в хозяйствах России. Посевной комплекс «Кузбасс» (рисунок 1.1) в процессе посева за один проход по полю выполняет весь комплекс весенних полевых работ: предпосевную культивацию, боронование, посев, внесение удобрений, прикатывание, выравнивание почвы, протравливание семян.

Рисунок 1.1 – Посевной комплекс «Кузбасс».

Посевной комплекс «Кузбасс» оснащен сошниками культиваторного типа – двусторонней стрельчатой лапой. Рабочие органы на С-образных подпружиненных стойках распологаются на раме орудия в три ряда с междурядьем 30,5 см (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Техническая характеристика посевного комплекса «Кузбасс»

Посевной комплекс «Томь», предназначен для посева без предварительной подготовки почвы с одновременным внесением твердых минеральных удобрений (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Посевной комплекс «Томь».

Двухдисковые сошники, расположены на раме ПК «Томь» с междурядьем 190 мм в шахматном порядке для предотвращения их забивания (таблица 1.2).

Перед сошниками расположены дисковые ножи, оказывающие давление на почву более 200 кг, осуществляя разделку почвенного пласта и органических остатков, облегчая этим ход сошника и качественное формирование им борозды даже в условиях повышенной влажности почвы и большого количества органики на ее поверхности (в т.ч. стерня кукурузы и подсолнечника). В результате корневая система растений развивается вертикально вниз — ей становятся доступны влага и питательные вещества нижних слоев почвы.

Таблица 1.2 – Техническая характеристика посевного комплекса «Томь».

Представленные почвообрабатывающие посевные агрегаты спроектированы для различных почвенно-климатических зон России и работают с соблюдением всех необходимых агротехнических требований к посеву. Их недостатком является возможность их использования только с одним типом сошника.

За рубежом при возделывании сельскохозяйственных культур по минимальным технологиям применяются различные конструктивные схемы посевных комплексов для тракторов класса тяги от 2 до 8. Ниже приведены общий вид и краткие характеристики посевных комплексов различных зарубежных фирм, получивших применение в хозяйствах РФ. (Рисунки 1.3-1.15, таблицы 1.3-1.15).

Рисунок 1.3 – Посевной комплекс «Cirrus AMAZONE».

Таблица 1.3 – Техническая характеристика посевного комплекса «Cirrus AMAZONE».

Рисунок 1.4 – Посевной комплекс «Citan AMAZONE».

Таблица 1.4 – Техническая характеристика посевного комплекса «Citan AMAZONE».

Рисунок 1.5 – Посевной комплекс «Primera DMC AMAZONE».

Таблица 1.5 – Техническая характеристика посевного комплекса «Primera DMC AMAZONE».

Рисунок 1.6 – Посевной комплекс «JohnDeere 1890»

Таблица 1.6 – Техническая характеристика посевного комплекса «JohnDeere»

Рисунок 1.7 – Посевной комплекс «HORSCH Pronto DC».

Таблица 1.7 – Техническая характеристика посевного комплекса

«HORSCH Pronto DC»

Рисунок 1.8 – Посевной комплекс «Salford 580».

Таблица 1.8 – Техническая характеристика посевного комплекса «JohnDeere»

Рисунок 1.9 – Посевной комплекс «SeedHawk SH».

Таблица 1.9 – Техническая характеристика посевного комплекса «SeedHawk SH».

Рисунок 1.10 – Посевной комплекс «Bourgault5810/5811».

Таблица 1.10 – Техническая характеристика посевного комплекса «Bourgault5810/5811».

Рисунок 1.11 – Посевной комплекс «Bourgault 3220».

Таблица 1.11 – Техническая характеристика посевного комплекса «Bourgault 3220».

Проведенный анализ показывает, что все посевные комплексы комбинированные и выполняют за один проход несколько технологических операций, аименно:

предпосевную обработкупочвы;

посев различныхкультур;

внесениеудобрений;

прикатывание почвы за следомсошника;

мульчирование поверхностиполя.

В различных конструкциях посевного комплексапосев производится дисковыми, лаповыми, килевидными или анкерными сошниками.

Для прикатывания почвы после посева используются пневматические, прутковые или кольчатые катки.

Для мульчирования почвы используются различные типы пружинных рабочих органов.

Проведенный анализсуществующихпосевных комплексов отечественного и зарубежного производства (Кузбасс, Томь,Amazone,Bourgault, Horsch, JohnDeere, Salford, SeedHawk,) показывает, что по способу расположения бункера для семян эти схемы можно подразделить на следующие группы (Рисунок 1.12).

Схема 1. Расположение бункера спереди почвообрабатывающей посевной части;

Схема 2. Расположение бункера сзади почвообрабатывающей посевной части;

Схема 3. Расположение бункера на снице прицепного устройства;

Схема 4. Расположение бункера на раме почвообрабатывающей посевной части.

Схема 1 Схема 2 Схема 3 Схема 4

Рисунок 1.12 – Классификация конструктивных схем почвообрабатывающих посевных агрегатов по месту расположения бункеров.

Каждая из представленных схемпосевных комплексов имеет свои преимущества и недостатки.

Общее преимущество пневматического высева семян – повышение производительности посевных агрегатов за счет снижения времени на заправки и уменьшения количества регулировок при установке нормы высева семян и удобрений,удобный контроль за работой высевающего аппарата.

Для выбора конструктивной схемы посевного комплекса необходимо изучить их влияние на тяговое сопротивление комплекса и на производительность агрегата в различных условиях работы.

Недостатками всех посевных комплексов является возможность их работы только с одним типом сошников. Для обеспечения качественного посева при возделывании сельскохозяйственных культур по разным технологиям необходимо разработать посевной комплекс с универсальной посевной секцией, снабженный сменными дисковыми, анкерными, килевидными, Т-образными, сошниками. Приведем анализ существующих типов сошников.

1.3 Способы посева сельскохозяйственных культур. Анализ типов сошников, устанавливаемых на посевных комплексах

Существуют следующие способы посева сельскохозяйственных культур: разбросной, рядовой, ленточный, узкорядный, гнездовой, пунктирный и широкорядный. Способы посева семянзависит от посевных качеств семян культуры и почвенно-климатических условий. Основная задача операции посева состоит в обеспечении наилучших условий прорастания семян и в дальнейшем развитии растений, а также в получении их оптимальной густоты при равномерном размещении по площади питания. Способ посева сельскохозяйственных культур определяется требуемой густотой посева и порядком размещения растений на единице площади. В зависимости от этого принимается величина междурядья и расстояние между растениями. Разбросной способ посева (рисунок 1.13) обеспечивает равномерное распределение семян по площади поля, увеличивает площадь питания растений и урожайность возделываемых культур. Посев производится лаповыми сошниками, снабженными разбрасывателями семян в подсошниковом пространстве.

Рисунок 1.13 – Разбросной способ посева.

Рядовой способ посева (рисунок 1.14) – наиболее распространенный способ посева зерновых, технических, кормовых и технических культур. Расстояние между рядками – ширина междурядий является основной характеристикой этого способа посева и устанавливается для различных культур агротехническими требованиями. Форма площади питания растений представляет собой прямоугольник с шириной междурядья от 15 до 30 см.

Посев зерновых культур производится дисковыми сошниками, а кормовых мелкосеменных культур килевидными сошниками на малую глубину.

Рисунок 1.14 – Рядовой способ посева.

Разновидностью рядового способа посева является ленточный способ посева (рисунок 1.15). Применяют для семян зерновых культур в два ряда. Расстояние между рядами зависит от возделываемой культуры. Посев производится анкерными сошниками.

Рисунок 1.15 – Ленточный способ посева.

Узкорядный способпосеваприменяется для увеличения площади питания растений. Форма площади питания растений прямоугольник со сторонами 7,5×3,33 см. Посев проводится с использованием сеялок, оснащенными двухдисковыми сошниками, с делителем потока семян, предназначенными для узкорядного способа посева (рисунок 1.16).

Рисунок 1.16 – Узкорядный способ посева.

Гнездовой, пунктирный и широкорядный способы посева применяются для посева и посадки технических культур.

Выбор способа посева сельскохозяйственных культур зависит от применяемой технологии в зоне их возделывания, от типа и физико-механических свойств почвы, от увлажненности почвы и количества осадков в вегетационный период. С учетом этих факторов на посевных комплексах применяются дисковые, для рядового и узкорядного посева, анкерные одно и двухстрочные, килевидные, лаповые и Т-образные при нулевой технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Все типы сошников выполняют подрезание сорняков, открывание борозды, образование семенного ложа для семян, равномерное распределение семян и удобрений по дну бороздки и закрытие бороздки.

Каждый тип сошника (рисунок 1.17) имеет свою индивидуальную конструкцию присоединения к раме сеялки, индивидуальный механизм регулирования глубины хода сошников и прикатывания почвы после прохода, что увеличивает номенклатуру деталей сошниковой группы и снижает их универсальность и унифицированность.

Наиболее простую конструктивную схему имеют дисковые сошники зерновых сеялок, которые заглубляются в почву под действием силы тяжести сошника G и силы сжатия пружины F (рисунок 17а). При изменении свойств почвы и рельефа поля глубина хода сошника «а», из-за отсутствия опорного колеса, меняется в больших пределах. Кроме того, из-за отсутствия прикатывающих катков они требуют дополнительного прикатывания почвы для создания контакта между семенами и почвой.

На сеялках фирмы «Amozone» установлены анкерные сошники с индивидуальными прикатывающими катками, глубина хода которых регулируется индивидуально. Однако из-за того, что сошники закреплены к раме шарнирно и связаны с опорными колесами через пружину, глубина хода сошников при движении по неровностям поверхности поля меняется в больших пределах.

Рисунок 1.17 – Типы механизмов сошника. а) дисковые сошники зерновых сеялок; б) посевная секция фирмы «Amozone»; в) посевная секция фирмы «Rogro»

Более устойчивый ход по глубине имеют посевные секции фирмы «Rogro», где каждая посевная секция присоединяется к раме через параллелограммный механизм и имеет опорное и прикатывающие колеса имеющих индивидуальные устройства для регулирования силы сжатия колес, что обеспечивает хороший контакт между семенами и почвой. Однако при движении опорного колеса по неровностям рельефа поверхности поля глубина хода сошника меняется в тех же пределах. Отсюда следует, что существующие типы сошников при посеве в полях с неровным рельефом поверхности поля не отвечают выполнению агротехнических требований по глубине заделки семян, не все типы сошников производят прикатывание почвы по следу сошника для обеспечения контакта между семенами и почвой, а посевные комплексы предназначены для посева семян только с одним типом сошника. [6,7]. В связи с этим разработка посевной секции со сменными сошниками для посева семян различных культур на разную глубину с выполнением агротехнических требований к посеву является актуальной и имеет практическое значение.

1.4 Анализ пневматических систем посевных комплексов и их классификация

Для высева семян и удобрений посевные комплексы с пневматическим дозированием, транспортированием и распределением семян по сошникам имеют следующие основные узлы: бункер для семян и удобрений, вентилятор с приводом от бензинового двигателя или гидромотора, дозирующего устройства, семяпроводов, распределителей семян и сошников. Кроме того, имеются вспомогательные узлы, такие как устройства для установки нормы высева, устройства для регулирования глубины посева, механизмы отключения передачи вращения от колес к дозаторам, датчики контроля работы дозаторов и распределителей семян, контроля уровня семян и удобрений, контроля давления воздуха в системе и тд.

На рисунке 1.18 показана классификация высевающих систем пневматических посевных комплексов [8].

По способу дозирования высевающие аппараты бывают индивидуального высева, группового высева и общего высева.

На посевных комплексах с пневматической системой распределения семян подача семян в поток движущегося воздуха имеет определенные трудности. Поэтому имеются различные технологические схемы для ввода семян в поток воздуха:

– системы с наддувом, когда необходимо иметь герметичный бункер и там создать такое же давление, как и в пневмосистеме;

– система без наддува; в этих системах семена подаются в пневмопровод через шлюзовые затворы и питатели;

– эжекторные питатели, когда семена захватываются за счет разряжения в эжекторной системе.

Рисунок 1.18 – Типы высевающих систем пневматических сеялок

На рисунке 1.19 показаны технологические схемы высевающих систем наиболее распространенных моделей пневматических сеялок и устройств для ввода семян в воздушный поток. Обеспечение необходимых условий для захвата воздухом дозируемого потока семян имеет большое значение, так как поступающая под избыточным давлением струя воздуха от вентилятора стремится отбросить семена обратно к высевающему элементу. При отсутствии оптимальных условий для захвата семян может нарушаться синхронность подачи их высевающим аппаратом и пневмосистемой.

Все пневматические высевающие системы можно разделить на два типа: с наддувом и без наддува. Системы с наддувом имеют герметизированный бункер, который сообщается с магистральным трубопроводом непосредственно или через приемную камеру высевающего аппарата (рисунок 1.19а). При равенстве давлений над семенами в бункере и в зоне захвата воздухом,дозируемый поток семян полностью отбирается от высевающего аппарата и транспортируется по пневмосети к сошникам.

Движение воздуха: 1 — в бункер и приемную камеру; 2 — в бункер

Рисунок 1.19- Технологические схемы высевающих систем с наддувом (а), без наддува со шлюзовым затвором (б), эжекторные питатели с забором воздуха из атмосферы (в)

Высевающие системы с наддувом более сложны в изготовлении из-за необходимости герметизации бункера. Кроме того, ограниченные размеры люков создают неудобства при заправке. При изменении уровня семян в бункере устойчивость высева снижается. Для таких систем требуется дополнительный расход воздуха и при недостаточной производительности вентилятора равномерность подачи семян снижается.

В системах без наддува с негерметизированным бункером для полного захвата семян предусмотрены питатели и шлюзовые затворы (рисунок 1.18 б).

Шлюзовые затворы (воздушные замки), как правило, представляют собой катушку, вращающуюся в корпусе. Герметичность узла обеспечивается высокой точностью изготовления катушки и корпуса и минимальными зазорами между ними. Однако затворы чувствительны к износу рабочих поверхностей пары «катушка — корпус» и связанному с этим нарушению синхронности подачи из-за ухудшения герметичности.

В ряде зарубежных сеялок, а также в отечественных СЗС-14, ССНП-16 и СЗПЦ-12 используются эжекторные питатели (рисунок 1.18 в). Они состоят из конфузора и диффузора, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и образующих между собой зону, в которой осуществляется захват семян. Эти системы не требуют дополнительного расхода воздуха на наддув, а их негерметизированные бункеры снабжены большими люками, что позволяет применять высокопроизводительные загрузчики семян. Однако эжекторные питатели чувствительны к изменению скорости воздуха в пневмосистеме.

Схемы высевающих и распределительных систем в пневматических сеялках взаимосвязаны и зависят от ширины захвата агрегата и условий эксплуатации. Различают высевающие аппараты индивидуального, группового и общего высева.

Высевающие аппараты индивидуального и группового высева в основном катушечного типа (с желобчатыми или штифтовыми катушками) отличаются конструктивным исполнением и габаритными размерами (рисунок 1.20). Например, фирма Morris применяет наборные катушки штифтового типа, заключенные в блок по несколько штук в каждом.

I — Flexi-coil 1000 (комбинированная желобчатая катушка; заслонкой, набором элементов); II — «Accord» (желобчатая катушка; цилиндрической заслонкой, вкладышами): III — Flexi-coil 1100, 1600 (желобчатая катушка; частотой вращения, сменой катушки); IV — Morris 620, 600, NapierGrasslands 620, 600 (пакет штифтовых катушек; частотой вращения, сменой катушки); V — Bourgault 138, Chinook 1203 (шнек; частотой вращения); VI — Friggstad AF-I, AF-II (желобчатая наборная катушка из дисков; числом дисков); VII — Leon S-45, 75. «Symonds» (ленточный транспортер; заслонкой); VIII — IH-57O0 (желобчатая катушка; смещением катушки); IX — «JohnShearer», Tive 4006 (штифтовая катушка; частотой вращения)

Рисунок 1.20- Схемы высевающих аппаратов посевных комплексов (в скобках указаны тип высевающего элемента и способ регулирования нормы высева

Разные по размерам и нормам высева семена высеваются с помощью катушек как традиционных с двухрядным (для зерновых), так и комбинированных с однорядным расположением штифтов и гладкими цилиндрическими муфтами (рапс, просо и др.).

В сеялках «Tive» фирмы ОvеrumsBruk для высева мелких семян используют специальные накладки, уменьшающие высоту штифтов. Регулирование норм в аппаратах индивидуального и группового высева осуществляется изменением рабочей длины желобчатых катушек или частоты вращения катушек с постоянной длиной рабочей части.

Аппараты общего высева более разнообразны по конструкции — наряду с катушечными аппаратами применяются шнековые и ленточные транспортеры. Катушечные аппараты оснащаются желобчатыми катушками, но имеют некоторые конструктивные особенности, обусловленные высевом семян разных размеров и норм высева. Так, аппараты сеялок «Асcord» снабжены для высева мелких семян вкладышами, уменьшающими объем желобков, а рабочая длина катушки изменяется цилиндрической задвижкой.

Аппарат сеялки Flexi-coil 1000 имеет комбинированную катушку с двумя участками желобков разной глубины и две плоские задвижки, одна из которых прикрывает участок с мелкими желобками, а другая — с крупными. В сеялке AF-I1 фирмы Friggstad аппарат оборудован наборной катушкой из крупно и мелкожелобчатых, а также цилиндрических дисков толщиной 6 мм, выполненных из полимерных материалов. Диски надеваются на вал, консольно закрепленный в корпусе, и удерживаются на нем гайкой. Норма высева регулируется числом соответствующих желобчатых и цилиндрических дисков.

Относительно новый тип представляют катушечные аппараты, в которых одна катушка используется для формирования нескольких потоков семян. Такие аппараты применяются в сеялках Flexi-coil 1100, 1600, а также «GreatPlains». Катушки сменные — крупножелобчатые для семян зерновых культур и цилиндрические с рифлеными участками для мелких семян. Норма высева в сеялках Flexi-coil 1100 и 1600 регулируется вариатором импульсного действия.

В сеялках «Leon» и «Symonds» высевающие аппараты выполнены в виде ленточного транспортера, а в сеялках «Bourgault» и «Chinook» — в виде шнеков. Ленточные транспортеры, устанавливаемые в днище бункера, обеспечивают высокую производительность и надежность высева. Норма высева изменяется в зависимости от величины открытия выгрузного окна при подъеме или опускании заслонки. Однако такие высевающие аппараты менее пригодны для точного высева.

Высевающие аппараты шнекового типа сеялки «Chinook» изготавливаются из коррозионностойких металлов (для удобрений) и из полимерных материалов (для семян).

Наиболее рациональны высевающие аппараты катушечного типа в пластмассовом исполнении с комбинированной катушкой, норма высева в которых устанавливается путем изменения длины рабочей части катушки. Такие аппараты не требуют сложных механизмов привода. Для высева гранулированных минеральных удобрений более приемлемы аппараты с катушкой постоянной длины. Норма высева в них регулируется частотой ее вращения (как, например, в отечественной сеялке СЗПЦ-12).

В настоящее время для распределения семян по сошникам используются два типа распределителей:

— распределительная головка (круглая);

— распределители горизонтального типа (плоская).

Рассмотрим существующие распределительные системы с круглой распределительной головкой.

В пневматических сеялкахраспределительные системы(рисунок 1.2) отличаются числом ступеней деления потока семян [8]:

— поток не делится при индивидуальном высеве,

— одноступенчатая схема используется при групповом и общем высеве,

— двухступенчатая схема применяется при общем высеве.

Рисунок 1.21– Схемы индивидуального (а), группового (б) и общего (в, г) высева одно- (б, г), двух- (в) и бесступенчатого (а) распределения

Одноступенчатая схема в системах с общим высевом применяется при ширине захвата сеялки до 8 метров, а двухступенчатая схема – до 15 м и более.

Основным недостатком пневматических распределительных систем посевных комплексов является большая неравномерность подачи семян в сошники, которая может достигать до 16…19%.

Для улучшения равномерности распределения семян конструкторы размещают в пневмопровод конические турбулизаторы, конические кольца, устанавливают гофрированный участок на вертикальной части пневмопровода, используют различные конструкции направителей потока и т.д.

Несмотря на эти попытки улучшить конструкции распределителей неравномерность распределения при работе на равнине остается на уровне — 4…8%. При работе на склонах до 15⁰ неравномерность увеличивается до 12…18% и более [10].

Рассмотрим существующие схемы пневматических систем сеялок.

На сеялках марок ССНП-16, СПН-8 установлена высевающая система одноступенчатого распределения с катушечным высевающим аппаратом с изменяемой длиной катушки и эжекторным питателем (рисунок 1.22).

Рисунок 1.22– Высевающая система одноступенчатого распределения с катушечным высевающим аппаратом с изменяемой длиной катушки и эжекторным питателем

На посевных комплексах «Агромастер», «Кузбасс», «Томь» установлена двухступенчатая высевающая система с наддувом (рисунок 1.23).

Рисунок 1.23– Двухступенчатая высевающая система с наддувом

На сеялках фирмы «Джон Дир» используется система с групповым высевом семян с одноступенчатым распределением при использовании наддува. Применяются две схемы: однопоточный и двухпоточный. При однопоточной схеме семена и удобрения транспортируются по одному семяпроводу (рисунок 1.23), а при двухпоточном – семена и удобрения транспортируются по двум семяпроводам до сошников и укладываются на разные глубины (рисунок 1.24).

Рисунок 1.24–Однопоточная система с групповым высевом семян с одно-ступенчатым распределением (с наддувом) посевных комплексов Джон Дир

Рисунок 1.25– Двухпоточная система с групповым высевом семян с

одноступенчатым распределением (с наддувом) посевных комплексов Джон Дир

На посевных комплексах «Flexi-Coil» тоже используется система с групповым высевом семян с одноступенчатым распределением при использовании наддува. Также применяются две схемы: однопоточный и двухпоточный. Однако на этих сеялках семена и удобрения подаются в отдельные семяпроводы пневмосистемы, а потом только соединяются в один поток при однопоточной схеме, или транспортируются двумя потоками до сошников придвухпоточной схеме (рисунки 1.26 и 1.27). Поэтому предусмотрена возможность подачи воздуха с одного вентилятора на два потока в разных количествах в зависимости от вида семян и удобрений. Это позволяет держать скорость передвижения частиц в оптимальных пределах, что ведет к предотвращению выноса семян и удобрений воздушным потоком на поверхность и снижению износа семяпроводов.

Рисунок 1.26– Однопоточная система с групповым высевом семян с

одноступенчатым распределением (с наддувом) посевных комплексов «Flexi-Coil»

Рисунок 1.27– Двухпоточная система с групповым высевом семян с

одноступенчатым распределением (с наддувом) посевных комплексов «Flexi-Coil»

На посевных комплексах фирмы «Bourgault» установлена двухступенчатая высевающая система с наддувом с использованием шнекового высевающего аппарата (рисунок 1.27).

Из анализа существующих схем пневматических систем сеялок с круглой распределительной головкой можно сделать следующие выводы:

— двухступенчатые схемы используются для широкозахватных сеялок шириной более 8 метров;

— схемы с групповым высевом семян используются для посевных комплексов с разной шириной захвата и междурядьями при использовании одного и того же бункера семян;

Рисунок 1.28– Двухступенчатая высевающая система с наддувом с использованием шнекового высевающего аппарата фирмы «Bourgault»

— при двухпоточной системе распределения удобрения вносятся на 4-5 см глубже глубины заделки семян, что ведет к увеличению тягового сопротивления агрегата, поэтому двухпоточная система экономически оправдана только при внесении полной дозы удобрений при посеве;

— при использовании бункера с системой наддува усложняется конструкция бункера, и ухудшаются условия для заправки семян;

— шнековые высевающие аппараты не находят широкого распространения;

— использование двухступенчатых схем приводит к большей неравномерности распределения семян по сошникам по сравнению с групповым высевом семян с одноступенчатым распределением.

При использовании распределения воздушно – зерновой смеси в горизонтальной плоскости равномерно распределить горизонтальный поток воздушно-зерновой смеси в пневматической системе сеялки сложнее. Хотя наклон его в продольной плоскости не оказывает влияния на равномерность высева по сравнению с распределительным устройством вертикального типа. А при поперечном наклоне качество деления ухудшается незначительно.

На рисунке 1.29 показаны схемы существующих распределительных систем горизонтального типа. Данные системы распределения можно условно разделить на 3 типа по наличию и расположению вставок, приспособлений, находящихся внутри данных устройств: распределительные устройстварасполагаются на входе; распределительные устройства располагаются на выходе; распределение происходит без применения устройств и вставок, за счет самой конструкции распределительной системы. Рассмотрим каждый из типов горизонтальных распределителей.

1. Распределительные устройства располагаются на входе в распределительную систему. В данном случае дополнительные ставки и рассекатели воздушного потока, обладающие разнообразными формами, устанавливаются в передней части распределителя. Они способствуют распределению давления

Рисунок.1.29 — Горизонтальные распределяющие устройства

и воздушно-зерновой смеси по отводящим патрубкам, задавая направление движения при попадании зернового материала в распределитель. Эта способность и является достоинством данных устройств.

2. Распределительные устройства располагаются на выходе из распределительной системы. Такая система содержит подводящий трубопровод, расширяющийся раструб, состоящий из верхней, нижней стенки и боковых прямолинейных стенок. Перед отводящими патрубками установлены делители потока. В подобных устройствах воздушно-зерновая смесь, попадая в распределительное устройство, движется основной массой по центру устройства и начинает распределяться лишь перед отводящими патрубками, что приводит к неравномерному распределению высеваемого материала по всей ширине раструба.

3. Распределение происходит без применения устройств и вставок, за счет самой конструкции распределительной системы. Данные распределители имеют криволинейные формы для достижения равномерности распределения высеваемого материала. Но проведенные исследования влияния радиуса изгиба на равномерность распределения удобрений и движения частиц высеваемого материала на изгибе показало наличие залипания и забивания распределителя. Так же предложенное устройство более материалоемко и энергоемко по сравнению с предложенными распределителями горизонтального типа.

Необходимо отметить, что в отечественных посевных комплексах пневматическая система во многих случаях не настраивается под определенную культуру, под необходимую норму высева (вентиляторы имеют привод с постоянной частотой вращения). А это приводит к выносу семян на поверхность, лишней затрате энергии, износу семяпроводов и разрушению семян.

Из анализа существующих конструкций видно, что для улучшения качества высева используются различные конструктивные исполнения посевных систем. Необходимо отметить такие недостатки посевных систем, как:

— использование воздушного потока для распределения семян в подлаповом пространстве приводит к выносу семян на поверхность почвы; это происходит особенно тогда, когда воздушный поток не регулируется, или неправильно подобраны обороты вентилятора;

— при использовании посевных комплексов на склонах возрастает неравномерность распределения семян по сошникам.

На основе анализа существующих конструкций современных пневматических систем дозирования, транспортирования и распределения семян по сошникам для разрабатываемого посевного комплекса принята пневматическая распределительная система с групповым высевом семян с одноступенчатым распределением, с наддувом бункера и эжекторным питателем, а дозирующая система катушечного типа с регулируемыми оборотами катушки через бесступенчатый редуктор (рисунок 1.30)

вентилятор; 2-делитель потока воздуха; 3-эжекторный питатель; 4-катушечный высевающий аппарат; 5-бункер; 6-воздухопроводы к дозаторам; 7-распределительная головка; 8-семяпровод; 9-циклон; 10-сошник.

Рисунок 1.30 – Пневматическая система с наддувом с дозирующей системой одноступенчатого распределения семян, катушечным высевающим аппаратом и эжекторным питателем.

Такая пневматическая система, как показывают результаты исследований […] обеспечивает равномерность высева семян между отдельными сошниками в пределах 4-8%.

Для устранения возможности выброса семян воздушным потоком из дна бороздки на поверхность поля перед входом семян в сошник, установлен циклон, который отводит поток воздуха в атмосферу.

1.5 Цель и задачи исследования

На основе изучения проблемы по разработке конструктивной схемыи обоснованию параметров посевного комплекса для тракторов класса тяги 5, а также анализа факторов, влияющих на выбор технологии и способа посева сельскохозяйственных культур, анализа конструктивных посевных комплексов, типов сошников отечественного и зарубежного производства и пневматических систем посевных комплексов поставлена цель и определены задачи исследования.

Цель исследования: разработать конструктивную схему и обосновать параметры посевного комплекса с пневматическим высевом семян для тракторов класса тяги 5, обеспечивающего высокие качественные, количественные и экономические показатели при посеве зерновых и кормовых культур различным способами в разных почвенно-климатических условиях.

Задачи исследования:

1) Разработать конструктивную схему посевного комплекса и посевной секции с различными типами сошников для посева семян,зерновых и кормовых культур в разных почвенно-климатических условиях.

2) Обосновать конструктивные параметры посевного комплекса для агрегатирования с тракторами класса тяги 5.

3) Обосновать конструктивные параметры посевной секции с различными типами сошников (анкерные, дисковые, килевидные, лаповые, Т-образные) с возможностью посева на разную глубину.

4) Обосноватьтипипараметрыпневматическойсистемы,дозаторовираспределителей семян и удобрений. 5) Разработать3Dмодельичертежнуюдокументацию ППА для тракторов класса тяги 5.

6) Передать чертежную документацию в ООО «Челябинский компрессорный завод» и изготовить опытный образец посевного комплекса.

7) Провестипредварительныеиспытаниямакетногообразцапосевного комплексавпроизводственныхусловиях.

8) Доработать чертежную документацию в соответствии с полученными замечаниями.

9) Написать научно-технический отчет по выполненной работе и дать рекомендации по дальнейшему совершенствованию.

2 Разработка конструктивной схемы и обоснование параметров универсальной посевной секции

2.1 Обоснование конструктивной схемы и обоснование параметров универсальной посевной секции

Как показали результаты анализа (глава 1.3) для посева зерновых, технических и кормовых культур в зависимости от принятой технологии возделывания, от почвенно-климатических условий зоны и высеваемой культуры применяются дисковые, лаповые, анкерные одно и двухстрочные, килевидные, полозовидные, Т-образные и другие типы сошников. Они присоединяются к раме орудия через грядили шарнирно или через параллелограммный механизм.

Каждый тип сошника имеет свою индивидуальную конструкцию присоединения к раме сеялки и индивидуальный механизм регулирования глубины посева и прикатывания почвы после посева. Сошники имеют групповой и индивидуальный способы регулирования глубины хода сошника. При этом опорное и прикатывающее колеса имеют различные конструкции, что увеличивает номенклатуру деталей сошниковой группы и снижает качество работы сошников [1,2].

Для устранения недостатков существующих сошников нами разработана универсальная посевная секция для посева зерновых и кормовых культур со сменными сошниками для заделки семян на глубину от 2 до 12 см различными способами [8, 9, 10].

На рисунке 2.1 представлена конструктивная схема предлагаемой посевной секции, которая крепится к раме индивидуально и работает независимо друг от друга.

Разработанная универсальная посевная секция состоит из корпуса 1, связаной с рамой сеялки через параллелограммное подвесное устройство 2 с пружиной сжатия 3 и регулировочной гайкой 4, дискового ножа 5 и опорного колеса 6, расположенных на общей оси стойки 7, прикатывающего колеса 8 со стойкой 9. Кронштейн 10 стойки 7 опорного колеса 6 и кронштейн 11 стойки 9 прикатывающего колеса 8 связаны между собой регулируемой по длине тягой 12, длина которой регулируется ручкой 13, что создает тандем, который при движении по неровностям поверхности поля при установке сошника между опорным и прикатывающим колесами снижает воздействие величины неровности на сошник в два раза. Тяга 12 служит для регулирования глубины хода сошника 14. Сошник 14 крепятся к корпусу 1 посевной секции через основной болт 15 и срезной болт 16, который служит для предохранения сошника 14 от поломок при наезде на препятствие.

Рисунок 2.1 – Конструктивная схема посевной секции

Посевная секция предназначена для посева семян зерновых, технических и кормовых культур по стерне и по обработанному фону. Для посева этих культур различными способами на место сошника 14 (рисунок 2.1) устанавливаются сменные сошники (рисунок 2.2): одно и двудисковые а), анкерные с однострочным посевом семян б), анкерные с двухстрочным посевом семян в), анкерные Т-образные г) для прямого посева семян, килевидные д) и лаповые е) сошники. Анкерные сошники б) и в) для образования семенного ложа для семян снабжены уплотнителем почвы, который создает семенное ложе из осыпавшейся почвы после прохода носка сошника.

Посевная секция работает следующим образом. Корпус 1 посевной секции при помощи параллелограммного подвесного устройства 2 присоединяется к раме орудия. В процессе работы пружина сжатия 3 прижимает корпус 1 вместе с сошником 14, опорным 6 и прикатывающим 8 колесами к поверхности поля, степень сжатия которых регулируется гайкой 4. Глубина хода сошника 14 регулируется изменением длины тяги 12 регулировочной ручкой 13. Величина давления прикатывающего колеса 8 на почву после прохода сошника 14 регулируется перестановкой оси крепления тяги 12 в отверстия кронштейнов 10 и 11. При работе с анкерными сошниками впереди сошников на одной оси с опорным колесом 6 устанавливается дисковый нож 5.

Рисунок 2.2 – Сменные сошники

В процессе работы посевной секции опорное колесо движется по неровностям рельефа поверхности поля Z_ПП(t). Для определения колебаний сошника посевной секции при движении по неровностям рельефа поля, рассмотрим кинематическую модель процесса работы посевной секции, которая позволяет оценить вероятность выполнения сошником агротехнических требований по глубине посева в зависимости от конструктивных параметров посевной секции (расстояния L, L₁ и _L2) (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Конструктивные параметры посевной секции

Кинематическая модель посевной секции может быть получена при условии, что движение посевной секции изучается независимо от сил, действующих на нее. Тогда опорное колесо посевной секции безотрывно копирует профиль рельефа поля, а сошник не испытывает воздействие сил от неравномерности сопротивления почвы. В качестве входных воздействий берутся неровности рельефа поля под опорными и прикатывающими колесами, а выходными показателями служат величины, характеризующие равномерность глубины хода сошника.

Тогда текущее значение глубины хода сошников а_i(t), м, определяется по зависимости

, (2.1)

где а – установленная глубина заделки семян, м;

Δа_i(t) – изменение глубины заделки семян при движении опорного и прикатывающего колес по неровностям рельефа поверхности поля Z_ПП(t) и неровностям рельефа под прикатывающим колесом Z_ПК(t), м.

В свою очередь

, (2.2)

где Z_дб(t) – величина неровности рельефа дна борозды после прохода сошника, м.

При известных величинах неровностей Z_ПП(t) и Z_ПК(t) можно определить значение Z_дб(t) в виде:

, (2.3)

где Z_ПК(t) – величина неровностей рельефа поверхности поля после прохода прикатывающего колеса за следом сошника, м;

L – расстояние между опорным и прикатывающим колесами, м;

L₂ – расстояние от прикатывающего колеса до сошника, м.

Подставляя Z_дб(t) из уравнения (2.3) в уравнение (2.2) получим:

, (2.4)

где L₁ – расстояние от опорного колеса до сошника, м;

Поскольку в процессе движения посевной секции после прохода сошника рыхлая почва под действием собственного веса или загортачем осыпается на дно бороздки, то величину неровностей рельефа после прохода прикатывающего колеса можно принять равной нулю, т.еZ_ПК(t)=0.

Тогда текущее значение изменения глубины заделки семян равна

, (2.5)

а текущее значение глубины заделки семян равна

, (2.6)

и среднеквадратическое отклонение равно

Из формулы (2.6) вытекает, что чем меньше L₁, тем меньше величина колебаний глубины заделки семян.

Кроме высоты неровностей рельефа поверхности поля Z_ПП(t), рельеф поля характеризуется длинной волн неровностей L_ПП(t), которая изменяется от 0 до ∞. Величина длин волн неровностей оказывает влияние на копирование рельефа поля посевной секции и зависит от расстояния L между опорным и прикатывающим колесами. Исследованиями [11] установлено, что длины волн неровностей L_ПП(t), равные

полностью копируются рабочими органами машин.

Значения перепада высот неровностей поверхности поля Z_ПП с увеличением длины волн неровностей возрастает. Зависимость минимальных Z_ПП^min, см, максимальных Z_ПП^mах, см, и средних Z_ПП^ср, см, значений перепада высоты неровностей рельефа поля от длины волн неровностей L_ПП, м, для условий Южного Урала представлены на рисунке 2.4, которые показывают, что с увеличением L_ПП значение Z_ПП возрастает [12].

Таким образом, текущее значение глубины заделки семян зависит от характеристик рельефа поверхности поля Z_ПП(t) и L_ПП(t)и параметров посевной секции L и L₁. При известных характеристиках рельефа поля и допустимых значениях колебания сошника по глубине см для зерновых культур и см для мелкосеменных культур можно при проектировании выбрать параметры L и L₁, обеспечивающие эти условия.

Рисунок 2.4 – Зависимость максимального, минимального и среднего значений отклонения перепада высот неровностей поля Z_ПП от длины волн неровностей L_ПП при движении агрегата в различных направлениях от 0 до 90˚ для условий Южного Урала [12].

Рисунок 2.5 – Расчетная схема посевного комплекса ПК-12.

Точка крепления посевной секции к раме при движении посевного комплекса по неровностям рельефа поверхности поля Z_ПП(t) колеблется в определенных пределах и зависит от места их расположения на раме (рисунок 6). Величина колебаний рамы посевного комплекса зависит от места расположения опорных колес и шарниров и расстояния между ними. Для определения величины этих колебаний воспользуемся кинематической моделью посевного комплекса, которая позволяет оценить вероятность выполнения агротехнических требований по глубине заделки семян.

В качестве входных воздействий берутся неровности рельефа поля Z_ПП(t) под опорными колесами (1, 2, …, 8), оцениваемые перепадами высот в зависимости от расстояний между опорными колесами (X_i и Y_i) (рисунок 5), а выходными показателями являются величины колебаний рамы посевной секции Z_i(t) на месте крепления i-той посевной секции (рисунок 2.5).

Тогда для центральной секции посевного комплекса вертикальное перемещение центра тяжести (т.0₂) Z₀₂(t) и угловые колебания в продольно-вертикальной плоскости φ_ц(t) и поперечно-вертикальной ψ_ц(t) плоскостях определяются по выражениям:

где – база центральной секции посевного комплекса, м;

– расстояние между передними и задними рядами колес, м.

При известных , , можно определить вертикальные перемещение точек крепления посевных секций на центральной секции посевного комплекса:

где и – координаты точки крепления i-той посевной секции на раме относительно центра тяжести центральной секции (т. О₂) по осям y и x, м.

Для определения вертикальных перемещений точек крепления посевной секции к раме на боковых секциях необходимо определить вертикальные перемещения шарниров , , , в виде:

При известных Z_ПП1(t), Z_ПП5(t), и можно определить для левой боковой секции вертикальное перемещение центра тяжести (т.0₁) и угловые колебания в продольно вертикальной и поперечно-вертикальной плоскостях в виде:

При известных , и можно определить вертикальные перемещения точек крепления посевной секции на левой боковой секции посевного комплекса:

где и – координаты точки крепления i-той посевной секции на левой боковой секции относительно центра её тяжести (т. О₁) по осям y и x, м.

Аналогично можно определить для правой боковой секции вертикальные перемещения центра тяжести (т.0₃) и угловые колебания в продольно-вертикальной и поперечно-вертикальной плоскостях в виде:

При известных , и можно определить вертикальные перемещения точек крепления посевной секции на правой боковой секции посевного комплекса:

где и – координаты точки крепления i-той посевной секции на правой боковой секции относительно центра её тяжести (т. О₃) по осям y и x, м.

При известных значениях величин вертикального перемещения точек крепления посевных секций на центральной и боковых секциях можно определить жесткость пружин и величину сжатия и растяжения пружин поджатия посевных секций в процессе их перемещения по известному рельефу поверхности поля. Исходные данные для расчетов представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Исходные данные посевного комплекса ПК-12 для расчетов.

Продолжение таблицы 1.1

По полученным зависимостям при известных характеристиках рельефа поверхности поля, конструктивных параметрах рамы посевного комплекса и месторасположения опорных колес определены вертикальные перемещения центра тяжести центральной и боковых секций Z_O1, Z_O2, Z_O3 и продольные и поперечные колебания рамы относительно центров тяжести центральной и боковых секций, , , , , . Результаты расчетов представлены на рисунках 2.6-2.8.

Из полученных данных следует, что в процессе работы вертикальные перемещения центров тяжести центральной секции находятся в пределах от 2-4 см, боковых секций от 1-4,3 м, а угловые колебания не превышают ±1 градуса.

При известных параметрах вертикальных перемещений и угловых колебаний центральной и боковых секций определены вертикальные перемещения точек крепления посевных секций на центральной и боковых секциях, наиболее удаленных от центров их тяжести. Результаты расчетов представлены на рисунке 10, которые показывают, что максимальные перемещения находятся в пределах от 1 до 5,5 см, что меньше максимальных значений перепада высот неровностей рельефа поля , поскольку посевные секции расположены между опорными колесами ближе к центру тяжести соответствующей секции.

Полученные данные показывают, что установленные на посевной секции пружины поджатия должны иметь свободный ход поджатия после установки предварительного сжатия пружины на величину не менее 5,5 см. С учетом различных условий работы величину свободного хода пружины h м., принимаем равной h=0,06 м. Тогда при известной силе поджатия пружины F_П, кН можно определить жесткость пружины с, кН/м, как .

Рисунок 2.6 – Зависимости изменения , см и и град, центральной секции от времени опыта t, с.

Рисунок 2.7 – Зависимости изменения , см и и град, левой боковой секции от времени опыта t, с.

Рисунок 2.8 – Зависимости изменения , см и и град, правой боковой секции от времени опыта t, с.

Рисунок 2.9 – Зависимости максимальных значений вертикальных перемещений точек крепления посевных секций к раме посевного комплекса на центральной см, и боковых левой см, и правой см, секции от времени опыта t, с.

При установленных параметрах пружины поджатия посевной секции, изучены влияния параметров посевной секции на характер изменения рельефа дна борозды и глубины хода сошников при перемещении посевной секции по синусоидальному рельефу с разной длиной волн неровностей L_ПП, м, с амплитудой Z_ПП соответствующей длине L_ПП (рисунок 2.4). Результаты расчетов предоставлены на рисунке 2.10. Расчеты проведены для максимальных значений Z_{ПП max}. На рисунке 2.10 представлены траектории перемещения носка сошника, установленного в середине между опорным и прикатывающим колесами, образующих рельеф дна борозды, при движении по синусоидальному рельефу с разной L_ПП и Z_ПП с базой сошника L=0,70 м и L=1,1 м.

Рисунок 2.10 – Зависимости колебаний рельефа дна борозды при движении посевной секции по неровностям рельефа поля с различной длинной волн неровностей L_ПП, м.

Видно, что средняя величина колебаний дна борозды Z_дб, образуемой сошником, копирует рельеф поверхности поля с уменьшением амплитуды колебаний в два раза. Однако текущие значения Z_дб зависят от соотношения расстояний L_ПП и L. При L_ПП=L происходит резонансные, наибольшие колебания сошника относительно среднего его значения, а при увеличении L_ПП м, колебания сошника относительно среднего значения уменьшается и при L_ПП≥6L траектория перемещения сошника полностью копирует рельеф поверхности поля, что подтверждает условия (2.8). Установлено, что с уменьшением L величина колебаний Z_дб относительно среднего значения уменьшается, что улучшает устойчивость хода сошника по глубине посева.

На рисунках 2.11-2.12 представлены зависимости среднеквадратического отклонения рельефа дна борозды Ϭ_Zдб, мм, и среднеквадратического отклонения глубины хода сошника Ϭ_a, мм, от длины волн неровностей L_ZПП, м, при значениях L=0,7 м и L=1,1 м. Из представленных данных видно, что с уменьшением расстояния между опорным и прикатывающим колесами L, Ϭ_Zдб, Ϭ_a, мм, снижаются, что показывает на целесообразность уменьшения расстояния L. С учетом конструктивных требований, с целью обеспечения регулировок посевной секции, проведения свободной замены сошников и ухода за ними расстояние L принимаем равной L=0,9 м, при установке сошников в середине между опорным и прикатывающим колесами.

Рисунок 2.11 – Зависимость среднеквадратического отклонения рельефа дна борозды Ϭ_Zдб, мм, от длины волн неровностей L_ПП, м при L=1,1 м.

Рисунок 2.12 – Зависимость среднеквадратического отклонения глубины хода сошника Ϭ_a, мм, от длины волн неровностей L_ПП, м при L=1,1 м.

Рисунок 2.13 – Зависимость среднеквадратического отклонения рельефа дна борозды Ϭ_Zдб, мм, от длины волн неровностей L_ПП, м при L=0,75 м.

Рисунок 2.14 – Зависимость среднеквадратического отклонения глубины хода сошника Ϭ_a, мм, от длины волн неровностей L_ПП, м при L=0,75 м.

На основе проведенных исследований установлена конструктивная схема посевной секции, параметры пружины поджатия, которые обеспечивают выполнение своей функции в различных условиях работы, установлены параметры посевной секции, обеспечивающие выполнение агротехнических требований к посеву семян зерновых, технических и кормовых культур. Результаты исследований показали возможность использования разработанной посевной секции на сеялках с механическим и пневматическим высевом семян.

Для проведения прочностных расчетов и определения тягового сопротивления посевной секции при установке различных типов сошников необходимо определить силы, действующий на посевную секцию при работе в различных условиях.

2.2 Определение сил, действующих на универсальную посевную секцию

Конструктивная схема, параметры и тип сошника универсальной посевной секции оказывают основное влияние на её тяговое сопротивление и силы, действующие на отдельные её узлы. На работу посевной секции и выполнение ею агротехнических требований оказывает влияние сила её тяжести и её параметры. При изменении глубины хода сошника и свойств почвы силовая загруженность посевной секции меняется и для соблюдения агротехнических требований к посеву возникает необходимость установки дополнительных пружин или гидроцилиндров поджатия.

Для проведения прочностных расчетов посевной секции и отдельных её узлов необходимо определить силы возникающие в процессе работы посевной секции в наиболее нагруженных условиях при максимальных значениях глубины хода различных типов сошников и удельного сопротивления почвы.

При обоснованных конструктивных параметрах посевной секции [3] можно определить силовую её загруженность в различных условиях работы (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 – Силы, действующие на посевную секцию с разными вариантами установки пружин сжатия

В процессе работы на посевную секцию действуют следующие силы:

G – сила тяжести посевной секции, кН;

R_X, R_Z – горизонтальная и вертикальная составляющие сил, действующих на сошник, кН;

Q_X0, Q_Z0 – горизонтальная и вертикальная составляющие сил, действующих на опорное колесо, кН;

Q_Xд, Q_Zд – горизонтальная и вертикальная составляющие сил, действующих на диск или турбодиск, кН;

Q_Xп, Q_Zп – горизонтальная и вертикальная составляющие сил, действующих на прикатывающее колесо, кН;

F₁, F₂ – сила сжатия пружины в различных вариантах её установки, кН.

В процессе работы сошники посевной секции заглубляются в почву под действием силы тяжести G, кН, и силы сжатия пружины F₁ или F₂. При этом сила сжатия пружины:

где с₁ и с₂ – жесткость пружины, кН/м;

h₁ и h₂ – величина предварительного сжатия пружин, м.

Имеются два варианта установки пружин. Первый вариант предусматривает установку внутри параллелограммного механизма abcd с возникновением силы F₁ и второй вариант с вертикальной установкой с воздействием пружины в шарнире с, создающий усилие F₂.

Основным условием работы посевной секции с выполнением агротехнических требований является соблюдение расстояния Н от поверхности поля до нижней части рамы посевного комплекса при изменении глубины хода сошников. Тогда изменением величины предварительного сжатия пружины создается необходимая величина силы F₁ или F₂, обеспечивающая допустимые значения реакции почвы на опорном колесе Q_Z0и на прикатывающем колесе Q_ZП, при известных значениях сил, действующих на сошники.

Для определения тягового сопротивления посевной секции и необходимой величины силы сжатия пружины F₁ или F₂ составим уравнение суммы моментов относительно точки О, расположенной в шарнире b.

Уравнение (2.17) позволяет определить величину сил F₁ или F₂, позволяющие при установленной глубине хода сошника а₁, и известной жесткости пружины с определить величину ее предварительного сжатия h_i.

Тогда:

Для определения величин силы F₁ или F₂ необходимо определить значения сил, входящих в уравнения (2.17) и (2.18). Определим значения сил, входящих в эти уравнения, при работе с различными типами сошников.

Работа с анкерными сошниками. При работе с анкерными сошниками впереди сошника устанавливается дисковый нож или турбодиск, которые работают на глубине а₂≤а₁, где а₁ – глубина хода сошника, м. Согласно исследованиям [4] при глубине хода дискового ножа а₂=0,12 м и удельным сопротивлением k₁=30-40 кН/м², сила Q_Xд равна 0,7-0,9 кН. Тогда при глубине хода а₂=0,06 м и k₁=30-40 кН/м² примем Q_Xд=0,30-0,40 кН; и при Q_Zд=1,2Q_Xд сила Q_Zд равна 0,36-0,48 кН.

В процессе работы опорное колесо должно безотрывно копировать рельеф поверхности поля. Для этого допустимые значения силы реакции почвы на опорное колесо определяются по формуле Грандвуане – Горячкина [5].

(2.19)

где D₀ – диаметр опорного колеса, м;

q – коэффициент объемного сопротивления почвы, кН/м³, для рыхлой почвы q=2000-4000 кН/м³; по стерне q=10000-25000 кН/м³;

b₀ – ширина обода опорного колеса, м;

μ – коэффициент перекатывания колеса, для рыхлой почвы μ=0,20-0,25; по стерне μ=0,1-0,15.

Тогда для опорного колеса с D₀=0,31 м и b=0,1 м, перемещающегося по стерне кН, по рыхлой почве кН;

(2.20)

Тогда при перемещении по стерне кН и по рыхлой почве кН.

Для прикатывающего колеса, перемещающегося по рыхлой почве, допустимое значение нагрузки на колесо Q_ZП определяется по формуле (2.19).

При D_П=0,34 м и b=0,04 м, допустимое значение кН.

При D_П=0,34 м и b=0,15 м, допустимое значение кН.

Тогда

(2.21)

При b=0.04 м, кН.

При b=0.15 м, кН.

Тяговое сопротивление анкерного сошника определяется по зависимости:

(2.22)

где k₁ – удельное сопротивление почвы кН/м²;

а₁ – глубина заделки семян, м;

b₁ – ширина зоны рыхления почвы на уровне поверхности поля, м.

Согласно, работ [4] для тупых углов установки долота зона деформации почвы сбоку от чизельного рабочего органа при малой глубине определяется по формуле:

, (2.23)

где d – ширина долота сошника, м;

θ – угол рыхления почвы сбоку рабочего органа, град, θ=40-60˚ [4].

Значение силы R_Za для анкерных сошников определяется по зависимости:

(2.24)

Работа с дисковыми сошниками.

При работе с дисковыми сошниками посев производится по обработанной почве. Поэтому дисковый нож не устанавливается и в работе учувствуют опорное и прикатывающие колеса и дисковый сошник. При этом усилия Q_Z0, Q_X0, Q_ZП и Q_XП определяются аналогично рассмотренному выше. Для работы посевной секции по рыхлой почве тяговое сопротивление двухдискового сошника определяется по формуле:

, (2.25)

где k₀ – коэффициент пропорциональности, кН/м;

кН/м. [6]

а₁ – глубина хода сошника, м.

Тогда

(2.26)

Работа с лаповыми сошниками.

При работе с лаповыми сошниками значения сил Q_Z0, Q_X0, Q_ZП и Q_XП определяются аналогично, описанному выше. При этом ширина прикатывающего колеса принимается равной ширине полосы высева семян.

Значения силы R_Xл, кН, определяется как:

(2.27)

где k – удельное сопротивление почвы, кН/м²;k=20-50 кН/м²;

b^’ – ширина захвата лапы, м; b^’=0,21-0,33 м.

Тогда

(2.28)

где m=0-0,3.

При работе посевной секции с различными типами сошников допустимое значение реакции почвы на опорном колесе и на прикатывающем колесе имеют определённые значения. Для обеспечения этих усилий на посевной секции предусмотрена возможность изменения передаточного отношения четырехзвенного механизма связи опорного и прикатывающего колес (рисунок 2.15).

Для определения зависимости между силами и рассмотрим четырехзвенный механизм abcd. Согласно формуле Терскова Г.Д [7].

где i – передаточное отношение четырехзвенного механизма.

η – кпд четырехзвенного механизма, примем η=1.

Для шарнирного четырехзвенного механизма, у которого ведущие и ведомые звенья являются кривошипами

Тогда

Или при η=1

В конструкции посевной секции предусмотрено изменение длин кривошипов аb и cd перестановкой пальцев крепления шатуна в соответствующее отверстие, что позволяет регулировать длину плеч a и b и достичь допустимых значений и .

Рисунок 2.15 – Четырехзвенный механизм связи опорного и
прикатывающих колес.

При известных глубине хода сошников и свойств почвы, установленных конструктивных параметрах посевной секции и длины хода пружины при движении посевной секции по неровностям рельефа поверхности поля [3] можно определить силы, действующие на различные типы сошников, реакции почвы на опорные и прикатывающие колеса, а также значения сил F₁ или F₂, для обеспечения выполнения агротехнических требований к посеву различных сельскохозяйственных культур.

Согласно представленной методике определены значения сил, действующих на диски и различные типы сошников, опорное и прикатывающие колеса, представленные на рисунках 2.16 – 2.20. Результаты расчетов показывают, что с увеличением глубины хода рабочих органов а₁, м, и удельного сопротивления почвы k, кН/м², значения сил, действующих на диск и рабочие органы, возрастают. Величина их возрастания зависит от типа сошника и находится в пределах кН и кН, причем наибольшее тяговое сопротивление имеют анкерные сошники при нулевой технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Реакции почвы на опорном и прикатывающем колесах (рисунок 2.20) зависят от места их расположения, коэффициента перекатывания колеса μ и объемного сопротивления почвы q, в зависимости от принятой технологии посева, и находится в пределах от 0 до 3,7 кН.

Рисунок 2.16 – Зависимость горизонтальнойQ_x, кН, и вертикальной Q_z, кН, составляющих сил, действующих на диск или турбодиск, от глубины их заглубления в почву а₂, м, при различных значениях удельного сопротивления почвы k, кН/м².

Рисунок 2.17 – Зависимость горизонтальной R_x, кН, и вертикальной R_z, кН составляющих сил, действующих на анкерный сошник, от глубины заделки семян а₁, м, при различных значениях удельного сопротивления почвы k, кН/м².

Рисунок 2.18 – Зависимость горизонтальной R_x, кН, и вертикальной R_z, кН составляющих сил, действующих на дисковый сошник, от глубины заделки семян а₁, м, при различных значениях коэффициента пропорциональности k₀, кН/м.

Рисунок 2.19 – Зависимость горизонтальной R_x, кН, и вертикальной R_z, кН составляющих сил, действующих на лаповый сошник, от глубины заделки семян

Рисунок 2.20 – Зависимость горизонтальной Q_x, кН, и вертикальной Q_z, кН составляющих сил, действующих на опорное и прикатывающее колеса, от коэффициента перекатывания колеса µ, при различном коэффициенте объемного сопротивления почвы q, кН/м³.

Зависимость силы сжатия пружины F₁ или F₂, необходимых для обеспечения выполнения требований к глубине посева семян, для различных типов сошников представлены на рисунках 2.21-2.23. Наибольшее значение силы сжатия пружины требуется для анкерных сошников при прямом посеве семян, которая при увеличении глубины заделки семян от 0,03 до 0,15 м и увеличении удельного сопротивления почвы от 20 до 50 кН/м² находится в пределах F₁=0,03-9,0 кН, а F₂=0,03-6,3 кН. Для дисковых и лаповых сошников потребные значения силы сжатия пружины не превышают 1,5 кН. Поэтому параметры пружины должна быть выбраны по максимальному значению силы F₁ и F₂. Результаты расчетов показывают целесообразность установки пружины сжатия вертикально с силой сжатия F₂, при которой потребное значение силы для обеспечения работоспособности посевной секции уменьшается.

Согласно представленных данных (рисунки 2.16-2.20) при известных для конкретной зоны глубины посева семян зерновых и кормовых культур, удельного сопротивления почвы и типа сошника, с которым будет произведен посев, можно определить значение силы F₂ (выбранный вариант), необходимый для работы сошника с соблюдением агротехнических требований. Затем, зная максимальную величину перемещения места крепления посевной секции h= 6 см [3], можно определить жесткость выбранной пружины, согласно зависимости (1).

Рисунок 2.21 – Зависимость силы сжатия пружины F₁, кН, и F₂, кН, действующих на посевную секцию с анкерным сошником от глубины заделки семян а₁, м, при различных значениях удельного сопротивления почвы, k, кН/м².

Рисунок 2.22 – Зависимость силы сжатия пружины F₁, кН, и F₂, кН, действующих на посевную секцию с дисковым сошником, от глубины заделки семян а₁, м.

Рисунок 2.23 – Зависимость силы сжатия пружины F₁, кН, и F₂, кН, действующих на посевную секцию с лаповым сошником, от глубины заделки семян а₁, м.

В процессе работы опорные и прикатывающие колеса связаны между собой четырехзвенным механизмом, который в зависимости от соотношения плеч a и b регулирует значения сил, действующих на опорноеQ_zо, кН, и прикатывающее Q_zп, кН, колеса (рисунок 2.24). Выбирая допустимые значения сил Q_zо и Q_zп можно определить величину передаточного отношения i=a/b (2.30) и значения плеч a и b и установить выбранные их значения на кронштейнах опорного и прикатывающего колес.

Рисунок 2.24 – Зависимость реакции почвы на опорном Q_zо, кН, и прикатывающем Q_zп, кН, колесах от величины передаточного отношения i
плеч a и b.

Проведенные расчеты показали, что в процессе работы при изменении положения рамы значение силы F₂ меняется в больших пределах, что ведет к принудительному заглублению или выглублению сошника по глубине и ведет к снижению равномерности заделки семян зерновых и кормовых культур в почву.

Поэтом для обеспечения устойчивости хода сошника по глубине сила F₂, действующая со стороны пружины на посевную секцию, должна быть постоянной. Этого можно достичь установкой на посевную секцию гидроцилиндра с регулятором давления для поддержания силы поджатия гидроцилиндра постоянной, независимо от колебаний места крепления посевной секции к раме посевного комплекса и колебаний самой посевной секции при движении по неровностям рельефа поверхности поля. При этом постоянное значение силы поджатия – F, кН, необходимое для удерживания сошника на установленной глубине (формула 2.18), обеспечивается созданием постоянного давления масле в гидросистеме, автоматически удерживаемое регулятором давления с управлением из кабины трактора.[патент]

Полученные значения сил, действующих на сошники R_x, кН, на опорное Q_xо, кН, и прикатывающее Q_xп, кН, колеса и на диск Q_xд, кН, позволяют определить величину тягового сопротивления посевной секции Р при различных значениях глубины хода сошника а₁, м, и удельного сопротивления почвы k, кН/м² (рисунок 2.25).

Рисунок 2.25 – Зависимость тягового сопротивления посевной секции P, кН, от глубины хода сошников а₁, м, для различных типов сошников.
(для лапового сошника в’=0,27 м)

Полученные данные показывают, что наибольшее значение тягового сопротивления имеет посевная секция с анкерным сошником для прямого посева, поскольку она снабжена диском для подрезания стерни и растительных остатков, а также зависит от величины удельного сопротивления почвы. Тяговое сопротивление лаповых сошников зависит т ширины захвата лапы, глубины их хода и удельного сопротивления почвы. Поскольку посев с посевной секцией, снабженный с дисковым сошником, производится по обработанной почве, она имеет наименьшее тяговое сопротивление. Представленные значения тягового сопротивления посевной секции и силы, действующие на отдельные узлы посевной секции, используются при проведении прочностных расчетов узлов и деталей посевной секции.

На основе проведенных исследований составлена расчетная схема посевной секции и получена формула для определения силы поджатия пружины, обеспечивающей устойчивость хода сошника по глубине заделки семян. Определены значения сил, действующих на сошники, опорное и прикатывающие колеса и диск, которые позволили рассчитать средние значения сил поджатия пружин для различных типов сошников при изменении глубины посева семян и свойств почвы. Установлено, что при колебаниях места крепления посевной секции к раме посевного комплекса и при колебаниях посевной секции при движении по неровностям рельефа поля сила, действующая на сошник со стороны пружиныменяется, что ведет к колебаниям глубины заделки семян. Для обеспечения постоянной силы поджатия корпуса посевной секции и улучшения устойчивости хода сошника по глубине на посевную секцию необходимо установит вместо пружины гидроцилиндр с регулятором давления масла в гидросистеме. Тогда гидроцилиндр независимо от положения посевной секции обеспечивает постоянную силу поджатия к поверхности поля, тем самым улучшая устойчивость её хода по глубине посева. Определено тяговое сопротивление посевной секции с различными типами сошников.

Полученные результаты исследований по обоснованию конструктивной схемы и параметров посевной секции и по определению сил, действующих на отдельные узлы и посевную секцию, будут использоваться для определения параметров посевного комплекса для различных условий работы.

3. Обоснование конструктивной схемы и параметров посевного комплекса для тракторов класса тяги 5.

3.1 Определение тягового сопротивления посевного комплекса с пневматическим высевом семян и удобрений.

Тяговое сопротивление посевного комплекса зависит от ширины захвата машины и скорости движения агрегата, напрямую влияющие на производительность работы агрегата и расход топлива. Посевные комплексы с пневматическим высевом семян, выпускаемые на отечественныхи зарубежных заводах, отличаются друг от друга конструктивным исполнением, типом рабочих органов, способом транспортирования и распределения семян и удобрений, и другими факторами(глава 1).

Основное влияние на тяговое сопротивление этих машин оказывает конструктивная схема почвообрабатывающей части комплекса,ёмкость бункера для семян и удобрений и его место расположение, а также тип и параметры сошника. Эти параметры установлены для посевных агрегатов с механическим высевом семян, когда бункер для семян и удобрений расположен на раме сеялки и имеет малую ёмкость. Однако, для посевных комплексов с пневматическим транспортированием и высевом семян влияние конструктивной схемы, месторасположение и параметры бункера для семян и удобрений на тяговое сопротивление не установлены.В связи с этим в данной работе изучаются влияниеэтих параметров на тяговое сопротивление посевного комплекса с пневматическим высевом семян.

В общем случае тяговое сопротивление посевного комплекса определяется в виде:

Р=Р_П+Р_Б, (3.1)

где Р_П – тяговое сопротивление почвообрабатывающей посевной частикомплекса, кН;

Р_Б – тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений, кН.

Всвоюочередьтяговое сопротивление почвообрабатывающей посевной части комплекса можно определить по формуле академика В.П. Горячкина в виде [3]

(3.2)

гдеG_П– сила тяжести почвообрабатывающей посевной части комплекса, кН;

f – коэффициент пропорциональности учитывающий силу тяжести машины;

k₁ – удельное сопротивление почвы при работе сошников, кН/м²;

a₁ – глубина посева семян, м;

B – ширина захвата агрегата, м;

b – ширина междурядья, м;

v_a – скорость движения агрегата, м/с;

ε – коэффициент, характеризующий форму поверхности рабочего органа и свойства почвы, кНс²/м⁴;

k_2i – удельное сопротивление почвы для дополнительных
приспособлений, кН/м²;

a_2i– глубина хода дополнительных приспособлений, м;

n – количество дополнительных приспособлений, шт.

Согласно работам [16, 17] cила тяжести почвообрабатывающей части комплексаG_П, кН, состоит из силы тяжести прицепного устройства G₁, кН, силы тяжести рамы G₂, кН, силы тяжести рабочих органов G₃, кН, и силы тяжести опорных и транспортных колес и других приспособлений (катки, боронки и тд) G₄, кН, т.е.

(3.3)

Значения сил , , и определяются при проектировании для конкретных почвенно-климатических зон проведением прочностных расчетов для максимальных параметров глубины посева семян a₁, м,и глубины хода приспособлений a₂, м, максимальных значений удельного сопротивления почвы k₁, кН/м² иудельного сопротивления приспособлений k₂, м, которые возможно при работе проектируемого посевного комплекса. Согласно работам [Блед, 16, 17] полученные силы G₁, G₂, G₃ и G₄, можно выразить зависимости

(3.4)

где β 1/м², α и η – коэффициенты удельной металлоемкости, соответственно, рамных конструкций, рабочих органов и дополнительных рабочих органов, и приспособлений для наиболее нагруженных условий работы.

Из зависимостей (3.4) следует, что

Значения этих коэффициентов для определенных типов орудий имеют постоянные значения. При изменении условий работы агрегата, то есть a₁, м,a₂, м, k₁, кН/м²k₂, м, конструктивной схемы орудия L, м, сила тяжести G_П, кН, определяется по формуле:

, (3.6)

где β –коэффициент удельной металлоемкости рамных конструкций орудия, 1/м²;

L_i – расстояние от оси присоединения переднего брусья рамы к механизму навески или прицепному устройству до точки приложения равнодействующий всех сил, действующих на рабочие органы и приспособления, м;

α –коэффициент удельной металлоемкости сменных рабочих органов;

m – количество сменных рабочих органов, шт;

η –коэффициент удельной металлоемкости приспособлений;

γ₀ – объемный вес стали, кН/м³;

S₀ – суммарная площадь поперечного сечения профиля прицепного устройства, м².

Конструктивная схема почвообрабатывающей посевной части комплекса вводится в уравнении (3.6) через параметр L_i. Согласно исследованиям при расположении рабочих органов на раме орудия по шахматной схеме, общепринятой для посевных агрегатов, значение L_i, м, определяется по формуле, [5, 6]:

L_i=l₀+0,5l_p(с₁-1), (3.7)

где l₀ – расстояние от оси присоединения орудия к прицепному устройству до центра сопротивления первого ряда рабочих органов, м;

l_p – расстояние между рядами рабочих органов по ходу движения, м;

с₁ – количество рядов рабочих органов на раме комплекса, шт.

При l₀=0,5l_p; L_i=0,5·l_p·с₁ . (3.8)

Подставляя значение L и G_П из формул (3.8) и (3.6) в формулу (3.2), получим значение тягового сопротивления почвообрабатывающей части орудия P_П, кН, в виде:

(3.9)

Тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений Р_Б, кН зависит от конструктивной схемы агрегата, силы тяжести семян и удобрений в бункере и силы тяжести ходовой части бункера (Рисунок 1.12).

Как видно из рисунка 1.12 в первой и второй конструктивных схемах бункер для семян и удобрений расположен на собственной одноосной или двухосной ходовой части. Однако в первой схеме колеса ходовой части перемещается по стерне, а во второй – по обработанной поверхности. Тогда Р_Б определяется по зависимостям:

Первая схема – Р_Б1i=(G_X+G_Б+G_Ci+G_Уi)·µ₁, (3.10)

Вторая схема – Р_Б2i=(G_X+G_Б+G_Ci+G_Уi)·µ₂, (3.11)

где G_X– сила тяжести ходовой части бункера, кН;

G_Б – сила тяжести бункера, кН;

G_Ci – сила тяжести семян в бункере, кН;

G_yi – сила тяжести удобрений в бункере, кН;

µ₁ – коэффициент перекатывания колес по стерне, µ₁=0,10…0,15 [4];

µ₂ – коэффициент перекатывания колес по обработанному полю,
µ₁=0,2…0,3 [4].

В третьей конструктивной схеме бункер для семян и удобрений расположен на прицепном устройстве почвообрабатывающей посевной части комплекса, на собственных ходовых колесах перемещающейся по необработанному полю и его сила тяжести воспринимается ходовыми колесами. Тогда:

Р_Б3i=(G_Б+G′_X+G_Ci+G_Уi)µ₁, (3.12)

где G′_X – сила тяжести ходовой части без учета силы тяжести прицепного устройства G₁, кН.

В четвертой конструктивной схеме сила тяжести бункера семян и удобрений воспринимается рамой и влияют на тяговое сопротивление комплекса наравне с силой тяжести почвообрабатывающей посевной части комплекса. Тогда:

Р_Б4i=(G_Б+G_Ci+G_Уi)f_, (3.13)

Выразим значения G_X, G_Б, G_Сi, G_Уi через параметры посевного комплекса и норму высева семян и удобрений [1, 2].

G_Ci=0,0036Q_CBv_aτ_см(Т-Т₁), кН, (3.14)

G_yi=0,0036Q_УBv_aτ_см(Т-Т₁), кН, (3.15)

G_Б=0,36σBv_aτ_смТ()γ₀, кН, (3.16)

,кН, (3.17)

, кН, (3.18)

где σ – коэффициент удельной металлоемкости бункера для семян и
удобрений;

– коэффициент удельной металлоемкости ходовой части бункера для семян и удобрений;

Q_C – норма высева семян, кг/га;

Q_У – норма высева удобрений, кг/га;

γ_С – удельная масса семян, кг/м³;

γ_У – удельная масса удобрений, кг/м³;

Т – расчетное время работы агрегата в загоне с одной заправкой, ч;

Т₁ – время работы агрегата после заправки, ч;

τ_см – коэффициент использования времени смены.

Значения сил G_Ci, G_yi, G_Би G_xопределяется при проектировании бункера для семян и удобрений для максимальных значений нормы высева семян Q_cи высева удобрений Q_у, а также для максимального допустимого значения времени работы агрегата с одной заправкой Т и ширины захвата комплекса В, проведением прочностных расчетов бункера для семян и удобрений и ходовой части бункера. Тогда при известных значениях сил G_Ci, G_yi, G_Би G_x определяют согласно формуле (3.16) и (3.17) значения коэффициентов металлоемкости бункера σ и ходовой части бункера δ, которые имеют вид:

, (3.19)

, (3.20)

При проектировании нового орудия значения параметров В_i, v_ai, τ_см, Q_ci, Q_уi, Т_i, γ_0i, γ_Ci, γ_yi–в формулах (3.14-3.18) принимаются соответствующие к новым условиям работы.

Подставляя полученные значения сил тяжести G_X, G_Б, G_С, G_У в уравнения (3.10…3.13) определим значения тягового сопротивления бункеров для различных конструктивных схем.

1 схема:

, кН (3.21)

2 схема:

, кН (3.22)

3 схема:

,кН(3.23)

4 схема:

, кН. (3.24)

Подставляя значение P_П, кН, из формулы (3.9) и значения Р_Б, кН, для различных конструктивных схем почвообрабатывающих посевных агрегатов из формул (3.21)…(3.24) в формулу (3.1) получим значения тягового сопротивления агрегатов Р, кН, при изменении свойств почвы, глубины посева, нормы высева семян и удобрений, ширины захвата агрегата и времени работы агрегата с одной заправкой.

Результаты исследования.

Рассмотрим по полученным зависимостям изменения тягового сопротивления почвообрабатывающей посевной машины при посеве зерновых культур.

Исходные данные для расчетов представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчетов.

Определим тяговое сопротивление почвообрабатывающей посевной части машины согласно зависимости (3.9).Результаты расчетов (рисунок 3.1-3.11) показывают, что на величину тягового сопротивления посевной части посевного комплекса P_п, кН,при рекомендуемой скорости движения агрегата v_a=3 м/с оказывают влияние глубина хода сошников а_i, м, удельное сопротивление почвы для различных типов рабочих органов сошников k_i, кН/м²коэффициент пропорциональности f и ширина захвата посевного комплекса В, м. Видно что, значение силы P_п при увеличении ширины захвата от 5 до 15 м, глубины обработки от 0,05 до 0,15 м и удельного сопротивления почвы от 20 до 50 кН/м² для различных типов сошников изменяется в пределах от 3 кН до 230 кН, что показывает на возможность выбора ширины захвата агрегата В при различных значениях а₁ и k₁ для агрегатирования с тракторами различного класса тяги.

Наибольшее влияние на величину тягового сопротивления оказывают глубина хода сошников и удельное сопротивление почвы. Из рисунков 3.1-3.3 видно, что при ширине захвата посевного комплекса 12 м для анкерных сошников при увеличении глубины хода сошников от 0,05 м до 0,08 м тяговое сопротивление при удельном сопротивлении почвы 20 кН/м² возрастает от 19 кН до 33,5 кН, т.е. на 76%, а при увеличении глубины хода сошников от 0,08 м до 0,15 м тяговое сопротивление возрастает от 33,5 кН до 94 кН, т.е. на 180 %. Увеличение удельного сопротивления почвы от 20 кН/м² до 50 кН/м² вызывает увеличение тягового сопротивления при глубине хода сошников 0,05 м от 19 кН до 32 кН, т.е. на 68%, при глубине хода 0,08 м от 33,5 кН до 64 кН, т.е. на 91%, а при глубине хода сошника 0,15 м от 94 кН до 185 кН, т.е. на 97%. С увеличением скорости движения агрегата от 2 м/с до 3,5 м/с тяговое сопротивление возрастает при удельном сопротивлении почвы равном 20 кН/м² и ширине захвата посевного комплекса 12 м от 40 до 46 кН, т.е. на 16% (рисунок 3.4).

Тяговое сопротивление посевной части посевного комплекса при работе с дисковыми сошниками (рисунки 3.5-3.6) при ширине захвата 12 м, при удельном сопротивлении почвы 20 кН/м², при скорости движения агрегата 3 м/с, при увеличении глубины хода сошника от 0,05 м до 0,08 м возрастает от 11,5 кН до 14 кН, т.е. на 21%, а увеличение удельного сопротивления почвы от 20 кН/м² до 50 кН/м² ведет к увеличению тягового сопротилвения при глубине хода сошника 0,05 м от 11,5 кН до 17,5 кН, т.е. на 52%, при глубине хода 0,08 м от 14 до 24, т.е. на 71%. Увеличение скорости движения агрегата от 2 м/с до 3,5 м/сведет к увеличению тягового сопротивления посевной части посевного комплекса при удельном сопротивлении почвы 30 кН/м² и глубине хода сошника 0,08 м от 16,8 кН до 18кН, т.е. на 7,1% (рисунок 3.7)

Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками от ширины захвата посевного комплекса предоставлены на рисунках 3,8-3,10. Из рисунков видно, что при ширине захвата посевного комплекса 12 м, скорости движения агрегата 3,0 м/с, при увеличении глубины хода сошников от 0,05 до 0,08 м тяговое сопротивление увеличивается при удельном сопротивлении 20 кН/м² от 28кН до 28 до 41 кН, т.е. на 46%, а при увеличении глубины хода сошника от 0,08 м до 0,15 м от 41 кН до 69 кН, т.е. на 68%. Увеличение удельного сопротивления почвы от 20 кН/м² до 50 кН/м² приводит к увеличению тягового сопротивления при глубине хода сошника 0,05 м от 28 кН до 52 кН, т.е. на 85%, глубине хода сошника 0,08 м от 41 кН до 78,5 кН, т.е. на 91%, а при глубине хода сошника 0,15 м от 69 кН до 141 кН, т.е. на 85%, глубине хода сошника 0,08 м от 41 кН до 78,5 кН, т.е. на 104%. С увеличением скорости движения агрегата от 2 м/с до 3,5 м/с тяговое сопротивление посевной части посевного комплекса возрастает при удельном сопротивлении почвы 30 кН/м² ширина захвата агрегата 12 м от 48 кН до 57 кН, т.е. на 18% (рисунок 3.11).

Полученные результаты расчетов показывают, что наибольшее тяговое сопротивление имеет посевная часть посевного комплекса с анкерными и лаповыми сошниками.

Рисунок 3.1 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с анкерными сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,05 м, скорости движения агрегата v_a=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k₁ кН/м².

Рисунок 3.2 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с анкерными сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,08 м, скорости движения агрегата v_a=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k₁ кН/м².

Рисунок 3.3 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с анкерными сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,15 м, скорости движения агрегата v_a=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k₁ кН/м².

Рисунок 3.4 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с анкерными сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,08 м, удельного сопротивления почвы k₁ =30 кН/м², и различных значениях скорости движения агрегата v_a, м/с.

Рисунок 3.5 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с дисковыми сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,05 м, скорости движения агрегата v_a=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k₁ кН/м².

Рисунок 3.6 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с дисковыми сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,08 м, скорости движения агрегата v_a=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k₁ кН/м².

Рисунок 3.7 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с дисковыми сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,08 м, удельного сопротивления почвы k₁ =30 кН/м², и различных значениях скорости движения агрегата v_a, м/с.

Рисунок 3.8 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,05 м, ширине лапы b′=0.27 м, скорости движения агрегата v_a=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k₁ кН/м².

Рисунок 3.9 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,08 м, ширине лапы b′=0.27 м, скорости движения агрегата v_a=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k₁ кН/м².

Рисунок 3.10 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,15 м, ширине лапы b′=0.27 м, скорости движения агрегата v_a=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k₁ кН/м².

Рисунок 3.11 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками Р_П, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а₁=0,08 м, ширине лапы b′=0.27 м, удельного сопротивления почвы k₁ =30 кН/м², и различных значениях скорости движения агрегата v_a, м/с.

Согласно формул 3.21-3.24 определим тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений Р_Б, кН, при различной норме высева семян Q_с, кг/га, и удобрений Q_y, кг/га, скорости движения агрегата v_a, м/с, и времени работы агрегата после заправки бункера Т₁, ч, после заправки бункера на определенное время работы агрегата Т, ч.

На рисунках 3.12-3.15 представлены результаты расчетов по определению тягового сопротивления бункера Р_Б, кН, для различных конструктивных схем агрегата (рисунок 1.12) после заправки бункера семенами и удобрениями из расчета
Т= 4 часа работы. Видно, что по мере работы агрегата в загоне Т₁ от 0 до 4 ч тяговое сопротивление бункера Р_Б, кН, снижается от максимума, который соответствует полной заправке бункера, до минимума, который соответствует тяговому сопротивлению пустого бункера в зависимости от его емкости при различных нормах высева семян и удобрений.

При этом большое влияние на величину тягового сопротивления оказывает норма высева семян Q_с, кг/га и удобрений Q_y, кг/га, при выбранном значении Т.С увеличением Q_с и Q_у увеличивается емкость бункера, т.е. сила тяжести семян и удобрений в бункере, увеличивается масса бункера и его ходовой части, что при повышении нормы высева семян Q_с со 100 кг/га до 200 кг/га, ведет к увеличению тягового сопротивления практически в два раза (рисунок 3.12-3.15). Аналогично при увеличении скорости движения агрегата v_a от 2 м/с до 3,5 м/с как следует из формул 3.21-3.24 тяговое сопротивление бункера P_Б увеличивается для различных конструктивных схем агрегата на 60-80%.

Большое влияние на величину тягового сопротивления бункера для семян и удобрений Р_Б оказывает его месторасположения в агрегате. Как показывают результаты расчетов наименьшее тяговое сопротивление Р_Б имеет схема №3 с расположением бункера на месте прицепного устройства,поскольку у агрегата отсутствует прицепное устройство. (рисунок 3.14)

Далее следует схема №1 (рисунок 3.12) с расположением бункера впереди почвообрабатывающей посевной части, поскольку ходовая часть бункера также идет по стерне, а посевная часть имеет отдельноеприцепное устройство, тяговое сопротивление схемы №1 по сравнению со схемой №3 увеличивается на 4-7%, а тяговое сопротивление схемы №2 по сравнению со схемой №1 увеличивается практически в 2 раза, поскольку ходовое колесо идет по обработанной почве. (рисунок 3.13)

Рисунок 3.12 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений Р_Б1, кН, от времени работы агрегата Т₁ч, после заправки бункеров при различных нормах высева семян Q_с, кг/га, при скорости движения агрегата v_a=3 м/с, при норме высева удобрений Q_у=50кг/га и количества заправки семян из расчета Т=4 часа работы, коэффициент перекатывания колес по обработанной почве
µ₂=0,15 (схема 1).

Рисунок 3.13 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений Р_Б1, кН, от времени работы агрегата Т₁ч, после заправки бункеров при различных нормах высева семян Q_с, кг/га, при скорости движения агрегата v_a=3 м/с, при норме высева удобрений Q_у=50кг/га и количества заправки семян из расчета Т=4 часа работы, коэффициент перекатывания колес по обработанной почве
µ₂=0,25 (схема 2).

Рисунок 3.14 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений Р_Б, кН, от времени работы агрегата Т₁ч, после заправки бункеров при различных нормах высева семян Q_с, кг/га, и скорости движения агрегата v_a, м/с, при норме высева удобрений Q_у=50кг/га и количества заправки семян из расчета Т=4 часов работы, коэффициент перекатывания колес по стерне µ₁=0,15 (схема 3).

Наибольшее тяговое сопротивление имеет схема №4 (рисунок 3.14), где бункер для семян и удобрений расположен на раме посевного агрегата, и вся масса бункера воспринимается ходовой частью почвообрабатывающей посевной части машины. При этом увеличение тягового сопротивления Р_Б по сравнению со схемой №1 доходит до 2 раз.

В связи с этим при выборе конструктивной схемы почвообрабатывающих посевных машин должны быть учтены полученные результаты расчетов, которые показывают на необходимость снижения ёмкости бункера для семян и удобрений для снижения тягового сопротивления почвообрабатывающей посевной машины, что обеспечит возможность увеличением скорости движения агрегата и производительности агрегата.

Аналогичные данные получены при установленном времени непрерывной работы агрегата Т 2, 4, 6 и 8 часов. Они показывают, что с уменьшением времени Т объём бункера и его масса уменьшается, а также, согласно рисункам 3.12-3.15, снижается сила тяжести семян и удобрений в бункере, что ведет к снижению тягового сопротивления бункера для семян и удобрений Р_Б и снижению общего тягового сопротивления посевного комплекса.

Рисунок 3.15 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений Р_б, кН, от времени работы агрегата Т₁и после заправки бункеров при различных нормах высева семян Q_с, кг/га, и скорости движения агрегата v_a, м/с, при норме высева удобрений Q_у=50кг/га и количества заправки семян из расчета на Т=4 часов работы, коэффициент пропорциональности f=0,3 (схема 4).

Таким образом полученные расчетные формулы для определения тягового сопротивления посевных комплексов, выполненных для различных конструктивных схем, которыесостоят из тяговых сопротивлений посевной части комплекса и бункера для семян и удобрений, позволяют определить зависимости тягового сопротивленияпосевных комплексов от удельного сопротивления почвы, глубины хода сошников, скорости движения агрегата, коэффициентов пропорциональности, типа рабочих органов и ширины захвата агрегата, а также от нормы высева семян и удобрений и установленной времени работы агрегата с одной заправкой.

На основе произведенных расчетов и их анализа установлены параметры посевного комплекса, которые позволяют полностью загрузить трактор тягового класса 5 при посеве сельскохозяйственных культур на почвах с удельным сопротивлением почвы в условиях Южного Урала равно к=20-35 кН/м². Они составляют:

Ширина захвата посевного комплекса В=12 м;

Ширина междурядья b=0.25 м;

Количество посевных секций n=48 шт;

Емкость бункера для семян V=6 м³;

Емкость бункера для удобрений V=4м³;

Времени работы агрегата с одной заправкой Т=4 ч;

Глубина посева а₁=0,05-0,1 м.

При изменении глубины посева тяговое сопротивление посевного комплекса преодолевается трактором изменением скорости движения агрегата.

3.2 Определение производительности агрегата с посевным комплексом ПК-12.

На основе произведенных расчетов (раздел 3.1) установлено, что для агрегатирования трактора класса тяг 5 с мощностью двигателя 300-350 л.с. (220-266 кВт) при различных глубине посева, скорости движения агрегата и удельного сопротивления почвы рациональным значением ширины захвата посевного комплекса является 12 м. при его конструктивном исполнении в вариантах схем 1 и 3 (рисунок 1.12). С учетом работы агрегата с одной заправкой в течении четырех часов определим производительность работы агрегата при различных глубине хода сошника, свойств почвы, нормы высева семян и удобрений.

В общем случае производительность работы агрегата , га/ч с посевном комплексом ПК-12 определяется по формуле:

, га/ч (3.25)

где B – ширина захвата агрегата, мB=12 м;

v_a – скорость движения агрегата, м/с;

τ_см – коэффициент использования времени смены, примем τ_см=0.8

Ширина захвата и скорость движения агрегата с посевнымкомплексом ПК-12 зависит от мощности трактора N_е, кВт.При этом мощность на крюке трактора N_Кр, кВт, определяется как:

, отсюда , (3.26)

где η_Т – КПД трансмиссии трактора;

η_Т=0,6 – для колёсного трактора;

η_Т=0,7 – для гусеничного трактора;

Р_Кр – тяговое усилие на крюке трактора, кН;

η – коэффициент использования тягового усилия на крюке трактора
η=0,9-0,95;

Р – тяговое сопротивление посевного комплекса, кН;

Р_П – тяговое сопротивление почвообрабатывающей части посевного комплекса, кН;

Р_Б – тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений, кН.

Подставляя полученное значение v_aиз формулы (3.26) в формулу (3.25), имеем:

(3.27)

Значение силы Р_П определяется по формуле (3.9), а значение силы Р_Б для конструктивной схемы 1 определяется по формуле (3.21).

Результаты расчетов производительности агрегата , га/ч, при различных значениях глубины посева, удельного сопротивления почвы, нормы высева семян и удобрений при Т=4 ч; а Т₁=0-4 ч.

Исходные данные для расчетов представлены в таблице 1.1.

Рисунок 3.16 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений P_Б1, кН, от времени работы агрегата после заправки Т₁, ч. и нормы высева семян Q_c, кг/га при Q_у=50 кг/га, В=12 м, v_а=3м/с, (схема №1).

Рисунок 3.17 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с анкерными сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при Q_с=150 кг/га, Q_у=50 кг/га, В=12 м, v_а=3м/с, при различных k₁, кН/м², и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

Рисунок 3.18 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с анкерными сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при k₁, =30 кН/м², Q_у=50 кг/га, В=12 м, v_а=3м/с, при различных Qс кг/га, и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

Рисунок 3.19 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с анкерными сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при k₁, =30 кН/м², Q_с=150 кг/га, Q_у=50 кг/га, В=12 м, при различных v_а, м/с, и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

Рисунок 3.20 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с дисковыми сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при Q_с=150 кг/га, Q_у=50 кг/га, В=12 м, v_а=3м/с, при различных k₁, кН/м², и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

Рисунок 3.21 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с дисковыми сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при k₁, =30 кН/м², Q_у=50 кг/га, В=12 м, v_а=3м/с, приразличныхQс кг/га, и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

Рисунок 3.22 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с дисковыми сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при k₁, =30 кН/м², Q_с=150 кг/га, Q_у=50 кг/га, В=12 м, при различных v_а, м/с, и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

Рисунок 3.23 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с лаповыми сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при Q_с=150 кг/га, Q_у=50 кг/га, В=12 м, v_а=3м/с, при различных k₁, кН/м², и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

Рисунок 3.24 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с лаповыми сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при k₁, =30 кН/м², Q_у=50 кг/га, В=12 м, v_а=3м/с, при различных Qс кг/га, и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

Рисунок 3.25 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с лаповыми сошниками от глубины хода сошников а₁, м, при k₁, =30 кН/м², Q_с=150 кг/га, Q_у=50 кг/га, В=12 м, при различных v_а, м/с, и времени работы агрегата после заправки Т₁, ч.

4 Разработка конструктивной схемы и обоснование параметров пневматической системы дозирования, транспортирования и распределения семян и удобрений посевного комплекса.

На основе анализа существующих пневматических систем отечественных и зарубежных посевных комплексов нами выбрана одноступенчатая пневматическая система с наддувом воздуха в бункер и эжекторном питателем, которая обеспечивает бесперебойную равномерную подачу семян в семяпроводы (рисунок 1.14). Для распределения семян по сошникам могут быть использованы распределители семян, расположенные на раме горизонтально или расположенные на вертикальной стойке.

Как показали результаты расчетов (глава 3) для тракторов класса тяги 5 ширина захвата посевного комплекса составляет 12 м при ширине междурядья 0,25 м и количестве сошников равной 48 шт. При таких параметрах агрегат может работать при глубине хода сошников от 5 до 8 см на скоростях от 2 до 3,5 м/с при удельном сопротивлении почвы, находящимся пределах от 20 до 40 кН/м², обеспечивая производительность агрегата от 7 до 12 га/ч.

При известных схеме транспортирования семян и параметров посевного комплекса количество дозаторов равно 6 шт., количество выходных патрубков из распределителей семян равно 8 шт. Необходимо обосновать параметры пневматической системы дозирования, транспортирования и равномерного распределения семян по сошникам.

Работоспособность пневматической системы на посевных комплексах зависит от правильного выбора производительности вентилятора, которая определяет скорость воздуха в пневмосистеме в зависимости от диаметра семяпровода и скорость перемещения семян. Если производительность вентилятора будет недостаточна, то семена в семяпроводах прекращают движение и процесс посева прекращается. Если производительность вентилятора будет высока, то семена воздушным потоком будут выбрасываться из-под сошника на поверхность почвы, будет происходить ускоренный износ семяпроводов и увеличивается потребная мощность на привод вентилятора. Требуемая производительность вентилятора зависит от ширины захвата сеялок (от количества сошников), от нормы высева семян, от скорости движения агрегата, от физико-механических свойств семян. Для обеспечения работоспособности вентилятора во всех режимах необходимо знать требуемые минимальную и максимальную его производительность. В промежуточных режимах для различных культур производительность вентилятора можно регулировать изменением частоты вращения вала вентилятора.

Равномерность распределения семян по сошникам зависит от объемной концентрации семян в пневмосистеме сеялки, которая определяется по зависимости:

, (4.1)

где – объем семян в элементарном объеме воздуха за единицу времени, м³/с;

– элементарный объем воздуха, поступающий в рассматриваемую область за единицу времени, м³/с.

Объем семян можно определить по расходу семенного материала за единицу времени. Расход семян за единицу времени , определяется по формуле:

, (4.2)

где – ширина захвата сеялки, м;

– скорость движения агрегата, м/с;

– заданная норма высева семян, кг/га.

При известной плотности зерна , кг/м³, можно определить объем семян , м³/с, по формуле:

( 4.3)

Зная количество сошников на сеялке , шт., можно определить объем семян на семяпроводах сошников , м³/с, в виде:

(4.4)

Работоспособность пневмосистемы обеспечивается при постоянном расходе воздуха для любого сечения семяпровода. Тогда объем воздуха, выходящего из вентилятора , м³/с, определяется как:

, (4.5)

где – скорость воздушного потока на выходе из вентилятора, м/с;

– площадь выходного отверстия вентилятора, м²;

– диаметр выходного отверстия вентилятора, м.

Объем воздуха, проходящий через семяпроводы сошников , м³/с, можно определить зная количество сошников , шт., в виде:

(4.6)

С учетом отсутствия потерь расхода воздуха в пневмосистеме, используя уравнения (4.5) и (4.6), для выбранной конструктивной схемы пневмосистемы можно записать выражение баланса расхода воздуха в виде:

(4.7)

где – скорость воздушного потока в семяпроводах сошников, м/с;

– диаметр семяпровода сошника, м.

Из выражения (4.7) можно определить скорость, м/с в виде:

. (4.8)

Отсюда видно, что в зависимости от диаметра семяпроводов и от количества выходов из распределителя происходит изменение скоростей воздушного потока на границах перехода. Это ведет к пропорциональному изменению скорости семян в семяпроводах. Снижение скорости перемещения семян в значительной степени происходит при вертикальном подъеме в вертикальных трубах распределителей. Требуемую скорость воздуха для свободного перемещения семян в вертикальных трубах , м/с, рекомендуется определить по формуле:

, (4.9)

где – средняя скорость витания семян, м/с;

К_з – коэффициент запаса (К_з=1,2).

Значения скорости , м/с, для различных культур представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Требуемые рабочие скорости воздуха , м/с,для свободного перемещения семян различных культур.

Как видно, из таблицы 4.1 в зависимости от высеваемой культуры, скорость воздушного потока, в свою очередь и производительность вентилятора меняется до 1,4 раза. Для посева всех зерновых культур и удобрений достаточно иметь скорость воздушного потока в 20 м/с, а при посеве гороха необходимо поднять скорость воздушного потока до 24 м/с.

Расчет для выбранной пневмосистемы для посева зерновых культур представлен в таблице 4.2.

Как видно из таблицы 4.2 оптимальным набором параметров пневмосистемы для выбранной ширины схемы пневмосистемы можно считать варианты (d_в = 120 мм, d₂ = 100 мм, d₃= 100 мм, d₄= 64 мм, d_с= 32 мм).

Таблица 3.2 Расчет скорости воздушного потока в зависимости от параметров пневмосистемы

Снижение диаметров трубопровода от дозатора до распределителя со 100 до 64 мм приводит к необходимости снижения производительности вентилятора в 2,5 раза, что ведет к снижению энергозатрат и износу семяпроводов.

В лабораторных условиях изучены равномерность распределения семян по сошникам горизонтальными и вертикальными распределителями семян, которые показали, что равномерность зависит от наклона распределителей в горизонтальной плоскости, т.е. от величины уклоны поверхности поля. Установлено, что в горизонтальной плоскости с уклоном в ноль градусов равномерность распределения семян по сошникам при количестве выходных патрубков до 12 шт. находиться в пределах 4-8%, а при уклоне до 5⁰ доходит до 20-28 %. В связи с этим в посевном комплексе ПК-12 количество выходных патрубков из распределителей принято равной восьми, что обеспечивает неравномерность высева 4-6%.

Для выравнивания потока семян, поступающих в сошники при работе на полях с уклоном поверхности поля с вертикальным распределителем семян предлагается конструкция выравнивателя потока семян для пневматических сеялок, которая устанавливается на вертикальной трубе распределителя (рисунок 4.1).

1 – труба; 2 – отражатель; 3 – грузик

Рисунок 4.1– Выравниватель потока семян

Выравниватель потока семян состоит из трубы 1 одинакового диаметра с вертикальной трубой распределителя, четырех отражателей 2 с грузиками 3, которые закреплены к трубе шарнирно. Отражатели при работе на равнине прилегают к трубе и не влияют на направление движения семян. При наклоне агрегата, например, вправо, труба наклоняется вместе с агрегатом, а отражатель остается в вертикальном состоянии за счет грузика и начинает создавать препятствие движению семян. При этом отраженные семена начинают направляться в сторону вверх по склону. А это обеспечивает выравнивание потока семян по всему сечению трубы распределителя. Так как величина отклонения отражателя относительно трубы зависит от крутизны склона, то отражатель автоматически изменяет количество отраженных семян в зависимости от крутизны склона.

Так как агрегат может наклоняться в любом направлении (направо, налево, вперед, назад), то отражатели установлены с четырех сторон и каждая из них работают по вышеописанному принципу. Если агрегат наклоняется одновременно, например, направо и вперед, то включаются в работу два отражателя.

Лабораторные исследования [11] показали, что установка выравнивателя потока семян в вертикальную трубу повышает неравномерность распределения семян по сошникам при работе на склонах до 9,7⁰ до 8-9% вместо 28-30% при работе без выравнивателя.

При пневматическом транспортировании семян на зерновых сеялках имеется возможность сеять полосным способом при полном использовании ширины лапы. Однако при избыточном давлении воздушного потока в подлаповом пространстве происходит вынос семян на поверхность поля или застревание семян в верхних слоях почвы. Это особенно проявляется при значительном превышении скорости воздуха. Кроме этого, происходит повышение давления в подлаповом пространстве, что ведет к повышению затрат энергии для привода вентилятора.

Для решения данной проблемы предлагается установить перед сошником отделитель воздуха (рисунок 4.2), который состоит из трубы1, наружный и внутренний диаметры которого соответствуют диаметрам семяпровода. На верхней части трубы 1 для соединения с семяпроводом приваривается труба 2 с внутренним диаметром, равным наружному диаметру семяпровода. С четырех сторон трубы 1 вырезаются окошки прямоугольной формы 3 для выхода воздуха. К нижней границе окошек приваривается усечённый конус 4 для предотвращения потерь семян.

1 – внутренняя труба; 2 – наружная труба; 3 – окошко; 4 – усеченный конус

Рисунок 4.2– Отделитель воздуха

При работе сеялки смесь воздуха и семян поступает в отделитель воздуха, где воздух свободно выбрасывается наружу из окошек. А семена, имеющие скорость 10…20 м/с, по инерции пролетают через отделитель воздуха и ударяются по отражателю семян сошника. Так как семена имеют большую скорость, они отлетают от отражателя на такое же расстояние, как и при наличии воздуха. Поэтому ширина полосы посева в подлаповом пространстве остается такой же, как и без отделителя воздуха. Так как воздух в подлаповое пространство под давлением не поступает, то семена полностью остаются на семенном ложе и не выносятся на поверхность почвы.

При работе с другими типами сошников семена показывают на семенное ложе для семян и остаются на месте.

5 Разработка чертежно-конструкторской документации посевного комплекса ПК-12

5.1 Разработка 3D модели

Посевной комплекс предназначен для посева семян зерновых, зернобобовых, кормовых и масленичных культур рядовым и узкорядным способами по минимальной или традиционной технологии возделывания сельскохозяйственных культур.

Посевной комплекс ПК-12 состоит из следующих основных узлов
(рисунок 5.1):

— Почвообрабатывающая посевная часть;

— Посевные секции;

— Бункер для семян и удобрений;

— Распределители семян.

Рисунок 5.1 – Общий вид посевного комплекса (ПК-12)

1 – бункер с емкостями для семян и удобрений;2 – прицепная почвообрабатывающая посевная часть; 3 – навесные посевные секции

5.1.1 Посевная секция

Посевная секция (рисунок 2) для сеялок с механическим и пневматическим высевом семян состоит из корпуса (1) с параллелограммным подвесным устройством (4) с кронштейном крепления посевной секции к раме сеялки (3), гидроцилиндра (5), опорного колеса, совмещенного на оси с дисковым ножом (7), и прикатывающего колеса (6), которые соединены между собой телескопической тягой (2) и составляют с нижней частью корпуса посевной секции четырехзвенный механизм, сменных сошников (анкерные, дисковые, килевидные, лаповые) (8).

Глубина хода посевной секции регулируется вращением ручки телескопической тяги (2), которая, меняя свою длину, изменяет высоту установки опорного и прикатывающего колес. Для удобства установки всех посевных секций на одинаковую глубину на тяге прикатывающего колеса расположен указатель (9), а на корпусе посевной секции – шкала (10).

Сила сжатия сошников посевной секции регулируется при помощи редукционного гидроклапана, установленного на раме орудия. Равномерное распределение силы на штоки гидроцилиндров посевных секций обеспечивается гидроаккумулятором.

Рисунок 5.2 – Посевная секция

5.1.2 Бункер прицепной пневматический

В состав прицепного бункера (рисунок 5.3) входит рама с одноосным шасси (1). На раме располагается бункер (2) для посевного материала, состоящий из двух отсеков. Для обеспечения работы пневматической высевающей системы отсеки бункера имеют герметично закрывающиеся люки (3). Для обслуживания и заправки посевным материалом на бункере установлены лестница, поручни и подножки (4).

В пневматическую высевающую систему входит вентилятор (5) центробежного типа, дозаторы катушечного типа, снабженные одноступенчатой многоканальной пневмосистемой с эжекторным питателем и наддувом бункера (6), распределители семян, пневматические трубопроводы, соединяющие вышеназванные составные части и семяпроводы соединяющие распределители семян и сошники. Привод центробежного вентилятора осуществляется от гидромотора (7), соединяющегося с гидросистемой энергосредства. Привод высевающих аппаратов осуществляется от опорного колеса бункера через цепную передачу и бесступенчатый редуктор.

Для регулировки нормы высева семян и удобрений предусмотрен бесступенчатый редуктор (9).

Бункер снабжен датчиками поступления семян в каждый семяпровод, датчиком уровня семян в бункере, датчиком оборотов приводного вала для контроля работы дозаторов, а также электромагнитной муфтой (10) для отключения привода к дозаторам семян. Для быстрой загрузки семенного материала установлен шнековый загрузчик (11) со светодиодным освещением, позволяющий производить погрузку в темное время суток.

Рисунок 5.3 – Общий вид бункера для семян и удобрений

5.1.3 Распределитель семян

На раме посевного комплекса установлены восьмиканальные распределители семян, которые обеспечивают неравномерность распределения семян в пределах 4…6%.

Распределитель (рисунок 5.4) состоит из делительной головки (1), кронштейна крепления семяпровода (2) и кронштейна крепления к раме (3).

Рисунок 4 – Общий видраспределителя семян

5.1.4 Почвообрабатывающая посевная часть

Почвообрабатывающая посевная часть посевного комплекса
(рисунок 5.5) представляет собой трехсекционную раму (1), на поперечных брусьях которой установлены посевные секции (2). К центральной раме почвообрабатывающей части слева и справа крепятся боковые секции, соединенные с ней шарнирно.

Для управления почвообрабатывающей частью на раме смонтирована гидравлическая система с цилиндрами (3), соединенные с гидравлической системой трактора, которая позволяет переводить боковые секции из транспортного положения в рабочее и обратно.

Перевод рамы почвообрабатывающей посевной части комплекса в транспортное положение осуществляется гидравлическими цилиндрами передних (4) и задних колес (5) почвообрабатывающей части. Передние колеса поворотные самоустанавливающиеся, задние – неповоротные.

Рисунок 5.5 – Общий вид почвообрабатывающей посевной части

Горизонтальность и высота рамы почвообрабатывающей части над поверхностью поля настраивается за счет установки набора клипс разной толщины (1) на штоки гидравлических цилиндров (2) опорных и транспортных колес (рисунок 5.6). Неиспользованные клипсы остаются на специальном держателе (3).

В конструкции рамы использованы толстостенные профильные трубы из стали 09Г2С, отличающейся отличной свариваемостью и повышенной прочностью.

Рисунок 5.6 –Регулировки высоты рамы над поверхностью поля

5.2 Приборы и аппаратура контроля за процессом посева и работы узлов посевного комплекса ПК-12.

Главной задачей систем контроля высева «СКИФ» (рисунок 5.7) является контроль технологических параметров работы посевного комплекса, оперативное получение сведений о неисправностях для максимально быстрого устранения проблем. И, как следствие, снижение затрат в посевной сезон и получение максимальной прибыли.

СКПК контролирует:

факт пролета семян к сошнику по двум независимым линиям;

наличие семян и/или удобрений в бункерах сеялки;

частоту вращения вентилятора;

факт вращения валов дозатора;

скорость движения ПК;

засеянная площадь;

целостность цепи подключения датчиков пролета семян ДПП;

напряжение в сети питания и надежность контакта присоединения системы к цепи питания.

Предоставляемая информация:

номер забившегося сошника;

номер сошника, датчик пролета семян которого неисправен;

скорость движения комплекса;

засеянная площадь (га) и отработанное время с момента ввода в эксплуатацию;

текущая засеянная площадь (с момента сброса счетчика площади);

отсутствие вращения валов высевного агрегата;

снижение уровня посевного материала или удобрений в бункере ниже установленного;

частота вращения 2х вентиляторов сеялки;

снижение напряжения в бортовой сети трактора и нарушения цепи питания СКПК (в случае возникновения аварий — осуществляется звуковая и визуальная сигнализация).

Для отображения информации о процессе сева выведен монитор с графическим ЖК- дисплеем.

Рисунок 5.7 — Состав СКПК СКИФ:
БСД – блок сбора данных; ДДБ – Датчик давления бункера; ДФА – Датчик уровня заполнения бункера; ДПП – датчик пролета семян

Рисунок 5.8 – Блок схема СКИФ 28

5.3 Моделирование и расчет узлов в системе Компас 3D

Моделирование, разработка чертежно-конструкторской документации и расчет узлов производились в системе КОМПАС-3D, примеры представлены на рисунках 5.9, 5.10.

КОМПАС-3D – это российская система трехмерного проектирования, ставшая стандартом для тысяч предприятий и десятков тысяч профессиональных пользователей.

Система КОМПАС-3D широко используется для проектирования изделий основного и вспомогательного производств в таких отраслях промышленности, как машиностроение (транспортное, сельскохозяйственное, энергетическое, нефтегазовое, химическое и т.д.), приборостроение, авиастроение, судостроение, станкостроение, вагоностроение, металлургия, промышленно-гражданское строительство, товары народного потребления и т. д.

Используя полученные результаты расчетов по определению сил, действующих на рабочие органы (глава 2) и на орудие (глава 3) проведены прочностные расчеты рамы, отдельных узлов (кронштейнов передних и задних опорных колес, кронштейнов крепления рабочих органов, балансиры и др.), рабочих органов.

В качестве примера расчета, представлен кронштейн крепления рабочего органа к раме (рисунок 5.10).

Для расчета данного узла была создана 3D модель, затем в модуле APMFEM разбита на сетку для расчета по МКЭ (метод конечных элементов). После разбития на сетку были заданы закрепления (на пластине, прилегающей к раме) и задана нагрузка (в отверстиях крепления тяг). Затем были выведены результаты расчетов, а именно, коэффициент запаса прочности (2,025), максимальное перемещение (0,12 мм), максимальные напряжения (117,5 Мпа). Результаты расчетов показали, что выбранные параметры кронштейна обеспечивают достаточную надежность данного узла.

Рисунок 5.9 – Примеры чертежно-конструкторской документации

Рисунок 5.10 – Пример расчета кронштейна крепления посевной секции к раме

6. Результаты экспериментальных исследований посевного комплекса ПК-12

Экспериментальные исследования посевного комплекса ПК-12 проведены в следующих направлениях:

— изучение выбранной схемы пневматической системы дозирования, транспортирования и распределения семян по сошникам в лабораторных условиях с целью определения влияния скорости воздуха при работе вентилятора на равномерность распределения семян и удобрений по сошникам.

— изучение работоспособности посевной секции в лабораторных условиях в почвенном канале Южно-Уральского ГАУ с целью определения необходимой величины силы сжатия пружины или гидроцилиндра для обеспечения минимума тягового сопротивления при соблюдении устойчивости хода сошника по глубине согласно агротехническим требованиям:

— изучение работы посевного комплекса ПК-12 в полевых условиях с целью определения влияния глубины хода сошников и скорости движения агрегата на тяговое сопротивление посевного комплекса, устойчивость хода сошников по глубине и производительность агрегата.

6.1 Определение параметров пневмосистемы

Как показали результаты расчетов при выбранной конструктивной схеме пневматической системы дозирования, транспортирования и распределения семян по сошникам рисунок 1.22 на равномерность распределения семян по сошникам оказывает основное влияние скорость воздуха в пневмосистеме и диаметра семяпроводов. В соответствии с расчетами в пневматической системе ПК-12 выбраны и установлены вентилятор, обеспечивающий необходимую скорость воздуха в пневмосистеме, выбраны комплект катушек с разными рабочими объемами, обеспечивающими пределы регулирования нормы высева семян различных культур, распределительные головки с восемью патрубками для сошников и семяпроводы соответствующего диаметра.

В процессе посева сельскохозяйственных культур основным требованием к работе посевного комплекса является соблюдение заданной нормы высева семян и удобрений и равномерное распределение их по дну бороздки открытой сошником, которые напрямую зависят от работы дозаторов пневматической системы.

Для обеспечения этих требований проведен расчет дозаторов на выполнение заданной нормы высева семян и удобрений в следующей последовательности.

Количество семян, высеваемых за один оборот катушки дозатора m, кг, определяется по следующей формуле:

(6.1)

гдеD – диаметр приводного колеса, м; для ПК-12 D=0,92 м.

–ширина захвата сеялки высеваемых одной катушкой дозатора;

– передаточное отношение от колеса к приводному валу дозатора;

– коэффициент проскальзывания колеса, ;

Q– норма высева семян или удобрений, кг/га

В свою очередь

(6.2)

гдеb – ширина междурядья, м; b=0,25 м,

– количество сошников, обслуживаемых одним дозатором, шт; n=8 шт.

(6.3)

гдеV₀ – рабочий объем катушки, м³;

— объемная масса семян или удобрений, кг/м³.

Подставляя (6.2) и (6.3) в формуле (1) получим:

(6.4)

Как видно из формулы (6.4) значение передаточного отношения зависит от многих факторов.

Однако для конкретного посевного комплекса ПК-12 при известных D, b, n и η передаточное отношение зависит от нормы высева семян или удобрений Q, от рабочего объема катушки V₀,и объемной массы семян или удобрений, q.

Норма высева семян Q, кг/га, для различных культур составляет:

— для зерновых культур 100-250 кг/га,

— для бобовых культур 100-300 кг/га,

— для семян трав 2-15 кг/га,

— для удобрений 20-100 кг/га. Норма внесения удобрений при посеве Q=20-100 кг/га.

Рабочий объем катушки V₀, м³, определяется по формуле:

V₀= V_ж+ V_а; (6.5)

В свою очередь:

(6.6)

(6.7)

где – объем семян, попавших в желобки катушки, м³;

– объем семян в активном слое семян, м³;

— площадь одного желобка катушки, м²;

— длина рабочей части катушки, м;

— количество желобков на катушке, шт.;

— диаметр катушки, м;

с – приведенный активный слой семян вокруг катушки.

На основе результатов расчетов по формулам (6.5 – 6.7) для посева семян различных культур выбраны катушки, параметры которых представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 — Параметры катушек дозатора для высева семян различных культур

Объемная масса семян q, кг/м³, для различных культур имеет следующие значения:

— горох 850 кг/м³

— пшеница 780 кг/м³

— рожь 720 кг/м³

— ячмень 650 кг/м³

— овес 450 кг/м³

— вика 840 кг/м³

— люцерна 830 кг/м³

Для удобрений:

— аммиачная селитра -890 кг/м³

— мочевина -660 кг/м³

— суперфосфат гранулир — 1140 кг/м³

— суперфосфат двойнит — 1090 кг/м³

— хлористый калий — 940 кг/м³

— аммофос — 1180 кг/м³

— диаммофос — 780 кг/м³

При известных исходных данных, согласно формулы (6.4) можно определить значения передаточного iдля различных культур и для различных норм высева семян, т.е.

(6.8)

При заданных значениях нормы высева семян Q, кг/га, выбранного значения рабочего объема катушки V₀, м³ для соответствующей культуры и объемной массы семян и удобрений q, кг/м3, можно определить величину передаточного отношения iдля любой культуры и удобрений.

В качестве примера определены значения передаточного отношения iдля высева семян пшеницы с различной нормой высева Q, кг/га, (таблица 6.2).

Таблица 6.2 — Значения передаточного отношения i при различных значениях нормыдля высева семян пшеницы

Передаточное отношение i от производного колеса к валу дозатора зависит от схемы механизма привода (рисунок 6.1).

Опорное колесо, с установленной на диске звездочкой;

Первая пара звездочек с передаточным отношением, i₁;

Электрическая муфта;

Вторая пара звездочек с передаточным отношением, i₂;

Третья пара звездочек с передаточным отношением, i₃;

Бесступенчатый редуктор с передаточным отношением, i₄;

Рисунок 1. Схема передачи вращения от опорного колеса к валу дозаторов посевного комплекса.

Согласно схемы передачи (рисунок 6.1)iопределяется по зависимости:

(6.9)

— передаточное отношениебесступенчатого редуктора

При ; ; ; ; ; ;

.

Тогда при известных для различных норм высева семян Q, кг/га величина iрегулируется в пределах:

Передаточное отношение , , – имеют постоянные значения. — передаточное отношение бесступенчатого редуктора регулируется плавно под нужную для установки норму высева семян величину. В пределах от 0,074 до 0,154. Для других культур и удобрений рассчитывается аналогично.

Далее были исследованы равномерность высева семян между отдельными дозаторами при посеве семян пшеницы. Для этого при поднятом положении колеса и установленном передаточном отношении iпрокручивали за колесо 40 оборотов со скоростью соответствующей скорости движения агрегата V_a=3 м/с и определили количество семян высеянных каждой катушкой дозаторов отдельно. Результаты опытов позволили убедится в соответствии высева семян дозаторов в пределах агродопуска ()
(таблица 6.3).

Таблица 6.3- Результаты опытов по определению равномерности высева семян между дозаторами.

Из полученных данных следует, что отклонение в дозировании семян отдельными дозаторами находится в пределах от-1,43% до 1,56%, что находится в пределах допуска .

Наиболее сложнымв работе пневмосистемы является достижение равномерности распределения семян делительными головками по сошникам. На основе опытов установлено, что равномерность распределения семян по сошникам зависит от скорости воздуха в пневмосистеме, диаметра и расположения семяпроводов на раме, высоты расположения и наклона делительной головки от изгибов и длины семяпроводов и величины подсошникового пространства и т.д.

Опыты показали, что для выбранной пневмосистемы с шестью дозаторами и восьми выходными патрубками от делительной головки к сошникам наибольшую равномерность обеспечивают при установке оборотов вентилятора равными 2500-2600 об/мин. При этом достигнуты следующие результаты (таблица 6.4).

Таблица 6.4 – Результаты опытов

Полученные данные показывают, что неравномерность высева семян между отдельными сошниками находятся в пределах от -6,+-0% до +5,4%, что превышает допустимые значения .

При изменении ширины захвата и ширины междурядья посевного комплекса необходимы при постоянном количестве дозаторов в пневмосистеме делительные головки с различным количеством выходных патрубков к сошникам.

В связи с этим необходимо провести дальнейшие исследования по разработке конструкции делительных головок вертикального и горизонтального их расположения на раме посевного комплекса.

6.2. Результаты экспериментальных исследований посевной секции на почвенном канале.

6.2.1. Экспериментальная установка для изучения работы посевной секции.

Для проведения экспериментальных исследований разработана тензометрическая посевная секция, которая позволяет определить силы, действующие на сошник, опорное и прикатывающие колеса, силу поджатия пружины или гидроцилиндра (рисунок 6.2, 6.3).

Рисунок 6.2 – Тензометрическая посевная секция для определения сил на опорное и прикатывающее колесо

Опыты проведены на почвенном канале Южно-Уральского ГАУ. Для определения сил, действующих на посевную секцию в процессе работы кронштейна 1 тензометрической посевной секции, был прикреплен к регулируемой по высоте рамке 1 (Рисунок 6.4) тележке, установленной на рельсах почвенного канала, скорость перемещения тележки регулируется универсальным регулятором скорости через рычаг управления в пределах 0,5-1,5 м/с. Глубина хода рабочих органов в опытах установлены 5, 7, 9 и 11 см.

Рисунок 6.3 – Тензометрическая посевная секция для определения сил тягового сопротивления сошника и усилия на пружине сжатия или штоке гидроцилиндра

Рисунок 6.4 – Почвенный канал Южно-Уральского ГАУ

В опытах изучены процесс работы анкерных, дисковых и лаповых сошников (рисунок 6.5, 6.6, 6.7).

Рисунок 6.5 – Тензометрическая посевная секция для определения сил тягового сопротивления сошника с установленным анкерным сошником

Рисунок 6.6 – Тензометрическая посевная секция для определения сил на опорном и прикатывающем колесе с установленным лаповым сошником

Рисунок 6.7 – Тензометрическая посевная секция для определения сил тягового сопротивления сошника и усилия на пружину сжатия с установленным дисковым сошником

В первой серии опытов определили силу поджития пружины, и силу тягового сопротивления сошников при различных скоростях движения равные 0,5; 1,0 и 1,5 м/с и глубине хода сошника равные 5, 7, 9 и 11 см.

Во второй серии опытов определили реакции почвы на опорное и прикатывающее колесо в тех же значениях глубины хода сошников и скорости движения тележки.

Запись производили с использованием измерительного комплекса MIC-400 (рисунок 6.8).

Количество опытов.

1 серия: 3 скорости, 4 значения глубины хода сошника, 3 типа сошника = 36 опытов.

2 серия: 3 скорости, 4 значения глубины хода сошника, 3 типа сошника = 36 опытов.

Всего произведено 72 опыта.

Рисунок 6.8 – Измерительный комплекс MIC-400

В опытах определили влажность почвы, которая находилась в пределах 21-23%, и твердость почвы, которая на глубине хода сошника имеет значение 17-19 кН/м².

Результаты экспериментальных исследований, проведенных на почвенном канале представлены на рисунках 6.9-6.18.

Из рисунка 6.9-6.11 видно, что тяговое сопротивление всех типов сошников, полученных экспериментально с увеличением глубины хода сошников, увеличиваются, аналогично теоретическим, полученных в результате расчетов. Однако текущее значение сил в зависимости от состояния почвы изменяются скачкообразно.

Рисунок 6.9 – Зависимость тягового сопротивления анкерного сошника R_X, кН, посевной секции от глубины хода сошников а₁, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k₁, кН/м², (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции v_a, м/с, (для экспериментальных данных).

Увеличение скорости движения посевной секции (в пределах возможных в почвенном канале) от 0,5 м/с до 1,5 м/с величина тягового сопротивления возрастает для различных типов сошников по разном. Наибольшее возрастание наблюдается для лаповых сошников.

Рисунок 6.10 – Зависимость тягового сопротивления дискового сошника R_X, кН, посевной секции от глубины хода сошников а₁, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k₁, кН/м², (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции v_a, м/с, (для экспериментальных данных).

Рисунок 6.11 – Зависимость тягового сопротивления лапового сошника R_X, кН, посевной секции от глубины хода сошников а₁, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k₁, кН/м², (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции v_a, м/с, (для экспериментальных данных).

На рисунках 6.12-6.14 представлены необходимые значения силы сжатия пружины или гидроцилиндра для поддержания сошников на установленной глубине хода с увеличением глубины хода их значения увеличиваются на необходимую величину. Наибольшее значение силы поджатия требуется для анкерных сошников.

Рисунок 6.12 – Зависимость силы поджатия сошников F₁, кН для анкерного сошника посевной секции от глубины хода сошников а₁, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k₁, кН/м², (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции v_a, м/с, (для экспериментальных данных).

Рисунок 6.13 – Зависимость силы поджатия сошников F₁, кН для дискового сошника посевной секции от глубины хода сошников а₁, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k₁, кН/м², (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции v_a, м/с, (для экспериментальных данных).

Рисунок 6.14 – Зависимость силы поджатия сошников F₁, кН для лапового сошника посевной секции от глубины хода сошников а₁, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k₁, кН/м², (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции v_a, м/с, (для экспериментальных данных).

На рисунках 6.15-6.17 приведены значения сил, возникающие на опорном Q_ZO, кН, и прикатывающем Q_ZП, кН, колесах в процессе работы посевной секции. Видно, что значения этих сил имеют небольшие значения и изменяются в небольших пределах в зависимости от состояния поверхности поля. Небольшие значения реакции почвы на опорном и прикатывающем колесах имеет анкерные сошники, поскольку сила поджатия пружины для удержания сошника на заданной глубине также находится в больших пределах.

Полученные экспериментальные значения сил, действующих на сошники, пружины или гидроцилиндра поджатия сошников и реакции почвы на опорных и прикатывающих колесах идентичны теоретическим зависимостям, что подтверждает адекватность теоретических данных реальному процессу.

В полевых условиях величины этих сил будут выше, полученных в почвенном канале, в следствии разницы удельного сопротивления.

Рисунок 6.15 – Экспериментальные зависимости реакции почвы на опорном Q_ZO, кН, и прикатывающем Q_ZП, кН, колесах посевной секции с анкерным сошником от глубины хода сошника а₁, м, и различных значениях скорости движения посевной секции v_a, м/с.

Рисунок 6.16 – Экспериментальные зависимости реакции почвы на опорном Q_ZO, кН, и прикатывающем Q_ZП, кН, колесах посевной секции с дисковым сошником от глубины хода сошника а₁, м, и различных значениях скорости движения посевной секции v_a, м/с.

Рисунок 6.17 – Экспериментальные зависимости реакции почвы на опорном Q_ZO, кН, и прикатывающем Q_ZП, кН, колесах посевной секции с лаповым сошником от глубины хода сошника а₁, м, и различных значениях скорости движения посевной секции v_a, м/с.

6.3 Результаты экспериментальных исследований посевного комплекса ПК-12

6.3.1 Условия проведения экспериментальных исследований

Экспериментальные исследования посевного комплекса ПК-12 проведены в ООО «Хлебинка» Верхнеуральского района Челябинской области 1-2 июня 2020 года. Рельеф поля выбранного участка имеет уклон от 0 до 1,2⁰. Поле после уборки кукурузы на силос, возделываемой по нулевой технологии без обработки почвы. Влажность почвы на глубине 0-30 см находится в пределах от 19,5 до 20,9%, а на глубине посева 0-10 см – 20, 4…20,6 6%. Средняя твердость почвы на глубине 0…20 см составляет 2,55…2,7МПа, а на глубине 0-10 см составляет от 2,2 до2,55 МПа.

6.3.2 Состав агрегата

Агрегат состоит из трактора CLAASXERION 3800 и посевного комплекса ПК-12. При определении тягового сопротивления всего агрегата вместе с трактором использован трактор CLAASXERION4500. Технические характеристики тракторов и посевного комплекса ПК-12 приведены в таблицах 6.1 и 6.2.

Таблица 6.5 – Технические характеристики тракторов CLAASXERION 4500 и 3800

Таблица 6.6 – Технические характеристики посевного комплекса ПК-12

Общий вид агрегата, состоящего из трактора CLAASXERION 3800 и посевного комплекса ПК-12 представлены на рисунках 6.1 (вид сверху), 6.2 (в работе), 6.3 (в положении дальнего транспорта) и 6.4 (в положении ближнего транспорта).

Рисунок 6.1 – Общий вид агрегата CLAASXERION 3800 и посевного комплекса ПК-12 (вид сверху)

Рисунок 6.2 – Общий вид агрегата в работе

Рисунок 6.3 – Агрегат с посевным комплексом ПК-12 в положении дальнего транпорта

Рисунок 6.4 – Агрегат с посевным комплексом ПК-12 в положении положение ближнего транспорта

Для определения тягового сопротивления посевной части посевного комплекса при различной глубине хода сошников и скорости движения агрегата бункер для семян был отсоединен и опыты проводились без бункера (рисунок 6.5). При этом между трактором и бункером устанавливалось тензозвено для определения тягового сопротивления (рисунок 6.6). Для записи сигналов использовался измерительный комплекс MIC-400D, установленный в кабине трактора. Опыты проводились на глубине 5,1 и 8,4 см при установленных скоростях движения агрегата 7,9 и 11 км/ч. В опытах определяли глубину хода сошников, а_п, см, скорость движения агрегата V_а, км/ч, и тяговое сопротивление посевной части комплекса Р_п, кН.

Рисунок 6.5 – Посевная часть посевного комплекса ПК-12 в агрегате с трактором (присоединен через тензометрическое звено)

Рисунок 6.6 – Тензовено на 10 т

6.3.3. Результаты опытов

Результаты опытов приведены в таблице 6.3

Таблица 6.3 — Результаты испытаний ПК-12 (ООО «Хлебинка» Верхнеуральский район 1-2 июня 2020).

Результаты опытов показывают, что посевной комплекс ПК-12 с установленными посевными секциями работает устойчиво по глубине хода сошников. При увеличении скорости движения агрегата от 7 до 11 км/ч и глубины хода сошников равной а₁=5,1 см среднеквадратическое отклонение глубины хода сошников равно Ϭ_а=0,33-0,37 см, а при а=8,4 Ϭ_а=0,53-0,58 см, что ниже допустимых значений среднеквадратического отклонения глубиныϬ_а= см для зерновых культур. С увеличением скорости движения агрегата производительность агрегата увеличивается от 6,34 га/ч при скорости движения V_a=7км/ч до 9,58 га/ч при скорости движения V_a=11 км/ч. Таким образом разработанный посевной комплекс ПК-12 в агрегате с трактором класса тяги 5 отвечает агротехническим требованиям по глубине заделки семян и по величине тягового сопротивления посевной части посевного комплекса.

Гребнитость поверхности поля после прохода посевного комплекса не превышает 3 см. (рисунок 6.8), что находится в пределах допустимого.

Рисунок 6.8 – Определение гребнистости рельефа поля после прохода агрегата

6.3.4 Результаты опытов по определению коэффициента перекатывания колес

Коэффициенты перекатывания колес трактора и бункера определили отдельно.

При движении по стерне на скорости V_a=7км/ч, протаскиванием их через тензозвено тяговое сопротивление траткора составляетР_тр=10,54 кН.

При движении по стерне на скоростиV_a= 9км/ч, Р_тр=10,57 кН.

Тогда коэффициент перекатывания колес по необработанной стерне определяется по формуле:

где G_тр – сила тяжести трактора CLAASXERION 3800, кН.G_тр=102 кН.

Тогда:

При протаскивании трактора по обработанному с осени полю тяговое сопротивление составляет:Р_тр=17,95 кН;

Тогда:

По свежеобработанной почве тяговое сопротивление составляет:Р_тр=29,27 кН;

Тогда:

При известных коэффициентах перекатывания колес можно определить тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений при различных величинах их заполнения (таблица 6.4)

Таблица 6.4 — Результаты расчетов по определению тягового сопротивления бункера для семян и удобрений при различных величинах заполнения бункера.

Зная тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений Р_Б и тяговое сопротивление посевной части посевного комплекса общее тяговое сопротивление посевного комплекса можно определить складывая их, т.е.

Р=Р_Б+Р_П

6.3.5. Определение тягового сопротивления агрегата методом двойной тяги

Для определения тягового сопротивления агрегата использовали метод двойной тяги (рисунок 6.9). Впереди агрегата использован трактор CLAASXERION 4500 с мощностью двигателя 355 кВт, который связан с агрегатом через тензометрическое звено. Тогда тяговое сопротивление агрегата Р, кН, состоит их трех составляющих, то есть:

Р= Р_П+Р_Б+Р_тр,

где Р_п – тяговое сопротивление посевной части агрегата, кН

Р_Б – тяговое сопротивление пустого бункера, кН;

Р_тр – тяговое сопротивление трактора CLAASXERION 3800, кН.

Результаты опытов представлены в таблице 6.5.

Таблица 6.5. Тяговое сопротивление агрегата Р=Р_П+Р_Б+Р_тр

Рисунок 6.9 – Определение тягового сопротивления агрегата

6.3.6. Определение радиуса и времени разворота агрегата с посевными комплексами ПК-12

Проведены опыты по определению радиуса и времени разворота агрегата в составе трактора CLAASXERION 3800 и посевного комплекса ПК-12 при движении на различных скоростях движения агрегата (рисунок 6.10)

При скорости движения 10 км/ч минимальный радиус разворота по центру агрегата составляет 8,5 м, а при скорости разворота 12 км/ч радиус разворота составляет 9,83 см. При этом крайнее внутреннее колесо практически стоит на месте неподвижно.

Время разворота агрегата от начала выглубления сошников до их заглубления в обоих случаях составляет 24 с.

Рисунок 6.10

6.3.7. Определение показателей всходов семян после посева посевными комплексом ПК-12

В хозяйстве ООО «Хлебинка» посевными комплексом ПК-12 в мае месяце проведены посевы льна и пшеницы. На рисунках 6.11 показаны всходы льна, а на рисунке 6.12 всходы пшеницы.

Посев льна проведен с нормой высева 40 кг/га. Количество всходов в рядке на длине одного метра составляет 292 – 312 шт.

Глубина заделки семян 3-4 см.

Равномерность высева в пределах агротехнических требований.

Посев пшеницы проведен с нормой высева 110 кг/га. Количество всходов на длине одного метра составляет 96-107 шт. Глубина заделки семян 4,5-5,1 м.

Рисунок 6.11 – Всходы льна после посева с ПК-12

Рисунок 6.12 – Всходы пшеницы после посева с ПК-12

Посев льна проведен на площади … га, а посев пшеницы на площади … га. Урожайность льна составила …… ц/га, а урожайность пшеницы составила … ц/га.

7. Разработка рекомендации по совершенствованию и созданию универсального посевного комплекса.

Экспериментальные исследования макетного образца посевного комплекса ПК-12 выявили его недостатки и пути их устранения, которые заключаются в следующем:

Большая трудоемкость регулирования силы поджатия пружин посевной секции при изменении условий работы посевного комплекса.

Для быстрого регулирования силы поджатия посевных секций при изменении условий работы посевного комплекса предложено заменить пружины поджатия гидроцилиндрами, при помощи которых можно поддерживать постоянное давления в гидросистеме при помощи регулятора давления автоматически, а регулятор давления в гидросистеме можно установить в кабине трактора.

В конструктивной схеме посевного комплекса большое расстояние от дозаторов бункера до распределителей семян, установленных на раме посевной части, что ведет при уменьшении скорости воздуха в пневмосистеме к забиванию семяпроводов.

Для устранения этого недостатка предлагается в усовершенствованной конструкции посевного комплекса прицепное устройство посевной части установить под бункером для семян и удобрений или бункер установить непосредственно на прицепном устройстве.

Неравномерность высева семян между отдельными сошниками находится в пределах от 6 до 8%, что выше агротехнических требований 4%. Для увеличения равномерности высева семян ведется исследования по усовершенствованию конструкции распределителей семян и удобрений, расположенных на раме вертикально или горизонтально.

Большая металлоемкость отдельных узлов посевного комплекса. В усовершенствованной конструкции посевного комплекса уточняются конструктивные параметры рамы посевной секции, бункера для семян и удобрений, а также намечаются нагруженные узлы рамы, бункера и ходовой части изготовит из высокопрочной стали Magstrong.

Посевной комплекс не обеспечивает возможность бинарного способа посевасемян различных культур.

В новой конструкции бункера для семян и удобрений предусмотрена возможность посева двух и более культур. Для этого совершенствуется система распределения семян и удобрений по сошникам путем их чередования.

Разработанный посевной комплекс ПК-12 предназначен для работы с тракторами класса тяги 5 и имеет ширину захвата 12 м при ширине междурядья равной 0,25 м, снабжен 48 сошниками и производит посев семян на глубину от 5 до 10 см при удельном сопротивлении почвы в пределах от 20 до 40 кН/м².

Возникает правильный вопрос – как быть если в хозяйстве нет трактора класса тяги 5 или необходимо изменить ширину междурядья, что ведет к увеличению количества сошников и изменению количества дозаторов и распределителей семян, или изменилась глубина заделки семян и удобрений и свойства почвы.

Ответ – необходимо разработать для этих условий новый посевной комплекс.

В связи с этим возникает необходимость разработки и создания нового универсального посевного комплекса, который отвечает следующим требованиям:

— возможность агрегатирования с тракторами класса тяги 1,4 – 8.

— должен обеспечить:

— посев семян и удобрений на глубину 2-15 см,

— норму высева семян 2-300 кг/га;

— норму высева удобрений 20-200 кг/га;

— бинарный посев различных культур;

— возможность работы в различных почвенно-климатических условиях

— должен выполнить агротехнические требования к глубине посева и равномерности распределения семян;

— должен иметь малое тяговое сопротивление и большую производительность агрегата.

С учетом этих требований разработана конструктивная схема универсального посевного комплекса, конструктивные особенности которого представлены ниже.

Для расширения технологических возможностей известного посевного комплекса за счет обеспечения возможности агрегатирования его с тракторами класса тяги 1,4-8 и проведения бинарного способа посева семян различных культур секционная рама посевной части комплекса содержит от 1 до 5 секций, составленных из однотипных модулей шириной захвата 2; 3 и 4 м и обеспечивающих с интервалом 2 м ширину захвата посевного комплекса от 4 до 20 м(рисунок 7.1).

Секционная рама посевной части комплекса расположена на опорных колесах, установленных в передней и задней частях рамы, причем передние опорные колеса выполнены в виде тандема, способствующего снижению колебаний рамы при движении по неровностям рельефа поля, а для снижения колебания посевных секций по высоте и увеличения устойчивости хода сошников по глубине посева расположенные на раме в четыре ряда посевные секции установлены между передними и задними опорными колесами. При этом в зависимости от ширины захвата посевного комплекса количество дозаторов с катушками и горизонтальных или вертикальных распределителей на раме посевной части находятся в пределах от 2 до 8 шт.Количество выходных патрубков от распределителя семян и удобрений, составляет 6, 8, 10, 12 и 15 шт. в зависимости от ширины междурядья, находящейся в пределах от 0,15 до 0,33 м, при глубине заделки семян в пределах 2-15 см. Равномерность подачи семян с различной нормой высева обеспечивается установкой в дозаторы сменных катушек с различным рабочим объемом косопоставленных желобков. Привод на вал катушек каждой секции бункера осуществляется от опорных колес через звездочки, электромуфту отключения привода на дозаторы при переводе посевного комплекса в транспортное положение и бесступенчатый редуктор. Для обеспечений бесперебойной и равномерной подачи семян и удобрений в пневмосистему использована одноступенчатая схема распределения семян и удобрений с наддувом бункера для семян и удобрений и применением в дозаторе эжектора для создания разряжения на месте приема семян и удобрений в пневмосистему.

Рисунок 7.1 – Универсальный посевной комплекс

В универсальном посевном комплексе сменные катушки дозаторов для посева семян различных культур в зависимости от размеров семян и нормы высева имеют косопоставленные желобки с разной площадью их поперечного сечения, причем для непрерывной подачи семян в семяпроводы желобки катушек расположены под углом, обеспечивающим непрерывную подачу семян в пневмосистему за счет перекрытияподачисемян передним желобком на половину ширины последующего желобка.

Для обеспечения постоянной силы поджатия на посевную секцию при движении посевного комплекса по неровностям рельефа поверхности поля механизм поджатия посевной секции вместо пружины сжатия снабжен гидроцилиндром, величина давления которого поддерживается постоянной за счет регулятора давления масла в гидросистеме, установленного в кабине трактора.

Для снижения габаритных размеров посевного комплекса по длине и уменьшения длины семяпроводов от дозаторов до распределителей семян и удобрений прицепная серьга присоединения прицепного устройства посевной части комплекса расположена под бункером, или бункер для семян и удобрений расположен непосредственно на прицепном устройстве посевной части посевного комплекса.

Предлагаемая конструкция универсального посевного комплекса для посева сельскохозяйственных позволяет расширить технологические возможности посевного комплекса с пневматическим высевом семян для обеспечения бинарного способа посева различными типами сошников. с возможностью установки сменных двухдисковых, анкерных, килевидных, Т-образных и лаповых сошников.

Для обеспечений бесперебойной и равномерной подачи семян и удобрений в пневмосистему посевного комплекса использована одноступенчатая система распределения семян и удобрений с наддувом воздуха в бункер для семян и удобрений и применением в дозаторе эжектора для создания разряжения на месте приема семян и удобрений в пневмосистему.

Предлагаемый универсальный посевной комплекс для посева сельскохозяйственных культур (рисунок 7.1) состоит из секционной рамы 1, прицепного устройства 2, передних опорных колес 3, задних опорных колес 4, бункера для семян и удобрений 5, с рамой 6 и ходовыми колесами 7, посевной секции 8. Рама 1 посевного комплекса одно, трех или пяти секционная, посевной комплекс имеет ширину захвата B=4÷20 м., ширина междурядья регулируется в пределах b=0,15…0,33м. перемещением сошников по поперечным брусьям рамы. Сошники расположены в четыре ряда, два передних — для посева семян одних культур, а два задних – для посева семян других культур, причем м, а , для обеспечения возможности регулировок сошников.

Перевод посевной части посевного комплекса в транспортное положение осуществляется при помощи гидроцилиндров, установленных на передних 3 и задних 4 опорных колесах.

Бункер для семян и удобрений 5 (рисунок 7.1) состоит из четырех секций: I и II из которых – для удобрений, а секции III и IV – для семян различных культур. Каждая секция снабжена катушечными дозаторами 9 с косопоставленными желобками (с расположением желобков под углом к оси катушки), количество которых зависит от ширины захвата посевного комплексаи количества горизонтальных или вертикальных распределителей 10 семян и удобрений на раме посевной части посевного комплекса. Дозаторы 9 каждой секции получают вращение от опорных колес 7, через пару звездочек 11 электромуфту 12 и бесступенчатый редуктор 13 на каждый вал четырех дозирующих устройств. Норма высева семян и удобрений отдельных секций регулируется изменением скорости вращения катушек дозаторов через бесступенчатый редуктор и заменой катушек с различным объемом рабочей части катушек. Для высева семян различных культур в комплекте предусмотрены четыре типа катушек с различным рабочим объемом. При изменении количества дозаторов производительность вентилятора регулируется изменением его оборотов при помощи гидромотора от гидросистемы трактора.

В зависимости от нормы высева семян различных культур и удобрений емкость отдельных секций регулируется поворотом перегородок 14 в нужном направлении из расчета одновременного расхода семян и удобрений в процессе работы с дальнейшей их фиксацией в установленном положении. При высеве семян одной культуры перегородки устанавливаются в средние положения и дозаторы III и IV секции регулируются на одинаковую норму высева семян, а дозаторы I и II секции – на одинаковую норму высева удобрений.

На раме посевной части посевного комплекса установлены распределители семян и удобрений по сошникам с различным количеством выходных патрубков с их горизонтальным расположением на раме или с расположением распределителя семян и удобрений на вертикальной трубе.

Посевная секция (рисунок 7.2) состоит из корпуса 15 посевной секции, которая связана с рамой сеялки через параллелограммное подвесное устройство 16 и гидроцилиндр 18 с кронштейном 17, дискового ножа 19 и опорного колеса 20, расположенных на общей оси стойки 21, прикатывающего колеса 22 со стойкой 23. Кронштейн 24 стойки 21 опорного колеса 20 и кронштейн 25 стойки 23 прикатывающего колеса 22 связаны между собой регулируемой по длине тягой 26, длина которой регулируется ручкой 27. Тяга 26 служит для регулирования глубины хода сошников 31. Сошники 31 крепятся к корпусу 15 посевной секции через основной болт 28 и срезной болты 29, которые служат для предохранения сошников 31 от поломок при наезде на препятствие. Сзади стойки сошника устанавливается патрубок 30 для подачи семян и удобрений на дно бороздки, открытой сошником. При внесении удобрений и семян различных культур разные типы сошников устанавливаются на место сошника 31.

Рисунок 7.2 – Посевная секция

Присоединение корпуса посевной секции 15 к раме посевного комплекса через гидроцилиндр 18, давление масла в котором удерживается постоянным регулятором давления масла, установленным в кабине трактора, обеспечивается постоянная величина силы сжатия корпуса, к почве что способствует равномерной глубине хода сошника, независимо от колебаний рамы посевного комплекса при движении по неровностям рельефа поверхности поля.

Сменные катушки 32 (рисунок 7.3 а и б) для высева семян различных культур в зависимости от размеров семян высеваемых культур и нормы высева семян имеют косопоставленные желобки 33 различного размера. На посевной комплекс поставляется четыре комплекта сменных катушек с диаметром
D=0,06-0,09 м, и ширины l_k=0,05-0,12 м. Для обеспечения равномерной и непрерывной подачи семян в семяпроводы желобки катушки расположены под углом, обеспечивающим перекрытие подачи семян передним желобком на половину ширины последующего желобка.

Для расширения возможностей агрегатирования посевного комплекса с тракторами класса тяги 1,4-8, рама посевной части комплекса должна быть секционной с количеством секций от одного до пяти, составленных из однотипных модулей шириной захвата В₁=4 м, В₂=3 м, В₃=2 м, (рисунок 7.1) и обеспечивающих с интервалом 2 м ширину захвата посевного комплекса от 4 до 20 м. При посеве семян различных культур и в зависимости от почвенно-климатических условий хозяйства ширина междурядья находится в пределах от 15 до 33 см, что приводит к изменению количества посевных секций на раме посевной части комплекса. Изменение количества посевных секций при различныхширине захвата посевного комплекса и ширине междурядья приводит к изменению количества дозаторов на дне бункере и распределителей на раме посевной части посевного комплекса. Результаты расчетов по определению количества дозаторов и распределителей семян и количества выходов семяпроводов из распределителя семян, при различных ширине захвата и ширине междурядья посевного комплекса представлены в таблице.

Рисунок 7.3 – Сменные катушки

Таблица. Значения ширины захвата посевного комплекса В, м, количества дозаторов n₁, шт., распределителей семян n₂, шт., патрубков для семяпроводов из распределителей семян n₃, шт., общее количество семяпроводов и сошников n₀, шт., при различных количествах модулей n₄, шт., и ширины междурядий b, м.

Представленные в таблице результаты расчетов показывают, что сменными модулями шириной захвата 2; 3 и 4 метра можно обеспечить с интервалом 2 метра ширину захвата посевного комплекса от 4 до 20 метров.

При этом для посева сельскохозяйственных культур с междурядьем 0,15; 0,2; 0,25; и 0,3 м при установленных под бункером для семян и удобрений количестве дозаторов, равном от 2 до 8 шт., необходимо иметь горизонтально или вертикально установленные распределители семян с выходными патрубками для семяпроводов, обслуживающими сошники одним распределителем семян в количестве равном 6, 8, 10, 12 и 15 шт. Количество необходимых посевных секций для комплектования посевного комплекса шириной захвата от 4 до 20 м и шириной междурядья от 0,15 до 0,3 м находится в пределах от 12 до 120 шт. Тогда заводу изготовителю, имея запас сменных модулей с разной шириной захвата, посевных секций со сменными сошниками, опорные колеса для установки впереди и сзади рамы, бункеров для семян и удобрений, а также вентиляторов, дозаторов со сменными катушками, распределителей семян и удобрений с разным количеством патрубков для семяпроводов и семяпроводов разного диаметра, можно комплектовать посевной комплекс согласно любому заказу потребителя

Для обеспечения непрерывной и равномерной подачи семян и удобрений в пневмосистему посевного комплекса при случайном изменении давления воздуха в бункере использована одноступенчатая система распределения семян и удобрений с наддувом воздуха в бункер и с эжекторным питателем дозатора, создающим разряжение при приеме семян и удобрений в катушку дозатора.

Посевной агрегат, составленный из трактора определенного тягового класса и универсального посевного комплекса для посева сельскохозяйственных культур с соответствующей шириной захвата и шириной междурядья, работает следующим образом. Загружают бункер для семян и удобрений семенами различных культур и соответствующими для высеваемых культур удобрениями. При предварительно установленной норме высева семян различных культур заезжают в поле, переводят сеялку в рабочее положение. Устанавливают горизонтальность рамы, устанавливают глубину хода сошников при помощи механизмов регулирования глубины и изменением длины тяги 26 регулировочной ручкой 27 (фиг. 2). Изменение величины давления прикатывающего колеса 22 на почву после прохода сошника 31 регулируется перестановкой оси крепления тяги 26 в отверстия на кронштейнах 24 и 25. Сила поджатия гидроцилиндра регулируется изменением давления масла в гидросистеме из кабины трактора в зависимости от глубины хода сошников и физико-механических свойств почвы. При установленных параметрах начинается рабочий процесс посева.

Внедрение универсального посевного комплекса для посева сельскохозяйственных культур в производство обеспечит расширение технологических возможностей посевного комплекса, возможности его агрегатирования с тракторами различного класса тяги, и проведения бинарного способа посева семян за счет посева любых зерновых, технических и кормовых культур на заданную глубину с прикатыванием почвы по следу сошника в соответствии с выбранным способом посева, что обеспечит дружные всходы, полное использование имеющейся влаги в почве при эффективном использовании удобрений увеличивает устойчивость хода сошника по глубине и, в конечном итоге, повышение урожайности возделываемых культур.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследовании по разработке и созданию посевного комплекса ПК-12 можно сделать следующие выводы:

Анализ факторов, влияющих на выбор технологии возделывания сельскохозяйственных показывает, что основным фактором является почвенно–климатические условия, где расположено хозяйство. Все существующие технологии разработаны применительно к определенным почвенно-климатическим зонам и используемый комплекс машин, и рабочие органы направлены на накопление, сохранение и экономное использование влаги в почве, на повышение плодородия почвы и борьбу с сорняками. В связи с тем, что почвенно-климатические условия, тип почвы и рельеф поля в пределах одной зоны, даже в пределах одного хозяйства различны, применяемые технологии должны соответствовать конкретным условиям хозяйства.

С учетом опыта производственников и знаний ученых, разработаны универсальная технология возделывания сельскохозяйственных культур и способы обработки почвы, которые предусматривают с учетом условий работы хозяйства применение различных способов посева сельскохозяйственных культур, с различными типами сошников.

Проведен анализ существующих типов посевных комплексов отечественного и зарубежного производства, проведена их классификация и установлено, что они имеют только один тип установленного сошника и не приспособлены к различным условиям работы.

Проведен анализ способов посева сельскохозяйственных культур и анализ типов сошников, установленных на посевных комплексах, выявлены их преимущества и недостатки и установлена необходимость создания универсальной посевной секции со сменными сошниками для посева сельскохозяйственных культур по различным технологиям посева.

Проведен анализ пневматических систем, установленных на посевных комплексах, для дозирования, транспортирования и распределения семян по сошникам, дана их классификация, установлены их преимущества и недостатки и предложена для проектируемого посевного комплекса одноступенчатая система распределения семян с наддувом бункера и эжекторным питателем дозатора семян с катушечным высевающим аппаратом.

На основе проведенного анализа установлены цель и задачи исследования, которые направлены на разработку конструктивной схемы универсальной посевной секции и посевного комплекса, обоснованию их параметров для обеспечения минимума тягового сопротивления и максимума производительности работы агрегата, обоснованию параметров пневмосистемы, разработке чертежной документации, изготовлению, проведению испытаний и экспериментальных исследований как в полевых условиях и в лаборатории и разработке усовершенствованного образца посевного комплекса.

Разработана конструктивная схема и обоснованы параметры универсальной посевной секции со сменными дисковыми, анкерными, лаповыми, килевидными и Т-образными сошниками, которые предназначены для посева сельскохозяйственных культур по различным технологиям. Посевная секция снабжена опорным и прикатывающими колесами, которые соединены между собой четырехзвенным механизмом с регулируемым по длине шатуном для установки глубины хода сошников и механизмом поджатия посевной секции в виде пружины или гидроцилиндра. Установлены расстояния между опорным и прикатывающим колесами, которое обеспечивает минимальные колебания глубины хода сошников при установке на различных местах установки на раме посевного комплекса. Установлена сила поджатия пружины или гидроцилиндра при различных значениях глубины хода сошника, которая обеспечивает допустимые значения реакции почвы на опорном и прикатывающем колесах.

Обоснована конструктивная схема и параметры посевного комплекса для тракторов класса тяги 5 с учетом обеспечения полной загрузки трактора при работе в различных почвенно-климатических условиях и на разной глубине хода сошников. Установлено, что ширина захвата посевного комплекса зависит от тягового сопротивления посевной части и бункера для семян и удобрений, которые в свою очередь зависят от металлоемкости рамы, рабочих органов, приспособлений, емкости бункера для семян и удобрений и нормы высева семян и удобрений. С учетом этих факторов получены математические зависимости для определения тягового сопротивления посевной части и бункера для семян у удобрений при различных условиях работы. Полученные результаты расчётов позволили установить рациональные параметры посевного комплекса для тракторов класса тяги 5. Они составляют:

— Ширина захвата посевного комплекса -12 м

— ширина междурядья – 0,25 м

— количество посевных секций – 48 шт

— количество секций рамы – 3

— емкость бункера для семян – 6 м³

— емкость бункера для удобрений– 4 м³

— время работы агрегата с одной заправкой семян и удобрений – 4 ч

— глубина посева семян 0,05-0,1 м.

Также установлена производительность агрегата с установленными параметрами посевного комплекса в различных условиях, с разными типами сошников и при работе на разную глубину посева, которая находится в пределах от 7,5 га/ч до 14 га/ч.

Обоснованы параметры предложенной конструктивной схемы пневматической системы дозирования, транспортирования и распределения семян и удобрений по сошникам посевного комплекса ПК-12. Установлены диаметры воздухо и семяпроводов, скорости воздуха в пневмосистеме, которые обеспечивают бесперебойную работу пневмосистемы и распределение семян по сошникам. Предложены устройства для выравнивания и равномерного распределения семян по сошникам при работе на склонах и для отделения и направления воздуха из семяпроводов в атмосферу до входа в сошник, которая устраняет вынос семян из подсошникового пространства на поверхность поля.

Согласно разработанной конструктивной схеме и обоснованным параметрам посевного комплекса ПК-12 разработана 3D модель, чертежи отдельных узлов и деталей посевного комплекса. Результаты теоретических исследований по определению сил использованы для проведения прочностных расчетов деталей и узлов посевного комплекса. Разработана конструктивная схема бункера для семян и удобрений, определены параметры сменных катушек дозаторов для высева семян различных культур, разработана схема привода катушек дозаторов и возможности регулирования передаточного отношения от приводного колеса к катушкам через бесступенчатый редуктор для установления различных норм высева семян.

Разработанные чертежи переданы в ООО «Челябинский компрессорный завод» для изготовления макетного образца посевного комплекса ПК-12.

Изготовленный макетный образец посевного комплекса ПК-12 в мае месяце передан в ООО «Хлебинка» Верхнеуральского района Челябинской области для проведения производственных опытов при посеве семян различных культур и для проведения экспериментальных исследований.

На производственных опытах посев пшеницы был проведен на площади 650 га и посев льна на площади 250 га. Скорость движения агрегата составила 9-12 км/ч, а производительность агрегата находится в пределах 9,7-12 км/ч. По сравнению с аналогичным агрегатом с трактором CLAASXERION-3800 с посевным комплексом
AmazoneDMC-9000 шириной захвата 9 м. производительность агрегата увеличивается на 30-35% при одинаковом расходе топлива. Полученные всходы показали, что посевной комплекс обеспечивает заданную норму высева, и равномерное распределение семян по рядкам, выдерживает заданную глубину хода сошников, что в конечном итоге в засушливый 2020 год обеспечил урожайность 18 ц/га при средней урожайности по хозяйству 16 ц/га.

В экспериментальных исследованиях, проведенных в ООО «Хлебинка» 1-2 июня 2020 г. определены тяговое сопротивление посевного комплекса на различных скоростях движения агрегата и глубины хода сошников, которые показали возможность полной загрузки трактора класса тяги 5 в различных условиях работы изменением рабочей скорости движения агрегата. В опытах определены коэффициенты перекатывания колес при работе в различных условиях (необработанная стерня, стерня, обработанная с осени и свеже обработанное поле на малую глубину), тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений, радиус и время разворота агрегата на концах загонок, которые показали соответствие посевного комплекса условиям рабочего процесса (устойчивая глубина хода сошников, полная загрузка трактора), транспорта (транспортная скорость 20-25 км/ч), заглубления, выглубления и разворота на концах загонок. Время разворота агрегата от начала выглубления, разворота и полного заглубления при движении на повороте с рабочей скоростью 9-12 км/ч составляет 24 с.

На почвенном канале ЮУрГАУ проведены экспериментальные исследования работы посевной секции при различной глубине хода сошников, скорости движения агрегата и типах сошников (анкерные, дисковые и лаповые). Результаты опытов подтвердили результаты теоретических исследований, что показала адекватность математической модели реальному процессу. Наибольшее тяговое сопротивление имеет лаповые и анкерные сошники,
наименьшую – дисковые. В опытах также определены сила поджатия сошников, необходимая для поддержания сошника на установленной глубине и реакции почвы на опорном и прикатывающем колесах, которые также зависят от типа сошника, установленной глубины хода сошника и скорости движения сошника.

На основе проведенных производственных опытов и результатов экспериментальных исследований установлены недостатки посевного комплекса и разработаны рекомендации по их устранению.

Для расширения технологических возможностей посевных комплексов, повышения их универсальности и снижения стоимости рекомендуется создать универсальный посевной комплекс, обеспечивающий возможность агрегатирования с тракторами класса тяги 1,4…8, бинарного посева семян различных культур, составления рамы посевной части из одной до пяти секций, из однотипных модулей шириной захвата 2, 3, и 4 м. и обеспечивающих с интервалом 2 м. ширину захвата посевного комплекса от 4 до 20 м.

При этом в зависимости от ширины захвата посевного комплекса количество дозаторов с катушками и горизонтальных или вертикальных распределителей на раме посевной части находится в пределах от 2 до 8 шт. Количество выходных патрубков от распределителей семян и удобрений составляет 6,8,10,12 или 15 шт. в зависимости от ширины междурядья, находящейся в пределах от 0,15 до 0, 33 м., при глубине заделки семян в пределах от 2 до 15 см. Для посева семян по различным технологиям посевная секция снабжена сменными анкерными, дисковыми, лаповыми, килевидными и Т-образными сошниками.

РЕФЕРАТ

Отчет 139 с., 34 рис., 5 табл., 4 прил.

Название темы: ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВАРЬИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОЧВЫ НА ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС И КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ В СЕВООБОРОТЕ ХОЗЯЙСТВА, АККРЕДИТОВАННОГО ПО МЕЖДУНАРОДНЫМ СТАНДАРТАМ «ОРГАНИК»

Ключевые слова: органическое сельское хозяйство, безопасность продукции, растениеводство, токсиканты, тяжелые металлы, органическая продукция, качество сырья, экологическая оценка, почвы, химия почв.

Объект исследования: Почва, сельскохозяйственная продукция производства Общества с ограниченной ответственностью «Эфирмасло», район села Русаковка Белогорского района Республики Крым.

Цель работы: на основе продолжения обследования почвенных и водных ресурсов хозяйства-экспортера органической продукции дать оценку пространственного варьирования свойств почвы на продукционный процесс и улучшение качества продукции при бессменном выращивании культур и севообороте, дать объективную оценку результатов одного из самых длительных опытов (11 лет) органического производства экономически успешного хозяйства-экспортера зерновых и эфиромасличных культур, сертифицированного по международным стандартам ЕС и США.

Описание проделанной работы и ее результаты.

Изучен и проведен анализ исходных данных по имеющимся в хозяйстве почвенным картам полей, севооборотам, проведен отбор и проанализированы образцы почв полей хозяйства. Проведено агрохимическое обследование восемнадцати полей в ООО «Эфирмасло», оценка почвенного плодородия на основании данных хозяйства и анализов выборочных образцов (рН, гумус, калий, фосфор, макро- и микроэлементы). Проведен химико-токсикологический анализов образцов, проведена оценка пространственного варьирования свойств почвы на продукционный процесс и качество продукции в севообороте и бессменном выращивании сельскохозяйственных культур в хозяйстве. Проведена оценка урожайности и качества зерна пшеницы, лаванды и шалфея, эфирного масла лаванды и шалфея. Дополнены рекомендации по увеличению содержания в почве подвижного фосфора. Изучены термодинамические и кинетические параметры почв и сельскохозяйственной продукции при органическом производстве в сравнении с традиционным земледелием. Оценка химического состава эфирного масла лаванды и шалфея показало, что образцы соответствуют требованиям ГОСТ по качеству и безопасности продукции. Разработаны предложения для повышения сбора эфирного масла лаванды и шалфея.

Результаты анализа использованы в образовательном процессе при обучении магистров по программе «Агроэкологический менеджмент, химико-токсикологический, микробиологический анализ и оценка объектов агросферы» по направлению «Агрохимия и агропочвоведение», а также аспирантов при обучении по дисциплине «Физико-химические методы анализа» и «Термохимия биологических объектов». Подготовлена рабочая программа повышения квалификации «Качество продукции органического сельского хозяйства», разработаны методические рекомендации по выращиванию лаванды и шалфея в органическом земледелии. Разработаны и утверждены методические рекомендации по выращиванию эфиромасличных культур в условиях южных регионов страны с учетом органического сельского хозяйства.

Уровень значимости: всероссийский. Результаты исследований могут быть использованы в сельскохозяйственных предприятиях, которые выращивают эфиромасличные и лекарственные растения в различных регионах страны.

Публикации. По результатам работы опубликована 1 статья в международной базе данных Scopus, 3 статьи в журналах ВАК, доклады на международных конференциях – 8, получено 6 свидетельства о государственной регистрации базы данных. На сайте Союза органического земледелия опубликовано 4 статьи.

ВВЕДЕНИЕ

«Недостаток знаний нельзя заменить

избытком удобрений»

(Академик Д.Н. Прянишников)

Перспективы развития органического сельского хозяйства в России определяются тем, что с января 2020 года вступил в силу Федеральный закон №280 «Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В соответствии с этим законом органическое сельское хозяйство получило официальный статус и новый импульс для интенсивного развития. Многие жители нашей страны в соответствии с программами, направленными на развитие физической культуры, спорта, здорового образа жизни и здорового питания, все чаще приобретают в магазинах продукцию с полок, где размещены товары с маркой «Органик».

На региональном уровне также приняты ряд местных законов, направленных на поддержку аграриев, которые производят продукцию по органическому типу земледелия. Так в Краснодарском крае принят Закон Краснодарского края от 05.07.2019 года № 4077-КЗ «О развитии производства органической продукции на территории Краснодарского края». В Воронежской области действует закон №226-ОЗ «О производстве органической сельскохозяйственной продукции в Воронежской области» от 30.12.2014 г.

На Межпарламентской Ассамблее государств – участников Содружества Независимых Государств принят Закон «Об экологическом агропроизводстве» от 18.04.2014 № 40-8.

Российское законодательство и нормативные акты в сфере органического производства связаны с нормативно-технической документацией Европейского Союза: Регламент Комиссии (ЕС) № 889/2008 от 05.09.2008г., Постановление (ЕС) 2018/848 Европейского парламента и Совета от 30 мая 2018 года «Об органическом производстве и маркировке органических продуктов и отмене постановления Совета (ЕС) № 834/2007». С различной нормативной документацией по вопросу производства, аккредитации можно ознакомиться на сайте Союза органического земледелия (www.soz.bio), разделе Обзор нормативной базы на мировом рынке органики (FAO_eng).

В последние два года все большее число сельхозтоваропроизводителей переходят на производство органической сельскохозяйственной продукции. В нашей стране есть примеры хозяйств, которые уже более 11 лет присутствуют на мировом рынке продукции «органик». Поэтому цель настоящей работы состояла в том, чтобы провести аналитические исследования и дать объективную оценку положительных результатов одного из самых длительных в России опытов (11 лет) в системе органического земледелия, выявить дополнительные ресурсы хозяйства-экспортера зерновых и эфиромасличных культур, сертифицированного по международным стандартам ЕС и США.

Для проведения исследований были выбраны поля хозяйства ООО «Эфирмасло», на которых в течение нескольких лет (до 26 лет бессменно) растет лаванда сорта Степная, озимая пшеница сорта Есаул, шалфей. Почему необходимо провести научные исследования в этом новом направлении сельскохозяйственного производства – органическом земледелии? Это важно по нескольким причинам. Сегодня в мире в основном решены проблемы с продовольствием (с количеством пищевой продукции). Так средняя урожайность зерновых в Европе и в США составляет 85-90 и приближается даже к 100 ц/га. Но за счет чего производится такой объем растениеводческой, а также и животноводческой продукции. Конечно, благодаря интенсивным агротехнологиям, в которых применяют и высокие дозы органических и минеральных удобрений, пестицидов на всех стадиях от предпосевной обработки семян до хранения продукции.

В этих условиях у России есть все шансы, чтобы стать лидером в органическом сельском хозяйстве. Практически во всех регионах страны относительно «чистые» почвы, характеризующиеся низким уровнем загрязнения токсикантами. На полях наших агропредприятий мы пестицидов применяем в 3-4 раза меньше, чем в Западной Европе. На 42% пашни не применяют совсем минеральные удобрения. На полях страны в 2020 году было внесено 3,5 млн тонн минеральных удобрений из 23 млн тонн, которые производит сегодня Россия. В расчете на 1 га посевных площадей это в среднем около 17,5 кг/га (рис. 1). При этом 30-40 лет назад в стране в почву вносили более 13 млн т.

При этом в других странах, как мы можем видеть из рисунка 1, вносят от 167 кг/га во Франции до 322 в Бельгии и до 526 кг/га в Китае. Поэтому и урожайность в этих странах по зерновым, как мы сказали ранее, 80-90 и до 100 ц/га.

Рисунок 1 – Применение минеральных удобрений в разных странах

Сегодня в супермаркетах мы видим большие отделы, где торгуют ЭКО- БИО- НАТУРАЛЬНЫМИ- и ОРГАНИК продуктами. А в чем разница между этими продуктами? Современный покупатель хочет потреблять не только разнообразную пищу, но, чтобы она была экологически безопасной, обладала высокими показателями пищевой ценности, была внешне привлекательной. При этом необходимо отметить, что и цена на продукты питания этого сегмента – очень высокая (рисунок 2).

Рисунок 2 – Витрина с продуктами органического производства. Гипермаркет «Глобус», д. Юдино, Одинцовский район, Московская обл. (сентябрь 2020 г.)

Может ли такую продукцию с высокими требованиями по качеству предоставить Органическое сельское хозяйство, технологии органического земледелия. Ответ: «да» — может.

За счет чего органические технологии могут дать такой результат?

• Надо использовать возобновляемые биоресурсы в агросфере.
• Для снабжения посевных площадей питательными веществами применять технологии рециклинга, перерабатывать и вторично использовать отходы и побочные продукты растительного и животного происхождения.
• Сохранять экосистему и улучшать плодородие почвы.
• А для этого необходимо подбирать соответствующие и подходящие для данного региона виды и сорта, многолетние севообороты, агротехнологии, повторное использование органического сырья.
• Перерабатывать органическую продукцию методами переработки, гарантирующими экологическую целостность и сохранение определяющих качественных признаков продукции на всех стадиях производственной цепочки.
• Следовательно, цель органического сельскохозяйственного производства – выпуск высококачественной сбалансированной, натуральной продукции высокого качества.

Чем выше качество продукции, тем выше ее цена. Это важная составляющая для экспорта продукции органического производства. При этом важно иметь ввиду, что при проведении контроля равноценности импортируемой продукции должны учитываться международные стандарты Продовольственного кодекса (Codex Alimentarius) и российские стандарты.

В чем может и должно быть преимущество органического сельского хозяйства перед традиционным. Это тесная связь всех участников агроэкосистемы. И конечным звеном здесь выступает Потребитель, который платит деньги и должен понимать, какая это продукция, какого качества, в чем ее преимущество перед полученной по технологиям традиционного земледелия.

Таким образом, среди агротехнологий различного уровня интенсификации технологии «Органик» соответствуют высшему уровню, поэтому изучение всех элементов агротехнологий в зарождающемся в нашей стране органическом производстве, начиная от почвы до растения и конечного продукта, обмен накопленным практическим опытом в различных регионах, почвенных и агроклиматических условиях – это важрешалась в рамках выполнения настоящего исследования.

1 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Сельскохозяйственное предприятие «Эфирмасло» в Республике Крым

Сельскохозяйственное предприятие Общество с ограниченной ответственностью «Эфирмасло» располагается вблизи села Русаковка в Белогорском районе Республики Крым (рис.3, 4). С 2020 года вдоль полей хозяйства на расстоянии 0,5 – 6,0 км проходит автомобильная трасса Таврида, что делает еще более удобным транспортную доступность для всех полей данного хозяйства. В собственности сельскохозяйственного предприятия находится 807 га, под пашней занято 288 га и 519 га заняты многолетними насаждениями лаванды.

Рисунок 3 – Расположение ООО «Эфирмасло» в Республике Крым

Рисунок 4 – Сельскохозяйственные поля в районе села Русаковка

Продукция предприятия имеет сертификат Organic (Приложение 1) в соответствии с требованиями стандартов ЕС (EU) и США (NOP).

Ресурсосберегающие технологии, которые применяются в хозяйстве, направлены на рециклинг различных отходов, включая создание собственного производства по переработке отходов соседних птицефабрик и выпуск биодизеля. Сотрудники предприятия в 2010 году самостоятельно разработали и смонтировали специальное оборудование, произвели его запуск, наладку и стали производить биодизель.

Сельскохозяйственное предприятие ООО «Эфирмасло» является одним из крупных предприятий в Республике Крым по выращиванию и переработке эфиромасличных культур — лаванды и шалфея мускатного. Схема по производству лавандового масла в хозяйстве отработана в течение многих лет и представлена на схеме (рисунок 5). Однако в хозяйстве используется и зерновой клин, в состав которого входят озимые — пшеница мягких и твердых сортов, рожь и спельта, а также яровые — полба и овес голозерный. В обязательном порядке в севооборот включается черный пар. По мнению специалистов компании, четырехпольная схема не является оптимальной, поскольку в ней отсутствует бобовая составляющая в качестве естественного накопителя азота в почве. По нашей рекомендации, данной в 2019 году в 2020 году в яровой сев включили опытные делянки нута и масличного льна.

Рисунок 5 – Схема производства лавандового масла

Агрометеорогические условия. Земли предприятия находятся в степной части Крымского полуострова с континентальным климатом, холодными зимами с морозами до –30 ºС, жарким летом, когда температура воздуха может достигать +50ºС, а температура почвы превышает 35 ^оС. Среднегодовая норма осадков в районе села Русаковка составляет 280–320 мм. Почвы представлены предгорными карбонатными черноземами на основе известняков и мергелей. Основной механический состав почв — тяжелые, средние и легкие суглинки, сильно щебенчатые. Содержание гумуса колеблется от 2,3 до 4,5%, реакция почвенного раствора — от 8,2 до 8,9 единицы — щелочная. Карта почв Крыма представлена на рисунке 6.

В хозяйстве постоянно проводятся работы по подбору сортов сельскохозяйственных культур, особенно после 2014 года и вхождения Крыма в Российскую Федерацию, в частности, по зерновым культурам – пшенице и ржи, а также шалфею мускатному. В связи с этим выбраны сорта, изначально по своим генетическим признакам подходящие к почвам полей предприятия, реагирующим положительно на листовые подкормки в период вегетации, препараты биологического происхождения, рекомендованные для использования в органическом земледелии, способствующие получению высоких, устойчивых и качественных урожаев культур.

Рисунок 6 – почвенная карта Крыма

Интересен для практического применения опыт по посеву не характерных для Крыма культур — овса голозерного и ржи. Этот опыт важен, поскольку качество зерна при достаточно высокой урожайности было очень высокого качества. Важно отметить, что до настоящего времени не было научно обоснованных экспериментов, химических анализов, оценки и сравнительного анализа показателей качества сельскохозяйственной продукции в органическом производстве, характеризующихся по химическому составу (по белкам, липидам, углеводам, аминокислотам, жирнокислотному составу, витаминам, макро- и микроэлементному составу и др.). На сегодняшний день показана только принципиальная возможность выращивать данные культуры в степном Крыму.

Подготовка полей перед зимой основывается на индивидуальном подходе к каждому конкретному полю. Малый горизонт плодородного слоя на землях предприятия не позволяет использовать стандартные методики, поэтому все участки обрабатываются по индивидуальным схемам с применением либо безотвальной обработки, либо мелкой лущевки на определенную глубину. На полях, которые по севообороту следуют под посев шалфея мускатного, применяются вспашка и последующая разделка почвы под посев. Какие-либо другие специфические мероприятия по подготовке полей перед зимой в органическом земледелии в данном хозяйстве не применяют.

В разны периоды вегетации сельскохозяйственных культур предприятие практикует механическую обработку почвы. Для этого используются стандартные агрегаты, но специально усовершенствованные сотрудниками предприятия. Модернизированные зубчатые и ротационные бороны применяются на культурах сплошного сева до фазы их кущения и на начальном периоде развития сорняков. По шалфею мускатному применяют междурядные культивации до смыкания рядов. Остальные работы по подготовке почв проводят между уборкой и посевом.

На рисунке 7 на примере четырех полей представлен вариант севооборота, который был в хозяйстве в период с 2011 по 2020 годы.

За период двух лет наблюдений необходимо отметить, что основные средства и методы борьбы с вредителями и сорняками в данном сельскохозяйственном предприятии являлись строгое соблюдение севооборота, проведение механических обработок. Эти мероприятия позволили предупредить возникновение заболеваний, служили своеобразной профилактикой против вредных насекомых и сорных растений. Как правило, в хозяйстве применяют до семи обработок на одном поле за полный цикл выращивания сельскохозяйственных культур.

Рисунок 7 — Севооборот на четырех полях хозяйства «Эфирмасло»

Одной из самых затратных статей в органическом сельском хозяйстве является, как раз, борьба с сорняками. Как известно, применение пестицидов и других химических средств защиты растений запрещено. Поэтому для этих целей предприятие использует в севообороте черный пар, в период которого поля многократно механически обрабатываются — проводятся дискование, культивация и боронование.

На посевах предприятия многие заболевания, в частности, сетчатые пятнистости, септориоз колоса, ржавчины, мучнистые росы, не переходят критического порога вредоносности, корневые гнили в течение последних лет не фиксировались по причине недостаточного количества влаги в период вегетации растений. Сегодня хозяйство ведет активный поиск препаратов и технологий, которые бы позволили работать превентивно с болезнями и вредителями.

Необходимо отметить, что поля предприятия были обследованы сотрудниками ФГБНУ «ВНИИ биологической защиты растений», которые провели отбор почв на полях предприятия для изучения почвенной микробиоты с целью понять, что происходит в ней в результате многолетнего возделывания сельскохозяйственных культур в соответствии с самыми строгими стандартами органического земледелия, поскольку почва — один из важнейших ресурсов получения высококачественного урожая. Итоги проведенного микробиологического анализа показали, что почва не потеряла свое плодородие за последние 10 лет [5]. Следовательно, систему органического производства экологически безопасной продукции можно отнести к устойчивому земледелию с восполняемым ресурсом, несущим реальную пользу людям и экосистемам.

Отмеченные положительные результаты по почвенному плодородию необходимо постоянно уточнять, отслеживать динамику изменения показателей свойств почвы и продукции. Отмеченные тенденции по постоянству и даже некоторому увеличению содержания органического вещества, наблюдаемое на полях ООО «Эфирмасло», могут происходить за счет запашки соломы от зерновых культур. Кроме того, при выращивании растений с глубокой корневой системой и высокой растворяющей способностью, например, ржи и лаванды, возможен переход труднодоступных фосфатов и части необменного калия в обменную форму по мере истощения запасов этих элементов. Однако, это надо доказывать исследованиями по массопереносу фосфора. Объяснить данный факт можно также тем, что почва при выращивании таких культур, может подкисляться вследствие выделения ионов водорода из корневых волосков в корнеобитаемый слой.

Почвы на полях предприятия представлены преимущественно карбонатными черноземами, характеризующимися высокой биологической активностью, поэтому увеличение содержания в них подвижного фосфора можно объяснить его переходом из органических соединений в минеральную форму. Как правило, черноземы южные карбонатные содержат 148 мг / 100 г почвы валового фосфора и 75 мг / 100 г почвы — органического, то есть 50,7% от количества первого. Растительные остатки также богаты этим элементом, который переходит в доступную форму после минерализации их микрофлорой. Кроме того, черноземы относятся к почвам с большим запасом необменного и обменного калия и с хорошей подвижностью первого.

Проект реализуется на территории села Русаковка, в Белогорском районе Республики Крым. Площадь обрабатываемых земель составляет 807 га, из них – 288 га пашня, 519 га многолетние насаждения лаванды. За период с 2011 по 2014 годы произведено 1269 тонн органического зерна. Урожаи 2011-2014 были реализованы третьим лицам в виде зерна, урожай 2017 года был переработан на органик-продукт (мука, крупа и др. продукцию) для российских потребителей. Ведется поиск партнеров. Также за период с 2011 по 2014 годы выращено 1928 тонн органического сырья лаванды и 3750 тонн органического сырья шалфея мускатного [6]. Эфиромасличные растения на данном этапе развития предприятия являются основной культурой, дающей максимальный доход.

Результаты исследования в рамках выполнения данного проекта поможет участнику агропромышленного биотехнологического кластера Республики Крым ООО «Эфирмасло» в ближайшей перспективе расширить рынки сбыта и увеличить объем производства органик-сертифицированных эфирных масел в Республике Крым.

1.2 Объекты и методы исследования

• • 1. Объекты исследования

Лаванда. Ботаническая характеристика.

Лаванда настоящая, лаванда узколистная (Lavandula officinalis Chaix., Lavandula vera D.C., Lavandula angustifolia Moench.) родом из Средиземноморья. Представляет собой небольшой кустарник с фиолетово-голубыми цветками, из которых паровой дистилляцией или обработкой растворителями получают эфирное масло.

Существуют несколько подвидов настоящей лаванды, растущих в определенных регионах и предпочитающих определенную высоту над уровнем моря. Эфирное масло из них различается по ароматическим свойствам и химическому составу и, в конечном счете, по качеству.

Lavandula officinalis Chaix. var. delphinensis Jord. Невысокая форма, растущая до высоты 1300 м над уровнем моря. Из-за способности расти на большой высоте иногда называется «горная лаванда». Из этой разновидности производят масло высшего качества.

Lavandula officinalis Chaix. var. fragrans Jord. Средняя по высоте форма, растущая до высоты 500 м над уровнем моря. Дает масло более низкого качества, но вполне удовлетворяющее коммерческим потребностям.

Исследование проведено на полях, где выращивают лаванду (Lavandula angustifolia Mill. ). В государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию (2017 год) были внесены следующие сорта лаванды с кодами:

• код 8557222 сорт Вдала с 2014 года,
• код 5800510 сорт Вознесенская 34 с 1962 года,
• код 8557223 сорт Изида с 2014 года,
• код 7402260 сорт Ранняя с 1980 года,
• код 8703965 сорт Синева с 2014 года,
• код 5800137 сорт Степная с 2014 года,
• код 9801073 сорт Южанка с 1998 года.

Кроме того, исследования проведены и с использованием пшеницы. Изучена пшеница мягкая озимая (Triticum aestivum L.), сорт Есаул, внесена с 2006 года в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию (код №9705649).

В наших исследованиях на полях ООО «Эфирмасло» был использован сорт лаванды Степная.

Шалфей мускатный (лат. Salvia sclarea) – полукустарник, вид рода Шалфей (Salvia) семейства Яснотковые (Lamiaceae). Ботаническая характеристика — полукустарник высотой 100-120 см. Стебель прямой, простой, длиннее соцветия, опушены курчавыми волосками с примесью стебельчатых желёзок. Нижние и средние стеблевые листья длиной 5,5—32 см, шириной 5—22 см, яйцевидные или яйцевидно-продолговатые, острые или туповатые, по краю выгрызенно-зубчатые, морщинистые, длинночерешковые; прикорневые мельче, рано свёртываются и засыхают; верхние стеблевые меньше средних, на укороченных черешках; прицветные — широкояйцевидные, сидячие, стеблеобъёмлющие, коротко заострённые. Соцветия метельчато-разветвлённые, реже простые или слабо ветвистые, с 2 – 6- цветочными ложными мутовками; чашечка длиной 10-12 мм; венчик в два-три раза длиннее чашечки, розоватый, белый или сиреневый, верхняя губа серповидная, нижняя — с широко обратнояйцевидной средней лопастью и продолговатыми, обычно скрученными боковыми лопастями. Орешки бурые, эллипсоидальные, длиной 2—3 мм, сетчато-морщинистые. Цветёт в июне — сентябре. Плоды созревают в августе — сентябре. В надземной части растения содержится эфирное масло (масло мускатного шалфея), выход его из соцветий составляет 0,1—0,3 % (на сырую массу). Эфирное масло представляет собой бесцветную или слегка желтоватую жидкость с очень своеобразным приятным запахом, напоминающим запах амбры, апельсина и бергамота. Главной составной частью эфирного масла являются сложные эфиры (50—77 %), среди которых ведущее место занимает линалилацетат, в масле содержатся также линалоол, линалилфорнисат, α- и β-пинен, камфен, мирцен, лимонен, β-оцимен, n-цимол, аллооцимен, свободные органические кислоты — муравьиная, уксусная и др.; обнаружены также сесквитерпеновые, ди- и тритерпеновые углеводороды. В плодах содержится до 31 % (на абсолютно сухую массу) быстро высыхающего жирного масла, основным компонентом которого является линолевая кислота; по качеству масло близко тунговому маслу. В корнях содержатся кумарины.

В соцветиях и листьях имеются ароматические смолы, органические кислоты — муравьиная и уксусная, сапонины, флавоноиды. Шалфей обладает антибактериальными свойствами, содержит фитонциды.

Кумарины из корней обладают противоопухолевым действием [24], играют большое значение также другие вещества для применения таких компонентов в пищевой, фармацевтической промышленности, ароматерапии, химической промышленности и других областях.

Сорта шалфея мускатного, рекомендованные для выращивания в Крыму, имеют промышленное значение, но перечень сортов недостаточно широк [25]:

	Сорт С 785  Автор З.Г.Майченко Выделен методом индивидуального отбора на посевах образца С-27 (крымский дикорастущий). Сорт среднеспелый, цветение в 1-1 и 2-й годы вегетации. По данным конкурсного сортоиспытания урожайность соцветий 69,0 ц/га, массовая доля эфирного масла – 0,39%, сбор эфирного масла  — 27,1 кг/га. Сорт зимостойкий, засухоустойчивый.
	Сорт Ай-Тодор Авторы: Л.Ф.Савченко, В.А.Чумак, Н.И.Иванова Сорт выведен путем скрещивания экспериментально полученных полиплоидных форм сорта С-785 и сортообразца С-87 и последующего индивидуального отбора на инфекционном фоне высокопродуктивных генотипов, устойчивых к черной корневой гнили. Сорт полиплоидный, двулетний, скороспелый. По данным конкурсного сортоиспытания урожайность соцветий 151,9 ц/га, массовая доля эфирного масла – 0,39%, сбор эфирного масла  — 60,0 кг/га. Сорт зимостойкий, засухоустойчивый, устойчивый к черной корневой гнили.
	Сорт Тайган Авторы: Л.Ф.Савченко, Л.П.Зобенко, В.О.Чумак Сорт создан путем индивидуально-семейного отбора из гибридной популяции   С-785 х С-87 Сорт среднеспелый, двулетний. По данным конкурсного сортоиспытания урожайность соцветий 150,7 ц/га, массовая доля эфирного масла – 0,31%, массовая доля склареола в сыром сырье – 0,60%, сбор эфирного масла  — 60,0 кг/га. Сорт зимостойкий, засухоустойчивый.
	Сорт Крымский поздний  Авторы: Л.П.Зобенко, В.С.Игнатов Сорт создан путем отбора позднеспелых биотипов в потомстве от однократного самоопыления сорта С -785. Сорт среднеспелый, двулетний. По данным конкурсного сортоиспытания урожайность соцветий 217,9 ц/га, массовая доля эфирного масла – 0,29%, сбор эфирного масла  — 54,1 кг/га.
	Сорт Орфей Авторы: Л.Ф.Савченко, В.А.Чумак Сорт создан путем индивидуального отбора из коллекционного образца среднеазиатского происхождения продуктивной формы с высоким содержанием склареола в сырье. Сорт среднеспелый, двулетний. По данным конкурсного сортоиспытания урожайность соцветий 166,7 ц/га, массовая доля эфирного масла – 0,375% на сырую массу соцветий, 1,593% – на абсолютно сухую массу, сбор эфирного масла  — 62,5 кг/га, массовая доля склареола в сырье – 0,84%. Растения компактные, густооблиственные с хорошо развитыми 4-5 соцветиями. Стебель ветвистый, прямостоячий, среднеопушенный.

Характеристика полей ООО «Эфирмасло» представлена на рисунке 8 и таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика полей ООО «Эфирмасло»

Рисунок 8 – Схема полей ООО «Эфирмасло» для обследования

1.2.2 Методы исследования

Проведено изучение следующих показателей:

Окраска почвы – зависит от входящих в нее соединений. Гумусовые вещества придают черный цвет и темно-коричневый, оксиды кремния, СаСО₃ – светлый, оксид железа – красный.

Гранулометрический состав: легкие (песчаные и супесчаные), средние (легко и среднесуглинистые) и тяжелые. Механические элементы – фракции по размерам: более 1 мм – каменистая часть, менее 1 мм – мелкозем. В мелкоземе 1,0 – 0,01 мм – это физический песок, менее 0,01 мм – это физическая глина, менее 0,0001 мм – коллоиды. Комочки более 10 мм – глыбистая структура, 0,25-10 мм – это макроструктура, менее 0,25 мм – микроструктура.

Органическое вещество почвы – неразложившиеся остатки растений, микроорганизмов и гумус. В состав гумуса входят гуминовые и фульвокислоты и др. органические вещества.

Плотность твердой фазы – отношение массы твердой фазы почвы (почвенных частиц определенного объема к массе того же объема воды при 4оС). Плотность твердой фазы минеральных почв 2,4-2,8 г/см³. Торфяных 1,4-1,8 г/см³.

Плотность почвы – отношение массы абсолютно сухой почвы, взятой без нарушения природного сложения, к ее объему. Она характеризует плотность сложения почвы и степень ее рыхлости. Для гумусовых горизонтов плотность почвы 0,9-1,3 г/см3.

Пористость общая – суммарный объем пор между почвенными частицами и комочками почвы, выраженный в % к общему объему почвы. Она подразделяется на капиллярную и некапиллярную. Капиллярная пористость – объем всех мельчайших пор (менее 0,1мм), заполняемых водой. Капиллярные поры сосредоточены внутри почвенных агрегатов и удерживают доступную растениям влагу. Оптимально: общая пористость 55%, капиллярная 30%, некапиллярная 25%.

Водоудерживающая способность почвы – свойство удерживать от стекания под действием капиллярных и сорбционных сил то или иное количество влаги. Она характеризуется величинами гигроскопической влажности и влагоемкости. Влага, поглощенная почвой из воздуха, называется гигроскопической. Наибольшее количество парообразной воды может поглотить почва, если насыщенность воздуха водяными парами 100%. Эта величина называется максимальной гигроскопичностью. Гигроскопическая вода недоступна для растений.

ГОСТ 26205-91 Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Мачигина в модификации ЦИНАО [7].

ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки [8].

Наблюдения, анализы и учеты проводились согласно общепринятым методам полевых и лабораторных исследований по почвоведению.

Изучали следующие характеристики почвы в соответствии с НТД [9]:

— плотность твердой фазы почвы – пикнометрически (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986);

— общая порозность – методом расчета по Н.А. Качинскому (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986);

— общая и гигроскопическая влажность почвы – термостатно-весовым методом (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986);

— гранулометрический состав – методом пипетки Качинского с предварительной пирофосфатной обработкой (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986);

— гранулометрический показатель структурности «Кг» по А.Ф. Вадюниной (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986):

для гумусных почв Кг=(И+МП/СП+КП)·100%;

для малогумусных почв Кг=(И/МП+СП+КП)·100%,

где И — содержание ила,

МП — содержание мелкой пыли (0,001-0,005 мм), %;

СП – содержание средней пыли (0,005-0,01мм), %; КП – содержание крупной пыли (0,01-0,05 мм), %;

— структурно-агрегатный состав почвы – по методу Н.И. Саввинова – сухое и мокрое просеивание (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986);

Показатели гумусного состояния почвы:

— содержание общего гумуса (Г) – по ГОСТ 26213-91 в образцах почвы из генетических горизонтов и непосредственно в воздушно-сухих и водоустойчивых агрегатах размером: 3-1 мм, 1-0,5 мм, 0,5-0,25 мм [10],

Агрохимические свойства:

— рН – в 1,0 М KCl вытяжке (ГОСТ 26483-85) [11];

— рН водной вытяжки – потенциометрическим методом [8].

Экспериментальные данные были обработаны методами математической статистики (Доспехов, 1985) [12] с использованием программных средств Microsoft Office EXCEL, STATISTICA 6.0. Оценку корреляционной зависимости проводили по шкале Чеддока (Кремлев А.Г., 2001): 0,1-0,3 – слабая; 0,3-0,5 – умеренная; 0,5-0,7 – заметная; 0,7-0,9 – высокая; 0,9-0,99 – весьма высокая [13].

Определение показателей качества зерна пшеницы – по ГОСТ Р 54078. Пшеница кормовая. Технические условия [14].

Испытания биологических образцов методом термического анализа по методике [15].

Элементный анализ образцов почвы и биологических объектов методом сканирующей электронной микроскопии. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) позволяет одновременно получать электронные микрофотографии, определять химический состав, благодаря рентгеновской приставке — детектору EDS. Сканирующий электронный микроскоп визуализирует поверхность при различном увеличении. Полученные микрофотографии дают информацию о качественном и количественном составе. В наших исследованиях использован сканирующий электронный микроскоп COXEM EM-30AX PLUS (Корея), источник электронов — электронная пушка с термоэлектронным типом эмиссии, оснащенная эмиттером на основе вольфрамовой нити накаливания (W). Микроскоп имеет 2 режима режимы работы вакуумной системы: высокий и низкий вакуум, оснащен тремя детекторами: SE (для получения изображения с информацией о морфологии поверхности.), BSE (для получения изображения с информацией о вариациях состава на основе контраста по среднему атомному номеру), EDS (для элементного анализа состава образцов). Преимуществом данного микроскопа по сравнению с аналогами является возможность проводить анализ без дополнительной специальной пробоподготовки.

Методом ближней инфракрасной спектроскопии (БИК) проведен анализ качества пшеницы, почвы. В наших исследованиях использован инфракрасный анализатор SpectraStar XT, который способен делать быстрый и точный анализ основных показателей качества сельскохозяйственных (зерно, корма, комбикорма, комбикормовое сырьё и т.д.) и пищевых (мясное сырье, полуфабрикаты, колбасные изделия, сыры, масло, печенье, и т.д.) продуктов. Методом БИК — анализа можно определять такие показатели, как влага, клетчатка, зола, крахмал и другие (в том числе аминокислоты в сырье).

Прибор SpectraStar серии XT — это автономный прибор, используемый для анализа размолотых и неразмолотых, жидких и пастообразных продуктов. Он откалиброван по стандартам отражения NIST (Американский Национальный Институт Стандартов) и произведен в соответствии с технологией TAS. Технология использует при производстве приборов только высококачественные комплектующие и настройку приборов по первичным стандартным образцам (SRM). Прибор работает в диапазоне до 2600 нм, что дает возможность качественно определять такие вещества, как аминокислоты, лигнин, протеин и клетчатка. Сканирующий монохроматор с предварительным разложением излучения в спектр. Режим измерения спектра: отражение или пропускание. Источник света: предварительно настроенная галогеновая лампа со сроком службы 10000 часов. Дифракционная решетка: голографическая решетка для работы в диапазоне 1100 — 2600 нанометров. Интервал между точками спектра: 1 нанометр. Число точек спектра: 1500. Ширина полосы: 10 +/-0.3 нм. Фотометрический диапазон: 3.0 Abs. Время сканирования: менее 0.8 секунд на сканирование. Время анализа: 10 — 60 секунд. Точность установки длин волн: менее 0.1 нм. Уровень шумов в диапазоне 1100-2600 нм: менее 20 микроединиц оптической плотности. Система включает в себя компьютер, прибор управляется оператором. Продолжительность анализа составляет около 1 минуты. Результаты анализа отображаются на экране автоматически, что позволяет без дополнительных действий оператора сравнивать результаты анализа нескольких последних образцов, передавать результаты анализа по сети или распечатывать на принтере.

Химический состав масла лаванды (Lavandula angustifolia Mill.) – по ГОСТ ISO 3515-2017 [16].

Химический состав масла шалфея – по ГОСТ 31791-2017. Эфирные масла и цветочно-травянистое эфиромасличное сырье. Технические условия [26].

Качество зерна пшеницы – по ГОСТ 9353-2016. Пшеница. Технические условия [17].

Контроль содержания пестицидов – по ГОСТ 32689.1-2014[18].

2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Исследование эколого-химического состояния почв полей ООО «Эфирмасло»

На основании проведенных почвенных исследований по определению концентраций подвижного фосфора, калия (рисунок 9) установлено, что 80% почв полей хозяйства имеют очень низкое и низкое содержание подвижного форфора (рисунок 9а), при достаточно высоком содержании калия (рисунок 9б).

а)	б)

Рисунок 9 — Распределение полей по содержанию подвижного фосфора (а) и обменного калия (б) в почвах полей ООО «Эфирмасло»

При этом на 65% полей почвы сильнокислотные, а 35% полей – это среднекислотные почвы. Эти результаты подтверждены данными, полученными нами в 2019 и 2020 году, а также коррелируют с данными агрохимического обследования полей в 2017 году ФГБУ «Центр агрохимической службы «Крымский».

Как отмечалось ранее, основной проблемой на полях ООО «Эфирмасло» остается критически низкая концентрация фосфора. Сегодня, к сожалению, нет хороших, разрешенных к использованию в органическом земледелии, фосфорсодержащих препаратов. Внесение азот- и фосфорфиксирующих бактерий не принесло никаких результатов в связи с малым содержанием влаги в почвах в момент их применения.

Рекомендация: надо применять препараты сразу же после дождей, применять новые препараты, основанные на сорбции фосфатов на органических остатках биомассы лаванды, рыбную муку.

Основу системы питания сельскохозяйственных культур в ООО «Эфирмасло» составляет естественное плодородие земель, а улучшение их структуры, влияние на изменение агрохимических показателей, связанных, прежде всего, с переводом фосфора в доступное состояние, осуществляется при помощи внесения органических остатков с применением деструкторов стерни и немедленной их заделкой в почву. Помимо этого, практикуются листовые подкормки в период вегетации растений препаратами, разрешенными и согласованными с органами сертификации «Organic» (приложение 2).

Как правило, урожайность на сельскохозяйственных предприятиях, реализующих принципы органического земледелия, обычно в первые пять лет существенно меньше, чем там, где используется традиционное земледелие. Однако после грамотного подбора сортов, схем и доз применения природных подкормок продуктивность культур и качество зерна оказываются на уровне традиционного земледелия. Например, на полях данного предприятия урожайность пшеницы составляет 20–35 ц/га, а ее зерно соответствует III классу. Содержание клейковины составляет 24–28%, белка — 11,5–13%, ИДК — 70–90 единиц. Это подтверждается результатами 2019 года и 2020 года, приведенными в последующих разделах отчета.

После сбора зерна следующей стадией является хранение зерна, и доведение полученного зерна до товарной кондиции по чистоте. При обнаружении значительного количества сорных примесей необходимо проводить многократную доочистку сырья на семяочистительных машинах. Но далеко не всегда полученный результат удовлетворяет специалистов, а объем отходов может превышать 20% от собранного урожая.

Серьезной проблемой является хранение продукции и борьба с амбарными вредителями. Применение частой механической перекидки зерна и продувание буртов с помощью вентиляционного устройства лишь на время сдерживают заражение сырья долгоносиком и амбарной молью. По этой причине подобные операции приходится проводить многократно. Хранение готовой продукции в органическом сельском хозяйстве, как известно, также жестко регламентируется. К примеру, обработка складов может осуществляться только препаратами природного происхождения, например, гашеной известью, что не всегда эффективно.

Рекомендации: использовать, разработанный в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, способ обработки с использованием озонатора «ТРИОФОН», который вырабатывает озон, а также универсальный отпугиватель крыс, мышей, насекомых и других вредителей.

В 2020 году проведен отбор проб образцов почвы для проведения последующих аналитических определений (акт отбора образцов, рисунок 10, приложение 3).

Рисунок 10 – Акт отбора образцов почвы

Оценка содержания фосфора и калия в почвах полей ООО «Эфирмасло».

Приводим результаты агрохимического анализа почв ООО «Эфирмасло», которые были получены в 2017 году ФГБУ «Центр агрохимической службы «Крымский». Установлено, что из 423,6 га обследованных площадей 100,8 га (или 23,8%) имеют содержание подвижных фосфатов до 11 мг/кг почвы; 236,3 га (или 55,8%) – 11- 15 мг/кг; 71,8 (или 17,0%) – 16 – 30 мг/кг почвы; 3,0 га (или 0,7%) – 31 – 45 мг/кг; 5,7 га (или 1,3%) – 46-60 мг/кг; 6 га (или 1,4 %) – более 60 мг/кг. Среднее значение подвижного фосфора составляет всего лишь 15 мг/кг почвы.

Анализ подвижного фосфора в почвах ООО «Эфирмасло» в 2019 г. С учетом того, что содержание подвижных форм фосфора из расчета Р₂О₅ мг/100 г почвы (карбонатных черноземов по Мачигину) считается очень низким при концентрации < 1, низким – при 1,0 – 1,5; средним – при 1,5 — 3,0; повышенным – при 3,0 – 4,5; высоким – при 4,5 – 6,0; и очень высоким – при > 6,0. По результатам проведенных исследований на полях ООО «Эфирмасло» содержание подвижного фосфора является очень низким. Так на поле №4, где выращивают пшеницу по технологии органического земледелия, концентрация подвижного фосфора в почве составляет 7,5 мг/кг почвы, а по традиционной технологии (поле №21) – 4 мг/кг почвы. На полях №175 и №179, где выращивают лаванду 25 лет содержание подвижного фосфора составляет 6,5 и 7,5 мг/кг соответственно. Для полей №1 и №100/2 с лавандой, выращиваемой с 2005 года содержание фосфора 1,5 и 2,0 мг/кг почвы соответственно.

Анализ подвижного фосфора в почвах ООО «Эфирмасло» в 2020 г.

В качестве примера ниже представлены результаты определения концентрации подвижного фосфора на поле №38 (рисунке 11). Остальные результаты по другим полям представлены в приложении 3. Необходимо отметить, что минимальное значение для подвижных фосфатов в образцах составило 10 мг/кг, максимальное значение – 31 мг/кг, что подтверждает наши экспериментальные данные 2019 года и результаты наших крымских коллег, свидетельствующие о низком содержании подвижного фосфора в образцах почвы полей ООО «Эфирмасло».

Вывод: в почвах на полях ООО «Эфирмасло» очень низкое содержание подвижного фосфора. С 2017 года по 2020 год отмечена тенденция к снижению подвижного фосфора в почве на исследованных полях.

Рисунок 11 – Содержание подвижного фосфора в почве поля №38, 2020 год.

Рекомендации: 1. Необходимо проводить комплекс мероприятий по насыщению почвы фосфором, например, используя насыщение (сорбцию) растворимыми фосфатами органической биомассы, которую получают после отгонки эфирного масла лаванды и шалфея (как органический сорбент). 2. Использовать ресурсы рыбоперерабатывающих предприятий Крыма, расположенных в Керчи, Судаке и других городах Крымского полуострова. 3. Использовать птичий помет, имеющий кислую реакцию среды для перевода нерастворимого фосфора из почв в растворимое состояние.

Для оценки дополнительного внесения фосфора в почвы органического хозяйства цели нами проведен повторный анализ 12 образцов рыбной муки в 2020 году на содержание основных компонентов и фосфора компонентов в рыбной муке (рисунок 12), который коррелирует с данными 2019 года.

Рисунок 12 – Результаты химического состава рыбной муки

Рыбная мука содержит в своем составе около 3,7-4,4 % фосфора, в ней небольшое количество азота – около 1 %. Недостатком является достаточно высокая концентрация кальция – более 4%, но в то же время в рыбной муке есть органические компоненты и другие макро- и микроэлементы. Таким образом, применение рыбной муки может быть рекомендовано для использования в качестве природного удобрения для органического земледелия при согласовании с контролирующими экспертами.

Кроме того, нами был проведен химический анализ куриного помета и показана возможность применения его как кислого компонента на карбонатных черноземах для снижения рН и увеличения подвижности фосфора. Результаты одного их вариантов птичьего помета представлены в таблице 2. Как следует из полученных данных помет имеет кислую реакцию среды около 5,4. В составе помета отмечено высокое количество общего азота – более 10%, аммонийного азота – 3,5-4,2 г/кг, фосфора – 3,5-4,2%, калия общего – более 3%, другие важные для почвы и растений компоненты. Таким образом, птичий помет от органических птицеводческих хозяйств может быть использован как источник азота, фосфора и калия.

Таблица 2 — Количественные химические характеристики птичьего помета

* показатели представлены % на сухое вещество

Результаты исследований 2017 года, проведенные ФГБУ «Центр агрохимической службы «Крымский», показали, что из 423,6 га обследованных площадей 47,1 га (или 11,1 %) имеют содержание обменного калия на уровне 101-200 мг/кг почвы; 316,9 га (или 74,8 %) – 201- 300 мг/кг; 44,9 (или 10,6 %) – 301 – 400 мг/кг почвы; 3,0 га (или 0,7%) – 401 – 600 мг/кг; 11,7 га (или 2,8 %) – более 600 мг/кг. Среднее значение содержания обменного калия составляет 274 мг/кг почвы, минимальное значение – 195 мг/кг почвы, максимальное – 322 мг/кг почвы.

Исследования и химический анализ обменного калия в почвах в 2019 году подтвердили результаты 2017 года. С учетом того, что содержание обменного калия в почвах из расчета К₂О мг/кг почвы (карбонатных черноземов по Мачигину) считается очень низким при концентрации < 55, низким – при 55 – 100; средним – при 100 — 200; повышенным – при 200 – 300; высоким – при 300 – 400; и очень высоким – при > 400. По результатам проведенных исследований на полях ООО «Эфирмасло» содержание обменного калия является средним и повышенным. Эти выводы подтвердились результатами 2020 года при обследовании всех полей хозяйства. В качестве примера на рисунке 13 представлены данные по содержанию обменного калия в почве поля №38 (см. Приложение 4).

Рисунок 13 – Содержание обменного калия в почве поля №38

Минимальное значение этого показателя для поля №38 составляет 215 мг/кг, а максимальное – 335 мг/кг.

Остановимся еще на одном из основных показателей при оценке почв, который был определен в 2017 году ЦАС «Крымский», — это содержание органического вещества. Специалистами центра было установлено, что из 423,6 га обследованных площадей по содержанию органического вещества на всех наблюдается концентрация органического вещества более 4,0 %. Среднее значение составляет 4,47 %. Минимальное значение – 4,09 %, максимальное – 5,64 %. На обследованных в 2019 году полях нами было определено, что концентрация органического вещества составляет 4,65±0,34%. Эти данные коррелируют с ранее проведенными исследованиями, и плодородие почвы по органическому веществу за эти годы не снижается. В 2020 году в результате наших испытаний установлены концентрации органического вещества для всех полей органического хозяйства. В качестве примера на рисунке 14 представлены результаты для поля №38.

Рисунок 14 – Содержание органического вещества в почве поля №38

Следует отметить, что для данного поля показатель по содержанию органического вещества варьирует и имеются вкрапления, как это видно из карты, более 6%. Другие данные по остальным обследованным полям по показателю – органическое вещество — представлены в приложении 4 и зарегистрированной базе данных.

Представляет практический интерес содержание в почве полей других химических элементов. Ниже приведены максимальные и минимальные значения концентраций химических элементов (мг/кг), а более подробные сведения и картограммы представлены в приложении 4:

Необходимо отметить, что почвы богаты по макро- и микроэлементному составу. Во всех образцах присутствует титан, который является аналогом кремния, но двуокись титана также производят на химическом заводе в Красноперекопске. В почвах хозяйства фиксируется медь, которая, вероятно, может накапливаться от обработок в Крыму медным купоросом или другими медьсодержащими препаратами виноградников и других растений.

В 2020 году в образцах почв разных полей установлено, что их рН находится в интервале 7,4 – 8,65.

Вывод: почвы всех исследованных полей имеют щелочную реакцию среды.

Результаты исследования агрегатного состава почвы полей ООО «Эфирмасло», обследованных в 2020 году представлены на рисунке 15.

Рисунок 15 – Агрегатный состав почв полей ООО «Эфирмасло»

Из полученных данных на 2 года исследований следует, что от 55 до 65% суммарно в почвах занимают частицы с размером 2-7 мм и менее 0,5 мм. От 7 до 18% — это частицы крупные, имеющие размер более 7 мм. От 23 до 33% — это суммарно частицы размером от 0,5 до 2 мм.

По полям, на которых выращивают пшеницу, можно отметить следующее:

1. Поле с ведением органического земледелия содержит меньше (в среднем на 15-20% мелких пылевидных частиц). Интенсивная обработка поля почвы под зерновые способствует лучшему удержанию влаги. В почве создаются более комфортные условия для корней растений и микроорганизмов, происходит на склонах меньше смыв плодородного слоя почвы вследствие ветров, дождей, талых вод.

2. На поле с органической системой земледелия меньше в 1,5-2 раза пустой породы из подстилающих горизонтов. При использовании технологий интенсивного земледелия выносится на поверхность больше подстилающей породы с низким почвенным плодородием.

3. На органическом поле почва по агрегатному состоянию имеет больше фракций частиц, которые обеспечивают плодородие почвы, они являются в свою очередь основой почвенно-поглощающего комплекса.

На основании двухлетних данных исследований по полям, на которых выращивают в течение многих лет лаванду, можно сделать следующие выводы:

1. Выращивание лаванды на почвах с высоким уровнем плодородия, а также многократная механическая обработка способствуют снижению количества крупных и мелких фракций.

2. Увеличивается в 1,4-1,6 раза доля средних фракций, обеспечивающих более высокое плодородие почвы.

3. При выращивании лаванды на одном месте постоянно более 25 лет количество крупных и мелких фракций уменьшается и повышается доля средних фракций, обеспечивающих плодородие почвы и являющихся основой почвенно-поглощающего комплекса.

Эти выводы подтверждается результатами термоаналитических исследований. На рисунках 16 представлены в качестве примеров термограммы исследования почв с разными фракциями частиц.

Рисунок 16 – Термограммы разных фракций почв полей №177 и №175

Для оценки спектральных характеристик почв и составления базы данных спектров нами применен метод БИК-анализа (приложение 1). На рисунке 17 представлены спектры почвы поля №175.

Рисунок 17 – БИК-спектр почв поля №175 фракция < 0,5 мм и 2-7 мм

Исследование максимальной гигроскопичности почвы.

Максимальная гигроскопичность почвы – важный показатель, особенно для засушливых территорий, какими являются почвы Крыма. Этот показатель характеризует наибольшее количество парообразной влаги, которое почва может поглотить из воздуха, насыщенного парами воды. Максимальная гигроскопичность тяжелых по гранулометрическому составу почв и почв с высоким содержанием органического вещества выше, чем почв легких и с низким содержанием органического вещества. На рисунке 18 представлены результаты по исследованию максимальной гигроскопичности почвы.

Рисунок 18 – Максимальная гигроскопичность почвы, %

В нашем случае максимальная гигроскопичность имеет наибольшие значения для полей №175, №1, №64, №65, №177, что коррелирует также с содержанием органического вещества почвы и агрегатным составом почвы по размерам частиц в слое почвы 0 – 20 см.

Термодинамическая характеристика почв. Для оценки термодинамических характеристик, содержания минеральных, органических компонентов и связанной воды проведено дальнейшее изучение почв полей с учетом распределения частиц почвы по размерам термоаналитическим методом. Определены энергии активации каждого из компонентов, кинетические константы скорости термического разложения каждого из компонентов, содержание компонентов в почве. Результаты по энергиям активации компонентов в зависимости от размеров частиц почвы представлены на рисунке 19.

Рисунок 19 – Термодинамическая характеристика почв полей 63 и 65

Исследование элементного состава образцов почвы

На рисунке 20 представлены результаты элементного анализа образцов почвы с поля №63, фракция менее 0,5 мм.

Рисунок 20 – Агрегатный состав и суммарный спектр карты по химическим элементам для почвы поля № 63, < 0,5 мм

На рисунке 21 представлена карта распределения кальция и алюминия на поле №63, а на рисунке 22 – железа и титана.

Рисунок 21 — карта распределения кальция и алюминия на поле №63

Из полученных результатов видно, что элементный состав образцов почвы, отобранных с одного поля в апреле и в июле 2019 года, сохраняет свое постоянство. Как и отмечалось ранее в почве имеется в высоких концентрациях калий, который достаточно легко переходит в обменную форму. В концентрациях более 0,1% содержатся неметаллы – углерод, кислород и кремний, которые включены в силикаты или диоксид кремния, карбонаты и оксиды металлов.

Рисунок 22 — карта распределения железа и титана на поле №63

Из металлов в концентрациях более 0,1% присутствуют марганец, титан, магний, калий, алюминий, железо, кальций, высокие концентрации которых могут, в том числе определять щелочную реакцию среды. Высокими концентрациями металлов также определяется цветовая характеристика почв, отмеченная выше. Результаты по содержанию и карты по распределению химических элементов в почвах полей представлены в приложении 1 и 4 и опубликованы в зарегистрированной в Роспатенте базе данных.

Полученные нами данные по элементному анализу почвенных образцов подтвердили результаты 2019 года по полям №179 и №1. Отмечена близость концентраций химических элементов, а соответственно нахождение их в форме оксидов, карбонатов, силикатов, и частично, хлоридов и сульфатов. Из металлов в концентрациях более 0,1% присутствуют, титан, магний, калий, алюминий, железо, кальций, высокие концентрации которых определяют щелочную реакцию почвенного раствора. Высокими концентрациями металлов также определяется цветовая характеристика почв, отмеченная выше. В 2020 году в почве поля №1 присутствует такой важный микроэлемент как марганец, но в почве поля №179 марганец находится в концентрациях ниже предела обнаружения. Содержание кислорода и углерода практически одинаковое для этих двух полей, но на поле №179 более, чем в 1,5 раза больше кальция и титана, но существенно меньше алюминия. Более подробная информация по полям представлена на картах полей (приложение 4).

Также необходимо отметить, что в крупных фракциях частиц почвы размером 1-2 и 2-7 мм поля №63, основным компонентом является карбонат кальция, как это следует из рисунка 23.

Рисунок 23 – Микрофотографии образца почвы, поле №63, фракция 1-2 мм, белые частицы

Соотношение между кислородом, углеродом и кальцием однозначно свидетельствуют о наличии карбоната кальция.

Необходимо также отметить, что полученные данные подтверждают тот факт, что выращивание на полях хозяйства озимой пшеницы по технологии органического земледелия влияет на содержание макро- и микроэлементов в почве. Сравнительный элементный анализ агрегатов, одинаковых по размеру частиц, показывает, что концентрация углерода (органического вещества, а не входящего в состав карбонатов) в 2-3 раза выше по технологии «органик», чем при традиционном выращивании. При этом в технологии «органик» концентрация кремния ниже в 2,5 раза, кальция меньше в 1,5 раза, железа и алюминия меньше в 1,7 раза, чем в традиционных технологиях.

Полученные результаты по элементному составу почвы этого поля №100/2 представлен карбонатом кальция и наличием таких химических элементов как кремний, железо, алюминий в концентрации 1,9%, медь и цинк в достаточно высокой концентрации 1,4% и 1,0% соответственно, а также калий магний и титан. Важно отметить наличие в почве меди и цинка, которые оказывают положительное фунгицидное действие.

Эти результаты подтверждаются, если проанализировать минеральную составляющую почвы после отжига при температуре 950^оС. Результаты элементного анализа почвы поля 63 после удаления сжиганием органической составляющей представлены на рисунке 24.

Рисунок 24 – Микрофотографии почвы поля №63 после ожига при Т=950 ^оС

Как следует из микрофотографий рисунка 24 и соотношения между химическими элементами, минеральная часть почвы представлена карбонатами, силикатами кальция, железа, алюминия, магния, натрия, хрома, титана и их оксидами. Обращает на себя внимание тот факт, что в минеральной части малое содержание фосфора и серы.

Таким образом, почвы полей ООО «Эфирмасло» представлены разнообразными химическими элементами, с преобладанием карбонатов, силикатов (оксида кремния), однако недостаточно сбалансированным составом, особенно по фосфору и сере, а для оптимизации соотношений и содержания компонентов в почве необходимо проводить соответствующие рекомендованные нами агрохимические мероприятия.

2.2 Исследование химического состава эфирного масла лаванды

Несмотря на пандемию короновируса COVID-19 по предварительным данным «Persistence Market» объем продаж в 2020 году не упал и сохранил позиции на уровне $80,0 млн. Это может быть связано и с тем, что лавандовое масло обладает антисептическим действием и, как ароматизатор, может через ароматические палочки распространяться в рабочих и бытовых помещениях, улучшая самочувствие человека и оказывая бактерицидное действие. Эта рекомендация была высказана в 2019 году и в 2020 году был получен патент на Способ ароматизации с использованием эфирного масла лаванды.

Содержание химических компонентов в эфирном масле лаванды, выращенной по традиционной технологии, составляет (%): α-пинен – 0,20; камфен -0,24; октен-3-ол – 0,94; мирцен – 0,77; карен – 0,69; 1,8-цинеол – 4,35; транс-оцимен  — 3,12; цис-оцимен – 2,26; γ-терпинен —   0,14; линалоол – 39,74; 3-октенилацетат  — 0,67; камфора- 0,59; терпинен-4-ол – 1,34;  лавандулол —   0,57; терпинен-4-ол —   3,08; α-терпинеол – 1,29; гексилбутират – 0,23; нерилацетат – 0,19; геранилацетат – 0,28; линалилацетат – 28,36; лавандулилацетат – 1,18; нерилацетат – 0,30; геранилацетат – 0,49; кариофиллен – 3,70; α-сантален – 0,74; β-фарнезен – 1,76; гермакрен D – 0,75.

В эфирном масле лаванды, которое выращено по традиционной технологии, присутствуют и могут быть достоверно определены до 30 химических веществ. По содержанию линалилацетета на уровне 28-29% такое масло может быть использовано для изготовления мыла.

При выращивании лаванды и выработки эфирного масла необходимо руководствоваться следующим:

• показатели качества эфирного масла лаванды зависят от соотношения отдельных компонентов масла.
• содержание терпинен-4-ола ниже 1,6% свидетельствует об отличном масле.
• масло с содержанием терпинен-4-ола в пределах 1,6-2,4% заслуживает хорошей оценки (4-4.5),
• масло с содержанием этого компонента 2,4-5,8% является средним
• масло с содержанием выше 5,8% оценивается по парфюмерным показателям самым низким баллом (2).

Повышенные концентрации 1,8-цинеола и камфоры (выше 5-8%, каждый) фактически лишают лавандовое масло какой-либо коммерческой ценности, так как это лавандин. В натуральном масле эти вещества находятся на уровне до 1%. Они появляются в масле только в том случае, если в сырье для дистилляции попал лавандин или при фальсификации лавандового масла добавкой эфирного масла лавандина.

Рекомендации: для улучшения качества эфирного масла лаванды можно провести его детерпенизацию, используя процесс вакуум-отгонки легких фракций терпеновых углеводородов. Качество масла будет выше, если повышается концентрация в нем лавандулилацетата и октанона-3.

Важно: обработки биологически активными веществами (БАВ), разрешенными для органического сельского хозяйства, надо выбирать по их действию на биосинтез этих веществ.

Рекомендации. Дистиллят с содержанием эфирного масла 0,001-0,002% можно использовать как репеллент для отпугивания насекомых.

Эфирное масло лаванды производства ООО «Эфирмасло»

Проведен отбор образцов масла и растений лаванды (рисунок 25), проведен химический анализ эфирного масла урожая 2019 года и 2020 года. Результаты представлены на рисунках 26-30 и таблице 3 и 4.

Рисунок 25 – Акт отбора образцов эфирного масла лаванды

Вывод: результаты проведенных исследований по химическому составу эфирного масла лаванды производства 2019 и 2020 года, сравнение с показателями эфирного масла лаванды, произведенного с 2013 года подтверждают его высокое качество и соответствие требованиям стандарта.

Таблица 3. Результаты хроматографического анализа лавандового масла производства ООО «Эфирмасло», урожай 2019 года

Примечание: Не обнаружено монотерпеновых углеводородов

Рисунок 26 — Хроматограмма эфирного масла лаванды «органик» производства ООО «Эфирмасло», 2019 год

Рисунок 27 — Хроматограмма эфирного масла лаванды «органик» производства ООО «Эфирмасло», 2019 год

Рисунок 28 — Хроматограмма эфирного масла лаванды «органик» производства ООО «Эфирмасло», 2020 год

Рисунок 29 — Хроматограмма эфирного масла лаванды «органик» производства ООО «Эфирмасло», 2020 год

Рисунок 30 — Хроматограмма эфирного масла лаванды. Южная Болгария, 2020 год

Таблица 4. Результаты хроматографического анализа лавандового масла производства ООО «Эфирмасло», урожай 2019 года

2.3 Исследование химического состава шалфея мускатного

Перспективным направлением для ООО «Эфирмасло» является выращивание шалфея мускатного и его глубокая переработка. Нами отобраны образцы растений шалфея мускатного с разных полей 1, 2 и 3 года, и проведено исследование химического состава. Результаты представлены на рисунках 31- 33.

Рисунок 31 – Электронные микрофотографии листьев шалфея мускатного, поле 30/2, 2020 г.

Элементный анализ показал, что в образцах листьев шалфея концентрация кислорода составляет (масc. %) — 46,9±1,5; C – 42,1±1,8; K – 3,4±0,1; Ca – 3,1±0,1; Si – 2,0±0,1; Mg – 0,8±0,1; Al – 0,7±0,1; Fe – 0,4±0,1; S – 0,20±0,05; Cl – 0,20±0,05; P – 0,20±0,05; Na – 0,10±0,05.

Для сравнения на рисунках 32 представлены электронные микрофотографии листьев шалфея мускатного поля 30/3

Рисунок 32 – Электронные микрофотографии листьев шалфея мускатного, поле 30/3, 2020 г.

Элементный анализ показал, что в образцах листьев шалфея концентрация кислорода составляет (масc. %) — 48,3±1,9; C – 38,3±2,2; K – 8,8±0,4; Ca – 3,4±0,2; Si – 0,4±0,1; Mg – 0,3±0,1; Al – 0,7±0,1; Fe – 0,4±0,1; S – 0,30±0,05; Cl – 0,10±0,05; P – 0,20±0,05. Отличия в химическом составе от поля 30/2 по калию, которого значительно больше, кремнию и магнию – их концентрация меньше, и немного увеличилась концентрация серы, что объясняется тем, что в процессе роста и развития наблюдается накопление тех или иных химических компонентов.

На рисунке 33 представлены результаты элементного анализа листьев шалфея мускатного с поля 33/1.

Рисунок 33 – Электронные микрофотографии листьев шалфея мускатного, поле 30/1, 2020 г.

Элементный анализ показал, что в образцах листьев шалфея поля 30/1 концентрация кислорода составляет (масc. %) О — 47,7±1,6; C – 43,5±1,4; K – 3,7±0,2; Ca – 3,8±0,2; Si – 0,9±0,1; Mg – 0,7±0,1; Al – 0,20±0,05; S – 0,20±0,05; Cl – 0,10±0,05; P – 0,10±0,05. В этих образцах увеличивается доля органического вещества в листьях, что проявляется в последующем в химическом составе и компонентах эфирного масла шалфея.

Таким образом, оценка элементного состава биомассы шалфея мускатного на разных этапах его роста и развития позволяет рекомендовать подкормки соответствующими элементами питания для получения высококачественного эфирного масла.

2.4 Исследование химического состава зерна пшеницы

Образцы пшеницы озимой мягкой (Triticum aestivum L. ) сорта Есаул, выращенной по технологии «органик» и по традиционной технологии, были проанализированы в тех же условиях, что и в 2019 годы, для подтверждения тех тенденций, которые были зафиксированы в 2019 году на полях 100/2 и 4.

Обработка на поле по традиционной технологии была аналогична условиям 2019 года и состояла в весенней обработке пестицидами Балерина из расчета 250 г/га, фунгицидом Маэстро из расчета 0,5 л/га.

В органическом земледелии применяли препарат Эффект Био®, Биокомплекс-БТУ из расчета 0,5 л/га. Для оценки качества зерна пшеницы, выращенной по традиционной технологии и технологии «органик», проведено определение этих показателей качества в соответствии со стандартами. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5 — Показатели качества зерна пшеницы, 2020 г.

Как видно из приведенных показателей, они коррелируют с данными, полученными в 2019 году. При выращивании пшеницы с использованием органической системы земледелия снижается показатель числа падения, что свидетельствует об уменьшении количества крахмала и снижении активности фермента гликозид-гидролазы. При этом содержание массовой доли влаги в зерне пшеницы имеет тенденцию к снижению с 11,5 % до 10,8 %, а также значительно увеличивается содержание сырого протеина с 10,71 % до 15,95 % и особых клейковинных белков c 10,9 % при традиционном земледелии и до 25,7% при органическом земледелии. Это обуславливает улучшение хлебопекарных характеристик получаемой продукции и улучшение качества хлеба, выпекаемого из пшеничной муки.

Необходимо отметить увеличение показателя стекловидности зерна при применении органического земледелия до 47,8 % по сравнению с вариантом выращивания пшеницы при традиционном земледелии (37,5%). Возрастание величины стекловидности свидетельствует о лучшей упаковке белковых гранул в эндосперме и определяет лучший выход муки и улучшение показателей качества хлебной продукции.

Снижение массы 1000 зерен 37,5 до 32,1 граммов определяет изменение структуры урожая и количество оболочек, переходящих в муку при размоле зерна пшеницы. Одновременное уменьшение содержания сырой золы говорит об увеличении качества данной сорта пшеницы при выращивании в условиях ведения органического земледелия.

Содержание сырого жира и углеводов, в том числе в виде клетчатки, определяет пищевую ценность зерна зерновых культур и обуславливаются генетическими характеристиками данного сорта пшеницы. Однако условия выращивания также вносят большой вклад в формирование пищевой ценности зерна пшеницы. Результаты исследований свидетельствуют о достоверном увеличении содержания сырой клетчатки в зерне при применении органического земледелия (3,03±0,06%, в традиционном — 2,21±0,04%), что обуславливает пищевую ценность и эффективность размола полученного зерна пшеницы.

Оценивая показатели содержания белка, сырой клейковины, индекса деформации клейковины (ИДК), стекловидности качество зерна, полученного при традиционном земледелии можно оценить по 4 классу технических требований (ГОСТ 9353-2016). По показателям качества зерно, полученное в результате органического земледелия, оценивается по 3 классу технических требований (ГОСТ 9353-2016).

Аминокислотный состав

Оценка аминокислотного состава пшеницы выращенного при органическом земледелии показала увеличение содержания, как суммы аминокислот, так и количества отдельных незаменимых аминокислот. Увеличение содержания аминокислот, а также возрастание количества сырого протеина свидетельствует об увеличении размеров поступления азота в растения пшеницы и наиболее эффективное использование его на формирование зерновой хорошего качества, обладающего ценными пищевыми, хлебопекарными и мукомольными характеристиками.

Результаты аминокислотного состава зерна пшеницы представлены на рисунке 34.

Рисунок 34 – Аминокислотный состав зерна пшеницы

Результаты аминокислотного анализа зерна пшеницы подтверждают данные 2019 годы, концентрация всех измеренных аминокислот при органическом способе производства выше. По сравнению с традиционным земледелием.

В связи с тем, что при выращивании пшеницы по традиционной технологии был использован гербицид и фунгицид, а поле примыкало к полю органик, то представляло интерес установить, содержатся ли остаточные концентрации пестицидов в зерне пшеницы, выращенной по технологии органик. Измерения массовой доли основного вещества пестицида методом газовой хроматографии по методике МИ-01/19 показало отсутствие этих веществ в зерне пшеницы, выращенной по технологии органик.

Таким образом, можно сделать вывод, что применение органического земледелия при выращивании пшеницы позволяет получить зерно 3 класса качества, с хорошими мукомольными, хлебопекарными и пищевыми характеристиками по сравнению с традиционной системой земледелия. Кроме того, показано улучшение сохранности и меньшая повреждаемость насекомыми, а также улучшение показателей лежкости зерна, что имеет большое значение при хранении зерна в течение длительного времени.

Как следует из Сравнительной оценки агротехнологий, органические технологии имеют неоспоримые преимущества перед традиционными агротехнологиями.

При Интенсивном сельском хозяйстве отмечается:

– дисбаланс пищевой ценности: по питательным веществам (аминокислотам, витаминам, микроэлементам – йод, фтор, цинк, биологически активным веществам, энергетической ценности, органолептическим свойствам). Т.е. продукция получается низкого качества, но зато много такой продукции. При органическом земледелии – пищевая ценность продукции должна быть и, как мы убеждаемся в нашем исследовании более высокой.

Рассмотрим, каковы преимущества органики, например, при производстве эфиромасличных культур, переработке в продукцию, например, парфюмерной и косметической промышленности?  Это:

1. Экологичность: в процессе производства не используются химические вещества, которые выделяются в окружающую среду и вызывают загрязнение.

2. Отсутствие аллергии и побочных эффектов: т.к. не применяются искусственные химикаты, красители и ароматизаторы, которые содержат аллергены. Никаких побочных эффектов (таких как нарушение гормонального баланса нашего организма), вызванных искусственными консервантами, нет.

Тогда В чем разница между натуральным и органическим?

«Натуральный продукт» — основан на натуральных ингредиентах, это широкое понятие. Когда используется «натуральный» продукт, это совсем не означает, что его ингредиенты не подвергались химическому или какому-либо другому воздействию в процессе выращивания.

Что важно сегодня в интенсивно развивающемся органическом земледелии? Органическое (экологическое) агропроизводство должно использовать возобновляемые ресурсы в локально организованных сельскохозяйственных системах. Основная задача, которую необходимо решать сельхозтоваропроизводителям, которые занимаются органическим производством на современном этапе – это сохранить баланс питательных веществ, прежде всего, по азоту, фосфору и калию, а также микроэлементам.

С целью ограничения применения не возобновляемых ресурсов для снабжения посевных площадей питательными веществами должны использоваться отходы и побочные продукты растительного и животного происхождения. Это достаточно проблематично, поскольку животноводческие хозяйства в редких случаях располагаются вблизи растениеводческих хозяйств для организации совместного сотрудничества. Перевозка на большие расстояния отходов животноводства практически невозможна.

Органическое (экологическое) растениеводство должно вносить вклад в сохранение и улучшение плодородия почвы и в предотвращение её эрозии. Растения должны получать питательные вещества преимущественно через экосистему почвы, а не из вносимых в почву растворимых удобрений.

Центральными элементами в системе экологического растениеводства являются забота о плодородии почвы, выбор подходящих видов и сортов, многолетний севооборот, повторное использование органического сырья и агротехники. Многолетний севооборот, если это касается сельхозпредприятий, выращивающих эфиромасличные культуры, как в нашем случае – лаванду, невозможно применить. Тогда надо использовать приемы совместного выращивания некоторых сельскохозяйственных культур, дополняющих друг друга и обогащающих почву макроэлементами. Необходимо помнить, что дополнительные удобрения, улучшители качества почвы и средства защиты растений должны применяться лишь в том случае, если их использование совместимо с целями и основными положениями экологического производства.

При этом переработанная экологическая продукция должна производиться с помощью методов переработки, гарантирующих экологическую целостность и сохранение определяющих качественных признаков продукции на всех стадиях производственной цепочки.

Таким образом, возвращаясь к сказанному ранее, цель органического земледелия — производство высококачественной продукции.

Россия сегодня имеет все шансы стать ведущей в области производства эфиромасличной продукции. В настоящее время страна ежегодно импортирует около 400 тонн различных эфирных масел и 300 тысяч тонн их синтетических заменителей. Они используются в парфюмерной, косметической, пищевой, фармацевтической промышленности, а также при производстве бытовой химии.

Таким образом, развитие эфиромасличной промышленности в Крыму и южных регионах страны представляется важной и своевременной задачей, особенно при выращивании высококачественной продукции по технологии органического земледелия, цена на которую превышает в несколько раз продукцию, выращенную по традиционным агротехнологиям.

Для оценки возможности перехода сельскохозяйственного предприятия на технологию «органик» необходимо понять в какой мере поля предприятия соответствуют требованиям органического земледелия, прежде всего, по содержанию в почве пестицидов, тяжелых металлов, оценить плодородие почвы, провести оценку содержания макро- и микроэлементов, подобрать сельскохозяйственные культуры, ввести их в севооборот, оценить многие другие сопутствующие факторы. Наши исследования дали научно-методическую основу для проведения аналогичных испытаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В условиях Республики Крым и в южных регионах страны переход части хозяйств на органическое земледелие является одним из перспективных направлений. Это касается хозяйств, которые выращивают, прежде всего, эфиромасличные культуры, масличные культуры, рынок которых в нашей стране и в мире ежегодно растет. Также в дополнение к эфироносам в таких хозяйствах экономически выгодно выращивать органическую пшеницу, а также органический масличный лен.

При переходе на органическое земледелие в случае сертификации по Российскому, Европейскому или Американскому законодательству необходимо руководствоваться следующими документами, разработанными в последние годы и действующими в странах:

• Федеральный закон №280-ФЗ. Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации.
• ГОСТ Р 56104-2014. Продукты пищевые органические. Термины и определения.
• ГОСТ Р 56508-2015. Продукция органического производства. Правила производства, хранения, транспортирования.
• ГОСТ Р 57022-2016. Продукция органического производства. Порядок проведения добровольной сертификации органического производства.
• ГОСТ 33980-2016. Продукция органического производства. Правила производства, переработки, маркировки и реализации.
• Кодекс Алиментариус. Органические пищевые продукты. http://mcx.ru/upload/iblock/dc1/dc1d59e41d7fd74f55effad82de756ab.pdf
• Международные требования по сертификации производства органической продукции для органов по сертификации. Разработаны при участии Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (FAO, Рим) Международной федерации движения за органическое сельское хозяйство (IFOAM, Бонн) и Конференцией Организации Объединенных Наций по торговле и развитию (UNCTAD, Женева). 2008.
• Нормативные требования IFOAM для системы органического производства и переработки. 2012. Общие цели и требования органических стандартов (COROS) – Единые требования IFOAM. Стандарт IFOAM для системы органического производства и переработки. Утвержденные IFOAM требования аккредитации для органов по сертификации, контролирующих органическое производство и процессы переработки.
• Регламент совета (ЕС) № 834/2007 от 28 июня 2007 г. Об экологическом производстве и маркировке экологической продукции и о прекращении действия Регламента ЕЭС № 2092/91.

В рамках выполнения проекта проведено обследование 21 поля, составлены карты полей, на которых выращивают лаванду, шалфей мускатный и в севообороте зерновые сельскохозяйственные культуры.

Результаты исследований, выводы и рекомендации представлены в конце каждого раздела настоящего отчета.

Необходимо отметить, что на карбонатных черноземах данного хозяйства при проведении оценки почвенного плодородия на основании данных хозяйства и анализов образцов (рН, гумус, калий, фосфор, макро- и микроэлементы) отмечено, что содержание гумуса достаточно высокое – до 4,5%, при этом рН почв имеет щелочной характер. Для всех показатель рН имеет щелочную реакцию среды.

Главной проблемой, которую необходимо решать хозяйству по минеральному составу — то, что в почвах на полях ООО «Эфирмасло» очень низкое содержание подвижного фосфора. Так на полях, где выращивают пшеницу по технологии органического земледелия, концентрация подвижного фосфора в почве составляет 7,5 мг/кг почвы. На полях №175 и №179, где выращивают лаванду в течение 25 лет содержание подвижного фосфора составляет 6,5 и 7,5 мг/кг соответственно. Для полей №1 и №100/2 с лавандой, выращиваемой с 2005 года содержание фосфора 1,5 и 2,0 мг/кг почвы соответственно. То есть содержание подвижного фосфора крайне мало.

С 2017 года по 2020 год отмечена тенденция к снижению подвижного фосфора в почве на исследованных полях.

Исследования содержания в почвах обменного калия показали, что на полях хозяйства его концентрация характеризуется как средняя и составляет от 115 мг/кг до 270 мг/кг почвы соответственно.

Проведена оценка урожайности и качества пшеницы и лаванды, исследован биохимический состав товарного качества урожая сельскохозяйственных культур на примере зерна пшеницы и лаванды (белок, сухое вещество, общий жир, ненасыщенные жирные кислоты, элементный состав, химический состав эфирного масла и т.д.). Предложены рекомендации по увеличению содержания в почве фосфора и подвижных форм других макро- и микроэлементов.

Впервые проведена оценка термодинамических характеристик почв с разных полей и урожая сельскохозяйственных культур в хозяйстве при органическом производстве в сравнении с традиционным.

Необходимо отметить, что результаты исследований по двум годам показали преимущество по качеству пшеницы в органическом земледелии по сравнению с интенсивным. Показано, что урожайность пшеницы, выращенной по технологии органического и традиционного земледелия практически одинаковы, но органика превосходит по биохимическим показателям: увеличивается содержание сырого протеина с 9,8 % до 15,9 % и особых клейковинных белков c 10,6 % до 25,5%. Это обуславливает улучшение хлебопекарных характеристик получаемой продукции, улучшение качества хлеба, выпекаемого из пшеничной муки.

Результаты хроматографического анализа эфирного масла лаванды за 2013-2020 годы также свидетельствуют об его высоком качестве, не уступающем французскому маслу. В эфирном масле лаванды производства ООО «Эфирмасло» присутствует до 53 химических компонентов, придающих маслу специфический Крымский аромат и являющихся объективным доказательством происхождения масла именно из этого региона. Эфирное масло лаванды соответствует всем требованиям ГОСТ по максимальным значениям показателей. Предложены рекомендации по увеличению сбора эфирного масла лаванды.

Результаты проведенных по проекту исследований использованы в образовательном процессе при обучении магистров по программе «Химико-токсикологический анализ и оценка объектов агросферы» и аспирантов при практическом применении физико-химических методов анализа в токсико-экологической экспертизе, методам оценки качества растениеводческой органической продукции, в том числе эфиромасличной. Разработан проект методических рекомендаций по выращиванию эфиромасличных культур в условиях южных регионов страны на примере лаванды, которые необходимы при подготовке экспертов по контролю и сертификации органического сельскохозяйственного производства, органического сырья и органической продукции.

Разработаны 4 базы данных, получены свидетельства о государственной регистрации баз данных. Результаты наших исследований в части баз данных по картам химического состава каждого из полей хозяйства ООО «Эфирмасло», могут быть использованы для проведения мероприятий по повышению плодородия почв, по составлению севооборота с учетом почвенных характеристик, получения высококачественной продукции.

Апробация результатов проведенного исследования осуществлена в рамках многочисленных круглых столов, конференций. По теме данного исследования было опубликовано 8 работ, в т.ч. 1 статья в журнале из базы данных WoS и Scopus, 3 статьи в журналах из списка ВАК.

Интенсивное развитие органического земледелия, повышение его конкурентоспособности приводят к тому, что сторонники традиционного земледелия (или противники органического) ставят дополнительные более жесткие требования. Например, французские производители эфирного масла не согласны новыми требованиями ЕС, согласно которым масло лаванды получает классификацию как потенциальный аллерген, что помещает ее в категорию «химические токсины». По новым правилам, продукты, содержащие эфирное масло лаванды, должны маркироваться — «Может вызывать необратимые последствия при попадании в дыхательную или пищеварительную систему». По мнению производителей и экспертов-химиков, лавандовое масло, используемое в парфюмерии, средствах косметики и ароматерапии, не является химически производимым ингредиентом, и максимальный негативный эффект от аллергии, вызываемой им, является зуд и сыпь. С другой стороны, целебные и успокоительные свойства масла перевешивают все возможные негативные последствия. Кроме того, лавандовые поля притягивают миллионы туристов, желающих полюбоваться их видом. Производители не возражают против маркировки «потенциальный аллерген», но приравнивать масло к реальным химикатам не разумно и вредно [22].

Таким образом, в условиях юга России целесообразно увеличивать объемы производства эфиромасличных культур, применяя в севообороте сельскохозяйственные культуры, которые могут иметь конкурентные преимущества по сравнению с теми же, но выращиваемыми по традиционной агротехнологии.

Список использованной литературы и источников

Приложения

РЕФЕРАТ

Отчет 169 с., 34 рис., 40 табл., 79 источников, 17 приложений.

Аналитический обзор развития НУЛЕВЫХ ОБРАБОТОК. результаты многолетних стационарных исследований по разработке технологий сберегающего земледелия, экономическое обоснование ресурсосберегающих технологий, создание СЕВООБОРОТОВ для ПРЯМОГО ПОСЕВА.

Объектами исследования служили черноземные почвы степной зоны и их плодородие, зерновые, зернобобовые, масличные и кормовые культуры и ресурсосберегающие технологии их возделывания.

Цель данной работы состояла в разработке и рекомендациях производству наиболее эффективных севооборотов для технологии прямого посева в различных почвенно-климатических зонах Оренбургской области.

В работе приведены результаты комплексных исследований в многолетних стационарах по влиянию 4 различных по степени минимализации систем обработки почвы на изменение плодородия почв, эффективность использования зональных ресурсов увлажнения, фитосанитарное состояние и продуктивность посевов. Рассчитана экономическая эффективность возделывания основных сельскохозяйственных культур по технологии сберегающего земледелия.

Разработаны и предложены производству севообороты эффективные при выращивании культур по ресурсосберегающим технологиям и прямого посева на черноземных почвах степной зоны Южного Урала. Выявлено влияние различных способов основной обработки почвы, прямого посева и технологий посева на формирование урожая полевых культур, предложены эффективные технологические приемы выращивания сельскохозяйственных культур.

В результате научного исследования представлен научный отчет содержащий:

– аналитический обзор сберегающего земледелия для повышения плодородия почв и обоснование целей и задач исследований;

– детально раскрыты условия проведения исследований;

– изучено влияние ресурсосберегающих технологий выращивания полевых культур и севооборотов с прямым посевом на плодородие почвы, эффективное использование влаги полевыми культурами и их продуктивности;

– представлены экономическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур по технологии сберегающего земледелия, а также наиболее эффективные технологические приемы выращивания сельскохозяйственных культур при использовании нулевых обработок.

–даны рекомендации производству наиболее эффективных севооборотов для технологии прямого посева для Западной, Центральной и Восточной почвенно-климатических зон Оренбургской области.

Введение

Современные мировые тенденции развития сельского хозяйства предъявляют определенные требования к широкому внедрению в стране новых технологий, одним из главных условий которых является обеспечение устойчивости агроэкосистем и сохранение плодородия почвы, чему во многом способствует освоение технологии прямого посева.

В Оренбургском ГАУ в течение 30 лет ведутся широкомасштабные исследования по разработке ресурсосберегающих технологических комплексов возделывания широкого набора сельскохозяйственных культур, биологических способов воспроизводства почвенного плодородия, изучению эффективности современных машин и оборудования, в т.ч. и для системы нулевой обработки почвы, результаты которых и нашли отражение в данном отчете.

Одним из ключевых элементов системы нулевой обработки почвы является севооборот. При отсутствии механической обработки почвы значение севооборотов возрастает многократно. Для проектирования схем севооборотов в хозяйствах, где используется нулевая обработка необходимо придерживаться принципа ежегодного чередования злаковых и широко-листных культур, смены культур теплого и холодного периода, а также принципа влияния предшественника на культуру — аллелопатия и синергизм. При соблюдении таких принципов неизбежно создаются синергетические связи с постепенным улучшением питательного режима, микробиологической активностью, количества и качества органического вещества, структурного и фитосанитарного состояния поля.

Эффективность таких севооборотов зависит не только от набора в нем с/х культур, но и от почвенно-климатических условий, где он используется.

В связи с этим, целью нашей работы является разработка и рекомендации производству наиболее эффективных севооборотовдля

технологии прямого посева для различных почвенно-климатических зон Оренбургской области.

Задачи исследований:

— провести комплексные исследования по разработке ресурсосберегающих технологий выращивания полевых культур в различных севооборотах;

— изучить влияние культур на агрофизические и агрохимические показатели плодородия черноземов;

— установить закономерности накопления и расходования влаги, фитосанитарное состояние посевов в зависимости от изучаемых агроприемов;

— определить продуктивность и качество растениеводческой продукции в зависимости от изучаемыхагроприемов;

— выявить наиболее оптимальные технологические приемы по величине урожая и экономической эффективности возделывания полевых культур.

1 Обзор состояния изученности вопроса (развитие прямого посева, преимущества и недостатки нулевых обработок почвы)

Важнейшим элементом агротехнологий является основная обработка почвы, которая пройдя длительный путь развития от примитивных до современных интенсивных приемов, осталась самым значимым, самым трудоемким и самым проблематичным элементом систем земледелия (И.П. Макаров, 2003).

Вплоть до середины прошлого столетия практики и теоретики земледелия в подавляющем большинстве придерживались традиционных представлений о вспашке. К этому времени накопилось очень много негативных примеров о последствиях данного вида обработки на развитие эрозии и падения плодородия почв. Так, поданным Почвенного института им. В.В. Докучаева, запасы гумуса лучших в мире русских чернозёмах за 70 лет после распашки уменьшились почти на 250 т/га, водоудерживающая способность их сократилась на 500 – 600 т, а потенциальная урожайность – на 0,5 – 0,6 т/га сухого зерна в год. По мнению Саратовских учёных ежегодно чернозёмами теряется от 0,01 до 0,03 % гумуса, каштановыми почвами – от 0,01 до 0,02 %. За последние 30 лет содержание гумуса в почвах Саратовской области уменьшилось на 0,3-0,5 % (Системы земледелия Саратовской области, 1999).

Содержание гумуса в чернозёмах типичных тучных Оренбургской области снизилось с 12,5 до 9,5 %, обыкновенных – с 7,4 до 5,7 %, южных – с 7,1 до 5,6 %, и тёмно-каштановых – с 4,2 до 3,2 % (Е.В. Блохин, 1997).

Ежегодные потери гумуса при отвальной обработке бессменного пара достигали 3,4 т/га, а безотвальной – 1,7 т/га. За 12 лет пары потеряли 0,8 абсолютных процента гумуса, с 4,8 до 4,0 % (Н.А. Максютов, 2007).

По причине развития ветровой эрозии возникла необходимость замены вспашки плоскорезной обработкой. Однако применение почвозащитной технологии привели к тому, что за 50 лет после распашки целинных земель потери гумуса составили 30 % (В.Д. Двуреченский, 2006). Следовательно, глобальная проблема, связанная с деградацией почв при ее обработке до конца не была решена.

Новый толчок к внедрению альтернативных вспашке способов обработки почвы, которые впоследствии стали именоваться энерго- или ресурсосберегающими, дал энергетический кризис, разразившийся в начале 70-х годов. Поиск новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур шёл не только по пути замены вспашки на безотвальную обработку, но и уменьшения глубины обработки и даже полного отказа от неё, которая позже получила название нулевой обработки почвы.

В современной отечественной и мировой практике из огромного количества ресурсосберегающих технологий наиболее распространёнными являются минимальная (Mini-till) и нулевая (No-till).

Mini-till технологии основаны на осенних одно или двукратных обработках дисковыми и плоскорежущими орудиями на глубину 5…14 см.

No-till технология — прямой посев в необработанную почву. М.К. Сулейменов дает следующее определение No-till: — это система земледелия, при которой полностью исключается обработка почвы под все культуры в течение длительного времени».

В разных странах она имеет различные названия. В Северной Америке она называется No-Till (notillage -без обработки), в Австралии — ZeroTill (нулевая обработка). Англичане и латиноамериканцы ее называют системой прямого посева.

No-till технология — это не просто новая система земледелия, призванная заменить традиционные и модернизированные системы землепользования. Это принципиально новая философия землепользования ХХI века. Она предполагает восстановление и дальнейшее развитие биологического круговорота питательных веществ в экологической системе «растение — почва», в которой главная роль принадлежит растениям возделываемых культур как поставщикам неиссякаемой энергии Солнца посредством механизма фотосинтеза органического вещества.

Сегодня No-till технология является более перспективным направлением, чем Mini-till по многим причинам, основные из которых:

-сохранение и более быстрое восстановление плодородия почвы;

-практически полное предотвращение водной и ветровой эрозии почвы;

-накопление влаги в почве и более эффективное её использование культурами, в итоге снижение зависимости урожая от погоды;

-экономия ресурсов – горючего, удобрения, трудозатрат, времени, снижение амортизационных затрат;

— увеличение урожайности культур за счёт вышеуказанных факторов.

По данной технологии сейчас в мире обрабатывается более 145 млн.га земель (Фридрих, Т, 2010).

Сам термин «No-till» в переводе с английского означающий – «не пахать», пришел к нам из Северной Америки. История данной технологии началась в 1955 году в Англии, где специалисты компании Ай-си-ай изобрели гербицид паракват. В США впервые фермер Гари Анг применил эту технологию в 1962 году в штате Кентукки, чем заслужил титул основателя No-till.

В нашей стране впервые на постсоветском пространстве в 2000 году, были заложены опыты по изучению технологии no-till в Карагандинском НИИ растениеводства и селекции. На Украине в холдинге «Агро-Союз» практическое освоение no-till начато в 2001 году, а в Кустанайском НИИ сельского хозяйства — с 2005 года.

Сегодня в освоении прямого посева в России лидирующие позиции занимают Белгородская область и Ставропольский край. После засухи 2010г. активизировался процесс внедрения нулевой технологии и в других регионах (Волгоградской, Оренбургской, Самарской, Саратовской областях, Алтайском и Краснодарском краях). Из стран СНГ активнее внедрение прямого посева происходит в Казахстане.

Тем не менее, не смотря на столь значительные сроки, не прекращаются споры об эффективности данной технологии. Одни считают ее высокоэффективной, способствующей росту урожайности и экономической эффективности растениеводства, другие, напротив, — неприемлемой для почвенных и климатических условий нашей страны. Зачастую ученые, опираясь на данные своих научных исследований, обосновывают непригодность этой технологии (Солодовников А.П. и др.,2015), в то время как производственники в этих же условиях много лет подряд получают по ней хорошие результаты (Сафиулин М.Р., 2015).

Так профессор, доктор сельскохозяйственных наук, сотрудник Нижне-Волжского НИИСХ А.М. Беляков считает, что переход на нулевые технологии несёт в себе определенный риск и по этой причине требуются дополнительные исследования в различных почвенно-климатических зонах.

Главным звеном No-till является севооборот, определяющий успех контроля над численностью сорняков, развитием болезней, вредителей и в целом эффективность производства растениеводческой продукции. Этот вопрос в Оренбургской области ранее не изучался.

Нерешенным остается вопрос о целесообразности периодического глубокого рыхления почвы в ресурсосберегающих технологиях, с целью разуплотнения почвы и увеличения тем самым её водопроницаемости. Так как при длительном применении нулевых и мелких обработок происходит переуплотнение слоя почвы от 5-10 см до 20-30 см, образуется сплошная «плужная» подошва. Но как предполагают ряд ученых, включение в севооборот культур со стержневой корневой системой (подсолнечник, рапс, и др.) позволит её устранить. К тому же, по мнению исследователей, покрытие поверхности почвы органической мульчей (незерновой частью урожая) способствует активному разуплотнению почвы.

При использовании нулевых технологий проблемы эрозионного характера и деградации почв решаются практически полностью. Об этом свидетельствую целый ряд исследований у нас и за рубежом(Sturnyetal., 2007; PhillipsandYoung, 1973; ReicoskyandCrovetto, 2014; Байбеков, 2018).

Однако этот процесс очень сложный, поскольку связан с преодолением ряда недостатков. Главный из которых – повышение засоренности посевов. Переход на «нулевые» и безотвальные технологии приводит к росту засоренности посевов полевых культур в сравнении с традиционной отвальной. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования зарубежных и отечественных ученых (В.И. Румянцев, 1967; Н.А. Максютов, 1985, 1999; Н.С. Немцев, 1989; Г.И. Баздырев, 1990, 1991; А.А. Борин, 1995; Ю.И. Бочаров, 1995; В.М. Новиков, 1996; Н.В. Терфильев, 1998; А.В. Кислов, 2001, 2003; З.М. Азизов, 2006;R.O. Cannel, 1985; T.J. Brassungton, 1987).

Но надо сказать, что этот недостаток в настоящее время достаточно успешно устраняется с помощью гербицидов, подбором и правильным чередованием культур, регулированием сроков и норм посева и другими способами.

Большую, чем засоренность посевов, проблему при внедрении ресурсосберегающих технологий представляет уплотнение почвы. Уплотнение почвы – это физическая форма деградации почвы, которая изменяет структуру почвы и влияет на её продуктивность (Muelleretal., 2010). Особенно сильно культуры снижают свою продуктивность при достижении почвой критического значения плотности. Критические значения – это такие их величины, которые в результате деградационных процессов достигают условно необратимого уровня изменения, снижающего общий уровень плодородия почв (Медведев, 1990).Критические значения плотности черноземов составляют величины более 1,35 г/см³в тяжелосуглинистых и более 1,30 г/см³в легкоглинистых разновидностях (Кузнецова etal., 1990).

Варьирование плотности почвы напрямую зависит от способа обработки почвы. Так, в 13-летнем опыте, проведенном на северо-востоке Турции в условиях семиаридного климата, со среднегодовой температурой воздуха 5,6 °С и количеством осадков 427 мм, т. е. очень близкого к климату в рассматриваемой зоне, плотность на вспаханном участке в слое 0…30 см составляла 1,25 г/см³, при минимальной обработке – 1,24 г/см³, в варианте No-till – 1,29 г/см³ (Gozubuyuketal., 2014).

Уплотнение почвы считается важной проблемой, поэтому объёмная масса входит в число самых значимых показателей, используемых для оценки воздействия обработки на почву и урожайность (Bellotti, 2014). Плотность интегрирует в себе целый ряд показателей плодородия почвы, с которыми у неё имеется тесная зависимость. Она коррелируют с пористостью, а значит с гидрологическими процессами (сток, скорость инфильтрации и водоудерживающая способность) и аэрацией (Schoenholtzetal., 2000), притом, что определяется простыми, быстрыми и недорогими методами.

Например, после 40 лет применения тяжелых машин в США многие почвы стали плотнее на 20 %, ежегодные убытки от этого, по оценке ученых, превысили 1 млрд. долларов (Г.Л. Тышкевич, 1991).

На увеличение плотности почвы при мелких и нулевых обработках, в сравнении со вспашкой, указывают подавляющее большинство исследователей и практиков (А.И. Пупонин, 1989; Г.И. Казаков, 1997; С.К. Мингалев, 2004; З.М. Азизов, 2006 и др.).

В тоже время ряд авторов считают, что увеличение плотности пахотного слоя почвы при использовании минимальной обработки не приводит к снижению урожайности, поскольку объемная масса почвы остается в пределах оптимальных для большинства культур значений. Сложности возникают при применении минимальной обработки в качестве системы обработки почвы в севооборотах. Дело в том, что при систематическом многократном воздействии почвообрабатывающей техники и особенно ходовых систем тракторов на почву происходит накопление и сохранение остаточной деформации. Причем это явление носит кумулятивный характер и идет быстрее, чем процесс разрыхления почвы под воздействием природных факторов (Н.С. Матюк, 1999). С этим согласны и вышеуказанные авторы.

С 90-х годов в России наметилась тенденция к переходу на технологии мульчированного и прямого посева. Так, с 1998 года начала работать программа «Совершенствование производства зерна в Самарской области с применением ресурсосберегающих технологий». Экономический анализ показал, что внедрение этих технологий позволило хозяйствам снизить нагрузку на использование техники в расчете на 100 га до 1300 ч, что в 2,4 раза ниже, чем по традиционной технологии. Расход топлива составил 30 л/га или в 2 раза меньше, чем в среднем по области (Л.В. Орлова, 2004).

Развитие ресурсосберегающих технологий в мировом масштабе является устойчивой тенденцией.

Рост площадей под ресурсосберегающими технологиями носит ярко выраженный экспоненциальный характер. В настоящее время в мире около 300 млн. га обрабатывается по минимальным технологиям и около 100 млн. га – по нулевой. В Великобритании, Германии, Франции и других европейских странах минимальная обработка почвы и прямой посев применяется на 32 % площадей, в Северной Америке – на 60 %, в Австралии – на 90 %., а в России – менее чем на 2 %. Но применяемые у нас технологии крайне упрощены вследствие тяжелого финансового положения хозяйств, низкой технологической оснащенности.

Резервом роста урожайности является наиболее полная реализация потенциальной продуктивности возделываемых сортов, эффективное использование почвенно-климатических ресурсов. Последний из них, следует рассматривать как один из наиболее важных факторов сельскохозяйственного производства. Эти ресурсы ограничены, и они должны использоваться для выращивания специфических культур в конкретных условиях.

Недостаточная влагообеспеченность территории Оренбургской области определили следующий набор культур: пшеница (яровая и озимая), рожь озимая, ячмень, овес, горох, просо, сорго на зерно, подсолнечник.Но даже у этих достаточно засухоустойчивых культур фактическая урожайность остается на низком уровне. Среднемноголетняя урожайность яровой пшеницы в центральной зоне области составляет 11,4 ц/га с колебаниями от 5 до 20 ц/га.

Увеличение и стабилизация производства зерна является по-прежнему приоритетной задачей растениеводства, поэтому разработка стратегических задач развития отрасли в условиях глобального и регионального изменения климата, а также экономических условий имеет важнейшее значение.

Урожайность зерновых и зернобобовых культур в Оренбургской области остается на недостаточно высоком уровне при средней урожайности зерновых культур не превышающей 10 ц/га. В среднем за последние 10 лет в области она составила 9,8 ц/га (табл.1)

Таблица 1 -Динамика урожайности яровых зерновых и зернобобовых культур в Оренбургской области

Одной из основных проблем получения стабильных урожаев в Оренбургской области являются неблагоприятные погодные условия.Система No-Tillв перспективе должна сделатьрастениеводство управляемым, прогнозируемым и экономически эффективным. При нынешней организации сельского хозяйства урожай на 80% зависит от природы. При системе No-Till влияние погоды и климата на эффективность растениеводства сведено к 20%. Остальные 80% приходятся на технологии и управление в сельском хозяйстве, объединенные в одну систему.

Засуха в последние несколько лет в Оренбуржье в наибольшей степени отразилась на урожайности яровых зерновых культур и основная часть валового сбора зерна, особенно в условиях 2016 г., получена за счет озимых, их доля составила 1 млн. 64,1 тыс. тонн, или 32% от общего валового сбора.В 2020 году достигнут областной рекорд по сбору озимых культур − 2 млн.051,0 тыс. тонн при средней урожайности 27,9 центнера/га или 55 % от общего намолота зерновых.

Министерство сельского хозяйства Оренбургской области характеризует состояние отрасли растениеводства области в последнее время как стабильное. Одну из основных причин стабилизации производства оно видит в широком применении в области энерго и влагосберегающиих технологий, которые позволяют снижать себестоимость производства.

По этой причине,направление, взятое на внедрение нулевых обработок в специально созданных для этого севооборотах, призвано полнее использовать внутренние биологические ресурсы воспроизводства почвенного плодородия, рационально применять техногенные ресурсы, повышать эффективность зональных условий увлажнения и имеющегося производственного потенциала.

2 Условия проведения исследований

2.1 Местоположение и почвенная характеристика опытного участка

Основные стационарные опыты заложены на опытном поле ОГАУ, расположенном в 15 километрах восточнее города Оренбурга на правом берегу реки Урал на юго-восточной окраине Оренбургского Предуралья. Территория хозяйства расположена на обширной волнисто-увалистой равнине, приподнятой на 200-400 м над уровнем моря, с водораздельными увалами и грядами Общего Сырта, чередующимися с обширными выровненными пространствами террас крупных рек. По характеру геолого-геоморфологического строения, климатическим условиям, характеру почвообразующих пород и почвенному покрову территория землепользования ОГАУ является типичной для зоны южных степей Оренбургского Предуралья.

Опытный участок расположен в основании очень пологого склона Урало — Сакмарского водораздела. Уклон не превышает 0,5-1,1^°и направлен на юго-восток к террасе реки Урал.

Почвообразующей породой опытного участка является делювий пермских отложений. Гранулометрический состав делювиальных отложений изменяется от супесчаного до глинистого. Характерной особенностью их является высокаякарбонатность, новообразования карбонатов представлены мицелием и белоглазкой. Содержание карбонатов колеблется от 15,3 до 23,2%. Высокаякарбонатность пород обусловливает слабощелочную реакцию почвы (рН 7,2-7,8). Содержание аниона НСО₃^— составляет 0,280 – 0,340 мг/экв на 100 г почвы. Сумма водорастворимых солей не превышает 0,11 %, что свидетельствует об отсутствии засоления.

Содержание гумуса в слое почвы 0-25см опытного участка колеблется от 3,1 до 4,4%. Почвы обеспечены в средней степени фосфором (19-28 мг/кг почвы); в средней (217-290 мг/кг почвы) и повышенной степени (311-400мг/кг почвы) подвижного калия, но в очень низкой и низкой степени нитратным азотом (2,3-7,0 мг/кг почвы).

Из микроэлементов для почв опытного участка характерно очень низкое содержание меди (0,11-0,20 мг/кг почвы); марганца – (5-13 мг/кг почвы); а также низкое и среднее содержание цинка – (0,4-0,7 мг/кг почвы).

Почва опытного участка — чернозем южный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый.

2.2 Погодные условия за период исследований

В осенний период 2011 года выпало много осадков, особенно в сентябре – 67 мм, что вдвое больше нормы. Осадки в зимний период были небольшими, за ноябрь-апрель сумма составила всего 110 мм. В мае и июле выпало соответственно 20 и 42 мм, что послужило хорошим дополнением влаги.

Осенний период 2012 года был благоприятным по увлажнению, осадков выпало в сентябре 35 мм, октябре – 17 и ноябре – 46 мм. Октябрь и ноябрь были теплее обычного. В апреле также осадков было меньше нормы – 22 мм против 25 мм, а температура воздуха была выше нормы на 5,2^оС в мае — на 1,5^оС. Осадков в мае выпало 11 мм при норме 41 мм. Нарастание температуры продолжилось в июне и июле, число дней с относительной влажностью менее 30% составили за май – июль – 60 дней при дефиците осадков.

Конец июля и начало августа оказались дождливыми, и за два месяца в сумме выпало 181мм осадков.

Таким образом, 2012-2013 год характеризовался весенне-летней засухой, осадков выпало за год 462 мм против 367 мм по норме, но они выпали во второй половине лета, задержав уборку всех культур.

Осень 2013 года была дождливой, что способствовало хорошей влагозарядке, однако, отсутствие осадков в мае, в первой и третьей декадах июня, а также в июле 2014 года сказалось на величине урожая. По существу за весь период вегетации лишь во второй декаде июня выпало 34,0 мм. За весь летний период май-август сумма осадков составила 63 мм, но половина из них выпала в неусвояемой форме, не превышающей 5-6 мм и быстро испарившихся с поверхности почвы.

За осень 2014 года в почве на опытном участке накопилось небольшое количество продуктивной влаги, так как выпало всего лишь 46 мм осадков. В целом зима 2014-2015года была теплее обычного, в декабре на 3,4°С, в январе на 2,1°Си феврале на 3,6°С.За зимний период сумма осадков была приближена к среднемноголетним значениям. Это привело к тому, что в марте запасы влаги в почве были очень низкими. Но благодаря обильным осадкам – 97мм, выпавшим за период апрель-май 2015 года, сложились благоприятные условия для прорастания и развития сельскохозяйственных культур. Особенностью погодных условий марта было практически отсутствие осадков и повышенный температурный режим воздуха на 2,8°С выше нормы. В апреле превышение его нормы составило на 1,0°С, с максимальной температурой воздуха 25°С, на почве 16°С и обильным выпадением осадков, 47мм против 25мм. Число суховейных дней составило 6, в основном в третьей декаде. Май характеризовался большим количеством выпавших осадков. В третьей декаде мая температура воздуха превышала норму на 5,4°С, с максимальной температурой на поверхности почвы 58°С и числом суховейных дней 7.

Условия увлажнения летнего периода 2015 года можно оценить как экстремальные. За июнь-август осадков выпало 77мм, что соответствует 67% от нормы. При этом показатели температуры воздуха в летний период превышали среднемноголетние значения в 0,5°С.

В целом за 2014-2015 сельскохозяйственные годы недобор осадков составил 75 мм (норма 367 мм) с превышением температуры воздуха 1,1°С.

Погодные условия 2015-2016 года были приближены к среднемноголетним показателям. За год выпало 359 мм осадков при среднемноголетнем значении 367.

Сложившиеся погодные условия весенне-летнего 2016 года можно считать аномальными, а сам сельскохозяйственный год – резко-засушливым. За июнь месяц выпало всего лишь 13 мм осадков при среднемноголетнем значении 39мм. В июле месяце также количество осадков было ниже нормы в два раза, а в августе, в период формирования зерна осадки практически отсутствовали – выпало всего лишь 2 мм.

Осень 2016 года была дождливой, что способствовало хорошей влагозарядке, однако, недостаток осадков в апреле и в 1-2 декадах мая, а также в августе 2017 года повлияло на развитие растений. По существу, за весь период вегетации лишь во второй декаде июля выпало 30,0 мм. В целом за 2016-2017 сельскохозяйственные годы количество осадков составило 375мм (норма 367 мм), что на 8 мм превысило среднемноголетние значения. Температуры воздуха в среднем за год также превысила среднемноголетние значения на 0,5°С.

За осень 2017 года и зиму, осадков выпало всего лишь 62% от среднемноголетних значений. За период май-август в 2018 году выпало 79мм осадков, что соответствует менее 50% нормы, а за год количество осадков составило 244 мм (норма 367 мм), что на 123 мм ниже среднемноголетних значений. Поэтому 2017-2018 сельскохозяйственный год можно охарактеризовать, как резко-засушливый. Температуры воздуха в среднем за год также превысила среднемноголетние значения на 1,5°С.

Погодные условия 2018-2019 года сложились следующим образом. Осенью 2018 года количество выпавших осадков было крайне мало. Зимой количество осадков соответствовало среднемноголетним значениям. За май 2019 года выпало 33 мм осадков, что соответствует 78% от нормы. Июнь был крайне засушливым, но в июле выпало 2,5 месячной нормы осадков. В августе количество осадков соответствовало норме, и запасы влаги в почве были достаточными для развития растений.

Температурные условия в период май-август были немного выше среднемноголетних значений на 0,7^оС. При этом в мае температура превышала норму на 2,5^оС.

В целом сложившиеся погодные условия за период май-август 2019 года можно оценить как благоприятные для роста и развития растений.

Осенние условия 2018 года и зимние 2019 года складывались следующим образом, осадков выпало 136 мм, что соответствовало 76% от среднемноголетних значений. За вегетационный период 2019 года сумма выпавших осадков составила 178 мм или 134 % от нормы.

Годовое количество осадков составило 365 мм, что на 7 мм превысило среднемноголетние значения (358мм). Температурный режим воздуха также превысил среднемноголетние значения на 1,1°С.

Условия увлажнения в период вегетации растений в 2019 году были благоприятными, так за период май-август выпало 178 мм осадков, при норме 133мм. Создавшиеся погодные условия дали возможность культуре сформировать хорошую вегетативную массу и урожай зерна.

Количество осадков за период сентябрь-апрель 2019-2020 года составило 206 мм, что на 19 мм меньше среднемноголетних показателей.

В мае 2020 года фактическая температура месяца по данным наблюдений была выше нормы на 1,8°, осадков выпало 30 мм (100% от нормы).

В июне норма среднемесячной температуры 20,6°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений составила 20,1°, отклонение от нормы -0,5°. Осадков выпало: 21 мм. Эта сумма составляет 59% от нормы.

В июле температура по данным наблюдений оказалась выше нормы на +3,5°, а осадков выпало 8 мм. Эта сумма составляет 19% от нормы.

Температура Августа 2020 также оказалась выше среднемноголетних значений на 0,4°, и осадков выпало крайне мало 12 мм (42% от нормы).

В целом условия развития растений в период май-август 2020 года можно оценить как экстремальные, так как выпало всего лишь 71 мм осадков, что практически в два раза ниже среднемноголетних показателей. И это не могло не сказаться на урожайности сельскохозяйственных культур.

Таблица 2 – Количество выпавших осадков вгоды исследований, мм

Таблица 3 – Среднемесячная температура вгоды исследований, ^оС

Таблица 4 — Метеорологические условия вегетационных периодов

2.3 Методика проведения исследований

Исследования проведены в учебно-опытном поле Оренбургского государственного аграрного университета, расположенного в зоне с полуаридным климатом умеренных широт Оренбургского Предуралья Оренбургского района с координатами 51°78’72″N-55°28’80″E на двух стационарах.

Исследования по изучению влияния различных культур в севообороте на агрофизические и агрохимические показатели плодородия почвы проводятся на стационарном опытном участке научно-образовательного центра ресурсосберегающего и точного земледелия с 2011года.Эксперимент организован в четырех повторностях с тремя способами обработки почвы, в качестве основного фактора:

Фактор А – способ основной обработки.

1.Прямой посев (нулевая обработка).

2.Mini-till (мелкое рыхление почвы ОПО-4,25).

3. Глубокое рыхление (Case IH ecolo-tiger).

Площадь делянки по обработке в повторности составлял 2160 кв. м (30 м*72 м), общая площадь первой повторности – 6480 кв. м.; опыта – 25920 кв. м. Делянки первого порядка (блоки по способу обработки почвы) использовались для делянок второго порядка (блоки по культурам севооборота) и накладывались перпендикулярно направлению делянок первого порядка. Севооборот был плодосменным и включал 6 культур, которые чередовались в следующем порядке:

Фактор В – культуры (севооборот)

1. Нут

2. Яровая пшеница

3. Сорго

4. Яровая пшеница

5. Подсолнечник

6. Ячмень

В этом году изучались культуры третьего года второй ротации севооборота.Размер делянок под культурами составлял 360 кв. м. (12 м*30 м). Согласно схеме опыта на No-till проводился только посев и уничтожение сорняков гербицидами: за 7 дней до посева или через 2-3 дня после посева препаратами, содержащими глифосат, на зерновых культурах, при необходимости, в фазу их кущения дополнительно применялся гербицид избирательного действия. Подсолнечник выращивался по технологии Clearfield. На Mini-tillосновная обработка осенью проводилась на глубину 10-12 см орудием ОПО-4.25. Для уничтожения сорняков второй волны посевы опрыскивались гербицидом избирательного действия.Глубокое рыхление до 2014 года проводилось на 30 см ОПО-4.25, с 2015 года на — 35 см – Case IH ecolo-tiger. Весной на обеих вариантах для закрытия влаги применялась борона BrandtCommander 7000, для предпосевной культивации ОПО-4.25. Эти приемы позволяли содержать поле чистым от сорняков, за исключением влажных лет, когда в фазу кущения зерновых приходилось использовать гербициды. Посев на всех вариантах проводили сеялкой Primera DMC 6001, с сошниками анкерного типа, опрыскивание AMAZONE UG-3000.

В ходе проведения опытов осуществлялись следующие учеты и наблюдения:

— фенологические наблюдения проводились по фазам развития растений на делянках в соответствии с методикой ГСУ;

— метеорологические наблюдения по данным Оренбургской метеостанции;

— плотность почвы определяли наиболее распространенным методом измерения плотности почвы – отбором известного объема с помощью металлического кольца, вдавливаемого в почву, и определения веса после высушивания (Вадюнина и Корчагина, 1986; McKenzieetal, 2004). Отбор проб проводился вне следа колёс посевной и уборочной техники.

— влажность почвы определялась термостатно-весовым методом. Пробы почвы отбирались почвенным буром послойно через каждые 10 см на глубину до 1 м в двукратном повторении на всех повторностях опыта перед посевом и в динамике по вегетации изучаемых в опыте культур;

— запасы продуктивной влаги – расчетным методом;

— определение засоренности проводили количественно-весовым методом. Численность сорняков определяли путем подсчета их стеблей (у многолетних) и растений (у малолетних) в фазу кущения и перед уборкой на тех же площадках, где проводился учет густоты стояния растений. Масса сорняков учитывалась в сыром виде, затем, после высушивания измельченных выделенных образцов, проводился пересчет на воздушно-сухую массу (Захаренко А.В., 2000) всхожих семян;

— урожайность зерна ячменя, нута, яровой и озимой пшеницы, сорго, рапса, сои и сафлораучитывали путем прямого комбайнирования с последующим взвешиванием зерна с каждой делянки на весах, при этом параллельно вели отбор образцов для определения влажности и засоренности зерна. Урожайные данные, после приведения к 100% чистоте и стандартной влажности подвергали математической обработке методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985) с помощью ЭВМ. Уборку урожая проводили комбайном Terrion — 2010.

Рисунок 1.Уборка яровой пшеницы комбайном Terrion – 2010

Для определения урожайности семян подсолнечника с каждого варианта опыта в четырех местах делянки на площади 10м²,срезали корзинки, а затем, вручную, вышелушивали семена. Учет зеленой массы сахарного сорго проводили также с площадок площадью 10м².

Химические анализы почвенных проб проводились в агрохимцентре «Оренбургский».

После уборки культур кроме подсолнечника на варианте No-tillобработку стерни проводили гербицидом «Ураган Форте» в норме 3л/га(рисунок..)

Строение почвенного профиля изучали по почвенным шурфам, раскопку которых проводили на участках с разными способами основной обработки почвы (рисунок 2).

Рисунок 2. Обработкастерни гербицидом «Ураган Форте»

Рисунок 3.Закладка шурфа.

В опыте высевали районированные сорта и гибриды: озимая пшеница Оренбургская 105, яровая пшеница Юго-Восточная 2, ячмень Натали, нут Краснокутский 36, сахарное сорго Сажень, подсолнечник – гибрид Санай.

Во втором длительном стационаре опыты по минимизации обработки почвы ведутся в шестой ротации севооборота: пар чёрный – нут – яровая пшеница мягкая – просо – овёс. Солома у всех культур, начиная с 1988 года, измельчается при уборке комбайном и заделывается в почву или остается на поверхности в зависимости от способа обработки.

Исследования по повышению продуктивности сельскохозяйственных культур путём совершенствования способов основной обработки почвы проводились в шестой ротации севооборота в период с 2017 по 2020 год.В опыте ведётся изучение 16 различных по интенсивности, в том числе минимальных систем основной обработки почвы (таблица 5).

Из представленных систем важно более углубленное изучение только четырех из представленных вариантов, представляющих большой научный интерес: ежегодную вспашку (1 вариант), ежегодное плоскорезное рыхление (6 вариант), ежегодное мелкое рыхление культиватором на 12-14 см (11 вариант) и мелкое рыхление дисковой бороной на 10-12 см либо без обработки почвы (16 вариант).

Цель и задачи исследования.

Цель работы — разработать и рекомендовать производству наиболее рациональные, почвозащитные, энергосберегающие системы обработки почвы под нут, яровую пшеницу, просо и овес, обеспечивающие получение высокой урожайности зерна и снижение производственных затрат.

Задачи исследований:

— изучить влияние различных способов и глубины обработки почвы на эффективность использования влаги в посевах нута, яровой пшеницы, проса и овса;

Таблица 5- Схема опыта по минимализации обработки почвы и разработке ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур в 6-ой ротации севооборота 2017-2022гг.

— определить реакцию нута, яровой пшеницы, проса и овса на минимизацию обработки и изменяющиеся агрофизические свойства почвы;

— установить влияние приемов обработки почвы и посева на засоренность посевов нута, яровой пшеницы, проса и овса;

— выявить наиболее оптимальные технологические приемы по величине урожая и экономической эффективности возделывания нута, яровой пшеницы, проса и овса.

Предмет и объект исследования. Объект исследования – нут, яровая пшеница, просо и овес.

Предмет исследования – способ основной обработки почвы, проводимый под изучаемые культуры.

Повторность опыта – четырехкратная на территории. Размещение – последовательное. Размер делянок составлял 900 м² (30×30м²).

В ходе проведения опытов осуществлялись следующие учеты и наблюдения:

— метеорологические наблюдения по данным Оренбургской метеостанции;

— плотность почвы методом цилиндров по С.И. Долгову на всех вариантах по слоям 0-10, 10-20 и 20-30 см в трехкратном повторении на 1 и 3 повторностяхв начале и конце вегетации;

— влажность почвы – термостатно-весовым методом. Почвенные пробы отбирались почвенным буром на глубину до 1 м послойно через каждые 10 см на всех вариантах, в трехкратном повторении на 1 и 3 повторностях, в начале и в конце вегетации сафлора. Запасы продуктивной влаги в почве определялись расчетным путем, по уже известным показателям средней плотности, полевой и максимальной гигроскопической влажности почвы;

— засоренность посевов определялась количественным методом по методике ТСХА. На вариантах со способами обработки почвы учет проводился в фазу ветвления и перед уборкой путем подсчета сорняков на пробных накладках размером 0,5 x 0,5 (0,25 м²) в четырех случайно выбранных местах каждой делянки;

— учет урожая осуществляли прямым комбайнированием;

— расчет экономической эффективности результатов исследований выполнен на основе технологических карт по нормативам и расценкам в сопоставимых ценах.

Нут

Нут – ценная бобовая культура по площади посева занимает третье место в мире среди зернобобовых культур, уступая лишь сои и фасоли. Благодаря своей устойчивости к засухе, высокому спросу на зерно и рыночной его стоимости, площади под посевами нута в Оренбургской области постоянно расширяются. Нут лучше размещать в паровом звене севооборота, так как эта культура предъявляет повышенные требования к чистоте полей и обладает низкой конкурентной способностью по отношению к сорнякам. При этом нут оставляет в почве после себя до 50-100 кг/га азота, поэтому является хорошим предшественником для последующих культур севооборота, улучшая пищевой режим почвы.

Оренбургские товаропроизводители используют разнообразные технологии возделывания нута, отличающиеся между собой, как по способам обработки почвы, так и способам посева. И на сегодняшний день нет единой рекомендованной технологии возделывания нута, разработанной для степной зоны Южного Урала, которая могла бы применяться во всех хозяйствах, обеспечивая стабильную урожайность и высокие экономические показатели.

По нашему мнению, первоочередной задачей повышения эффективности возделывания нута является снижение затрат на основную обработку почвы за счет применения ресурсосберегающих технологий, основанных на минимизации обработки почвы. При этом немаловажное значение имеет и технология возделывания нута, включающая предпосевную обработку почвы, посев и уход за посевами, и напрямую, влияющая на урожайность, качество зерна и рентабельность производства.

Экспериментальные исследования проводились в 2017-2019 годах.Целью исследований являлось установить наиболее эффективные технологии возделываниянута.

Опыт трёхфакторный:

— фактор А – способы основной обработки под сафлор (предшествующая культура) — вспашка на глубину 25-27см, плоскорезное рыхление на 25-27см, мелкое рыхление культиватором на 12-14 см и мелкое рыхление дисковой бороной на 10-12 см;

— фактор В – способы основной обработки под нут (в пару): вспашка на 28-30см, плоскорезное рыхление на 28-30см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

— фактор С – способ предпосевной подготовки почвы, способ посева и ухода за посевами нута: 1. Боронование БЗСС-1, посев сеялкой АУП-18.05; 2. Боронование БЗСС-1, предпосевная культивация, посев сеялкой DMC-Primera с междурядьем 37,5 см, две междурядные культивации аэратором (культиватор междурядный).

Яровая пшеница

В Оренбургской области лидирующее место, по занимаемой площади среди всех зерновых культур, принадлежит яровой пшенице. В связи с этим, перед учёными и производителями с.-х. продукции всегда открыт вопрос совершенствования технологии возделывания пшеницы, с целью повышения не только количества, но и качества получаемого урожая.

Ключевое место в технологии возделывания любой культуры принадлежит обработке почвы. Учёные постоянно совершенствуют существующие способы обработки, за счёт изменения глубины, частоты воздействия на почву и изучают новые приёмы для того чтобы, при наименьших затратах на производство получать стабильный урожай и высокую прибыль.

Исследования по повышению продуктивности яровой пшеницы путём совершенствования способов основной обработки почвы проводились в 2018-2020 гг.

Опыт двухфакторный:

— фактор А – способы основной обработки под нут (предшествующая культура) — вспашка на глубину 28-30см, плоскорезное рыхление на 28-30см, мелкое рыхление культиватором на 12-14 см и мелкое рыхление дисковой бороной на 10-12 см;

— фактор В – способы основной обработки под яровую пшеницу: вспашка на 23-25см, плоскорезное рыхление на 23-25см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

Посева осуществляли сеялкой АУП-18.05.

Просо

Одним из представителей семейства Мятликовых является просо. Это универсальная крупяная культура. Во-первых, крупа из проса (пшено) имеет высокую пищевую ценность, так как содержит много белка (до 12%) и жира (до 3,5%), богата незаменимыми аминокислотами, медленными углеводами и целым набором витаминов и микроэлементов.Во-вторых, зерно проса можно использовать как высококонцентрированный корм для скота и птицы, а солому и мякину — как грубый корм для крупного рогатого скота. Это говорит о хозяйственной ценности культуры.

Кроме того, просо — страховая культура. Поздний срок посева и короткий период вегетации даёт возможность использовать просо для пересева погибших озимых и ранних яровых культур и в качестве пожнивной и поукосной культуры.

Перечисленные преимущества проса говорят о необходимости применения таких технологий возделывания и способов обработки почвы, при которых увеличивается урожай и повышается качество культуры, а затраты на производство снижаются.

Исследования по повышению продуктивности проса путём совершенствования способов основной обработки почвы проводились в 2019-2020 гг.

Опыт двухфакторный:

— фактор А – способы основной обработки под яровую пшеницу: вспашка на 23-25см, плоскорезное рыхление на 23-25см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

— фактор В – способы основной обработки под просо: вспашка на 20-22см, плоскорезное рыхление на 20-22см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

Посева осуществляли сеялкой DMC-Primera.

Овес

Россия занимает первое место в мире по посевным площадям и производству зерна овса.

Основное направление использования овса кормовое, поэтому очень важно снижать себестоимость для повышения рентабельности животноводческой продукции, а для этого, прежде всего, необходимо уменьшить затраты на обработку почвы, как наиболее трудоемкую технологическую операцию.

В последние годы широкое распространение получили технологии сберегающего земледелия, основанные на минимализации обработки почвы и прямом посеве зерновых по стерне с использованием побочной продукции растениеводства, в частности соломы, в качестве удобрения при заделке в почву или оставлении в виде мульчи на поверхности.

Опыты по изучению эффективности систем основной обработки почвы под овес проводились в 2020 году.

Опыт двухфакторный:

— фактор А – способы основной обработки под яровую пшеницу: вспашка на 23-25см, плоскорезное рыхление на 23-25см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

— фактор В – способы основной обработки под овес: вспашка на глубину 28-27см, плоскорезное рыхление на 25-27см, мелкое рыхление культиватором на 12-14 см и мелкое рыхление дисковой бороной на 10-12 см.

Посев осуществляли сеялкой АУП-18.05.

Проверка эффективности нулевых технологий и специально разработанных для них севооборотов (рис.4) проведена в условиях производства в трех различных почвенно-климатических зонах Оренбургской области: Западной (ООО «Колос» Красногвардейского района); Центральной (КХ «Е.С. Квитко» Переволоцкого района) и Восточной (СПК «Аниховский» и ФГУП «Советская Россия» Адамовского района).

Рисунок 4.Проведение научных исследований в различных хозяйствах и почвенно-климатических зонах Оренбургской области.

3. Плодородие почвы и севообороты в ресурсосберегающих технологиях выращивания полевых культур

3.1 Строение почвенного профиля чернозема

Для воспроизводства и окультуривания почвы необходима её обработка, за счет углубления и увеличения мощности пахотного слоя, разрыхления плужной подошвы в подпахотном слое, заделки органических и минеральных удобрений.

Обработка почвы позволяет улучшать аэрацию почвы, повышать влагообеспеченность растений. Хорошо обработанная почва позволяет растениям создавать развитую мощную корневую систему. Выравнивание поверхности в процессе предпосевной обработки — позволяет создать благоприятные условия для прорастания семян и появления дружных всходов.

Но обработка может иметь и негативные последствия: нарушение динамического равновесия в системе почва — растение — окружающая среда. Интенсивная обработка почвы, активизирует жизнедеятельность почвенной микрофлоры, ускоряя минерализацию гумуса и увеличивая его потери. Разложение дернины и распыление верхнего слоя в районах с высокой долей риска ветровой эрозии создает предпосылки разрушения почвы и возникновения эрозионной опасности.

Многократные проходы сельскохозяйственной техники приводят к сильному переуплотнению верхнего слоя, ухудшая свойства, способствуя увеличению стока воды и снос почвы.

Основным плюсом применения метода «No-Till» является то, что пахотный слой (поскольку рыхление почвы не производится) лучше сохраняет влагу, поэтому технология «No-Till» чаще всего применяется в засушливых регионах и на полях со сложным рельефом, где традиционный способ вспашки в принципе невозможен.

За годы исследований, мы можем увидеть некоторые отличия морфологических признаков и на наших почвах.

Почва опытного участка — чернозем южный тяжелосуглинистый.

А_пах 0 – 26 см. Влажный, темно-коричневый, (рисунок 5) тяжелый суглинок, крупно комковатой-комковатой структуры, рыхлый, содержит корни растений. Слабое вскипание от НСl. Переход плавный по окраске.

В 26 – 41 см. Влажный, светло-коричневый тяжелый суглинок, комко-вато — крупно комковатой структуры, уплотнен, содержит мелкие корни. Сильное вскипание от НСl. Переход постепенный по окраске. Почва имеет более крупную структуру почвенных агрегатов в обоих горизонтах.

А _пах – 0 — 26см;

В — 26-42 см;

ВС — с 43 до примерно 120см

Рисунок 5. Строение почвенного профиля чернозема южного (обработка — глубокое рыхление) май, 2020г.

Как видим, с глубиной меняется окраска от темно-коричневой в пахотном слое, до светло-коричневой в подпахотном слое. Это показывает, что в верхнем более рыхлом горизонте процессы разложения и переработки органики идут быстрее, чем в более плотном ниже лежащем горизонте. И эта почва имеет более крупную структуру почвенных агрегатов в обоих горизонтах. Тогда как в почве, на которой применяется технология «No-Till» эти параметры немного отличаются (рис 6).

А 0 – 20 см. Свежий, темно-коричневый, тяжелый суглинок, комкова-то-мелкокомковатой структуры, рыхлый, содержит корни растений. Переход плавный по окраске.

Рисунок 6.Строение почвенного профиля чернозема южного, обработка «No-Till») май, 2020г.

В 20 – 47 см. Влажный, темно-коричневый тяжелый суглинок той же структуры, уплотнен, содержит мелкие корни. Переход постепенный по окраске.

Окраска почвенных горизонтов остается однородной от поверхности до нижней границы горизонта В, и структурные отдельности имеют более мелкие размеры также на протяжении всей мощности. Это говорит о том, что агрофизические показатели в этих слоях очень близки к равновесным величинам, обеспечивая благоприятные условия для развития корневой системы растений. И благодаря мощной корневой системе растений происходит измельчение структурных отдельностей в сторону оптимальных показателей. Тем самым создаются более благоприятные почвенные условия.

Также можно отметить еще одно небольшое отличие в строении почвенных горизонтов, а именно в мощности горизонта В. На участке с применением технологии «No-Till» горизонт В мощнее, чем на участке с глубоким рыхлением (27 см — «No-Till», против 15 см на глубоком рыхлении).

3.2 Агрофизические и агрохимические показатели плодородия южных черноземов Оренбуржья

3.2.1 Агрофизические показатели плодородия черноземов в различных системах обработки почвы

Плотность сложения почвы оказывает решающее влияние на водный и воздушный режимы. Она зависит, прежде всего, от гранулометрического и структурного состояния почвы, а обрабатываемого слоя – от технологии возделывания культур (Г.И. Баздырев и др., 2000).

Необходимо иметь в виду, что сельскохозяйственным культурам в связи с их индивидуальными особенностями для нормального роста и развития необходима определенная плотность, называемая оптимальной. Под ней понимается плотность, при которой урожайность при прочих равных условиях наиболее высока. Для зерновых она колеблется в пределах 1,10-1,25 г/см³, в то время как для пропашных обычно не превышает 1,05-1,20 г/см³ (В.П. Заикин, 1996). Такой широкий диапазон колебаний определяется не только потребностями культур, но и почвенно-климатическими и даже погодными условиями.

Поэтому на одном и том же поле севооборота в разные годы надо добиваться разной, но оптимальной для данной культуры плотности почвы. При этом возникает сложность, которая обуславливается уровнем равновесной плотности, она может быть оптимальной для зерновых и плотной для пропашных культур, а также действием и последствием обработок под предшествующую культуру.

Результаты наблюдений за плотностью почвы под посевами нута представлены в таблице 6.

После посева нутав слое 0-10 см почва была рыхлой на всех вариантах опыта и в среднем за три года плотность составила 1,04-1,08 г/см³. В слое 10-20 см на вспашке почвабыла рыхлой — 1,11 г/см³. На остальных вариантах плотность повышалась до 1,23-1,28 г/см³ с максимальными значениями при дисковании почвы, но не выходила за пределы оптимальной для роста и развития нута.

Таблица 6 — Плотность почвы под посевами нута в среднем за 2017-2019 гг.

Ко времени уборки нута почва уплотнялась во всех горизонтах, и в слое 10-20 см она была наиболее плотной, достигая 1,22 г/см³, что в пределах оптимума.

В среднем же по 0-30см слою почва была рыхлой на всех вариантах опыта как в начале вегетации – 1,10-1,20 г/см³, так и к уборке нута – 1,12-1,18 г/см³, с минимальными значениями на вспашке и максимальными на мелких обработках.

Результаты наблюдений за плотностью почвы под посевами яровой пшеницы представлены в таблице 7.

Таблица 7-Динамика плотности почвы под посевами яровой пшеницы в среднем за 2018-2020 гг.

В среднем за три года исследований после посева яровой пшеницыв слое 0-10 см почва была рыхлой, на всех вариантах опыта и плотность составила 1,05-1,09 г/см³. В слое 10-20см на вспашке почвабыла рыхлой — 1,15 г/см³, на остальных вариантах плотность повышалась до 1,26-1,30 г/см³ с максимальными значениями при дисковании почвы.

Ко времени уборки плотность почвы не сильно изменилась по вариантам опыта, оставаясь оптимальной для развития яровой пшеницы.

Обращает на себя внимание тот факт, что на варианте с плоскорезным рыхлением почвы в слое 20-30см плотность была наименьшей и составила весной 1,11г/см³ и к уборке – 1,15г/см³.

В среднем по пахотному слою, почва была рыхлой на всех вариантах опыта как в начале вегетации – 1,13-1,21 г/см³, так и к уборке пшеницы – 1,14-1,20 г/см³, с минимальными значениями на вспашке и максимальным на дисковании почвы.

Результаты наблюдений за плотностью почвы под посевами проса представлены в таблице 7.

После посева проса плотность пахотного слоя почвы составила 1,10-1,25 г/см³, с наименьшими показателями на интенсивных обработках. В слое 10-20см на мелких обработках почвы плотность вышла за рамки оптимальных значений для проса и составила 1,32-1,36 г/см³.

Таблица 7-Плотность сложения 0-30 см слоя почвы в посевах проса, среднее за 2019-2020 гг.

Ко времени уборки произошло значительное уплотнение почвы в слое 20-30см на всех вариантах опыта до 1,21-1,32г/см³, что привело к увеличению средних значений по пахотному слою до 1,17-1,28 г/см³, с минимальными значениями на вспашке и максимальными на мелких обработках.

Результаты наблюдений за плотностью почвы под посевами овса представлены в таблице 8.

После посеваовсав слое 0-30 см почва на вариантах со вспашкой и прямым посевом была довольно плотной и составила 1,27-1,30 г/см³. На вариантах с плоскорезным и мелким рыхлением плотность оказалась оптимальной -1,24г/см³, благодаря более рыхлому поверхностному (0-10 см) слою почвы.

Таблица 8 — Плотность сложения 0-30 см слоя почвы в посевах овса, 2020 г.

Ко времени уборки овса произошло изменение показателей плотности верхнего и нижнего слоя почвы. Так в 0-10см слое почвы плотность увеличилась на всех вариантах опыта до 1,20-1,29 г/см³. В слое 20-30см наоборот наблюдалось разуплотнение, и показатели снизились до 1,08-1,18 г/см³, с наибольшими значениями на вспашке.

3.2.2 Влияние прямого посева и культур на плотность почвы

Традиционные способы обработки почвы в долгосрочной перспективе отрицательно влияют на продуктивность пашни, из-за эрозии и потери органического вещества. В связи с этим отказ от вспашки и переход на консервирующие обработки почвы многими учёными рассматривается как неизбежность (Sturnyetal., 2007; PhillipsandYoung, 1973; ReicoskyandCrovetto, 2014; Байбеков, 2018). Консервирующие обработки, среди которых наибольшее распространение получили мелкое рыхление (Mini-till), глубокое рыхление, полосная обработка (Strip-till), и особенно нулевая обработка (No-till), останавливают падение содержания органического вещества, улучшают физико-химические и микробиологические свойства почвы (Реджи и др.2012). По мнению R. Derpsch(2016) «нулевая обработка почвы не является модой или преходящей тенденцией, это производственная система, которая получает все большее распространение из-за своих очевидных преимуществ, а также из-за экологических и экономических проблем». No-till определяется как система обработки почвы, при которой не менее 30 % растительных остатков остается на поле и является важной природоохранной практикой для уменьшения эрозии почвы (Uri, 1999). Преимуществами no-till перед вспашкой являются снижение затрат на производство продукции (Waydelin, 1995), уменьшение колебаний температуры почвы, накопление органического вещества почвы, сохранение влаги почвы (WestandPost, 2002). No-till в наибольшей степени приближает условия существования почвы и растений в естественных ценозах.

Однако имеются и негативные оценкиno-till, связанные, прежде всего, с уплотнением почвы при отсутствии рыхления (Blanco-CanquiandRuis, 2018). Особенно сильно культуры снижают свою продуктивность при достижении почвой критического значения плотности. Критические значения – это такие их величины, которые в результате деградационных процессов достигают условно необратимого уровня изменения, снижающего общий уровень плодородия почв (Медведев, 1990).Критическое значение плотности, ограничивающее рост корней, варьирует в зависимости от типа почвы. Песчаные почвы обычно имеют более высокую плотность (1,3-1,7г/см³), чем илистые и глинистые (1,1-1,6 г/см³). Почвы, богатые органическим веществом (например, торфяные почвы), могут иметь плотность менее 0,5 г/см³ (HuntandGilkes, 1992), но в целом объемная масса выше 1,6 г / см³ имеет тенденцию замедлять рост корней (McKenzieetal, 2004). Критические значения плотности черноземов составляют величины более 1,35 г/см³в тяжелосуглинистых и более 1,30 г/см³в легкоглинистых разновидностях (Кузнецова, 1990).

Уплотнение почвы считается важной проблемой, поэтому объёмная масса входит в число самых значимых показателей, используемых для оценки воздействия обработки на почву и урожайность (Bellotti, 2014).

Основная гипотеза заключалась в том, что нулевая обработка почвы вызывает уплотнение почвы и снижение урожайности в сравнении с традиционными способами обработки только в первые годы использования, в дальнейшем плотность почвы уменьшается и стабилизируется на величинах близких к равновесной, а ее продуктивность повышается.

Материалы и методы

Плотность почвы определяли наиболее распространенным методом измерения плотности почвы – отбором известного объема с помощью металлического кольца, вдавливаемого в почву, и определения веса после высушивания (Вадюнина и Корчагина, 1986). Отбор проб проводился вне следа колёс посевной и уборочной техники.

Результаты и обсуждение

Исследования показали, что глубокое рыхление позволяет поддерживать плотность почвы в пахотном горизонте 0-30 см в рыхлом состоянии. На этом варианте плотность почвы не превышала значения 1,22г/см³, при минимальном – 1,15 г/см³ (табл. 9 и рис. 7). На мелком рыхлении плотность почвы по годам изменяется в диапазоне от 1,26 г/см³до 1,29 г/см³. На нулевой обработке (no-till) до 2017 года плотность почвы превышала её значения на глубоком и мелком рыхлении, а далее стала ниже, чем на мелком рыхлении, но осталась выше, чем на глубоком рыхлении. Плотность почвы в пахотном 0-30 см слое, как мы и предполагали, постепенно повышалась до 1,36 г/см³ в 2015 году, а затем к 2020 году снизилась до 1,23 г/см³. Поскольку отбор проб проводился вне следа колёс посевной и уборочной техники можно предположить, что уплотнение почвы шло в основном под влиянием естественных факторов, хотя у нас нет исследований, раскрывающих причины уплотнения почвы при переходе от традиционного способа обработки на no-till. Необходимы специальные исследования или обзор имеющихся.

Таблица 9 -Динамика изменения плотности почвы (г/см³) в зависимости от способа основной обработки, (за 9 лет)

Мы же пока можем только указать на факт уплотнения почвы под воздействием природных факторов после отказа от глубоких рыхлений почвы. Возможно, это предположение подтверждается нашими предыдущими исследованиями, где было установлено, что плотность подпочвенного слоя 35-40 см через год после первой обработки значительно превышает её значение до обработки (Бакиров, 2009). Колебания плотности по годам, которые хорошо просматриваются на рисунке по всем вариантам, вызваны влиянием складывающихся погодных условий.

Рисунок 7. Динамика плотности почвы в слое 0-30 см при различных способах обработки: DI — глубокое рыхление; MT — мелкая обработка (Mini-till); NT — нулевая обработка (No-till).

Если исходить из положения, выдвинутого И. В. Кузнецовой (1990) о том, что значение в 1,35 г/см³ является критическим порогом для чернозёма тяжелосуглинистого, то можно утверждать, что средняя плотность почвы в пахотном горизонте только один раз и только на no-till в 2015 году превысила оптимальный порог. Между тем, анализ плотности почвы в слое 10-15 см, который на всех вариантах подвергается уплотняющему воздействию посевного агрегата, а на вариантах с традиционной обработкой, ещё и культиватора, при предпосевной обработке, то можно увидеть, что она на мелком рыхлении практически всегда выше критического значения (рис. 8).

Рисунок 8. Динамика плотности почвы в слое 10-15 см при различных способах обработки

О переуплотнении этого слоя можно судить и по состоянию корневой системы культур. На излишне уплотнённых почвах меняется форма и направление развития корней растения, что хорошо заметно на подсолнечнике (рис. 9).

На глубоком рыхлении стержень корня подсолнечника, в соответствии с его природой, растёт вглубь строго вертикально (3 А). На нулевой обработке наблюдается отклонение от вертикальной оси и значительная деформация основного корня, ее утолщение у основания, а затем резкое утончение (3 B). На мелком рыхлении, где показано наибольшее уплотнение почвы в слое 10-15 см, отмечено слабое развитие центрального корня и его горизонтальное размещение над уплотнённым слоем.Обработка почвы глубокорыхлителем осенью 2015 года, когда наблюдалась наибольшая плотность за все годы исследований, показала, что на физическое состояние почвы оказывает влияние и корневая система культуры (рис. 9).

C

B

А

А

Рисунок 9 — Влияние плотности почвы на размещение корней в почве (А – глубокое рыхление; В – нулевая обработка (no-till); С – мелкое рыхление (mini-till), 2015 г.

.

Рисунок 10. Состояние поверхности почвы после обработки глубокорых-лителемCase IH ecolo-tiger: слева после сорго; справа после яровой пшеницы (осень, 2015 год)

В левой части рисунка 10 показана делянка, обработанная глубокорыхлителем Case IH ecolo-tiger после сорго, в правой – после яровой пшеницы. В первом случае почва хорошо рыхлиться и практически не образуются глыбы, тогда как во втором – почва рыхлится очень плохо, а на поверхности почвы присутствуют огромные глыбы, с глянцем на срезах, что свидетельствует о высокой плотности почвы. Мощная мочковатая корневая система сорго оказывает сдерживающее уплотнению действие. Это подтверждается данными плотности почвы на этих участках (табл. 10).

Следовательно, степень и качество рыхления может служить косвенным показателем степени уплотнения почвы.

Установлено, что к осени плотность почвы повышается на всех вариантах и во всех слоях пахотного горизонта. Просматривается закономерность: чем рыхлее была почва, тем сильнее она уплотняется. Поэтому вполне объяснимо, что наибольшие изменения происходятна

Таблица 10 — Плотность почвы (г/см³) после различных культур на варианте с глубоким рыхлением, 2015 г.

варианте с глубоким рыхлением. К осени плотность почвы повышается во всех обработанных слоях на 0,70 -0,15 г/см³, а в необработанном 35-40 см – изменяется незначительно (табл. 11).

Таблица 11 — Динамика плотности почвы (г/см³) по слоям и во времени

(2020 г)

Наименьший дрейф плотности от весны к осени происходит на нулевой обработке. Объясняется это достаточно высокой изначальной плотностью уже весной и вероятно приближением её значений к равновесным значениям для этой почвы. Она для 0-30 см слоя составляет 1,24 г/см³ (Бакиров, 2009), а без учёта 0-5 см слоя, которая из-за воздействия рабочих органов сеялки рыхлее, составляет 1,29 г/см³.

По средней за 9 летурожайности культур(рис. 7)можносделать

Рисунок 11. Средняя (2012-20гг.)урожайность культур при длительном при-менении различных способов обработки почвы (H. d.–Hordeumdistichon L; T. a. – TriticumaestivumL; C. a. –CicerarietinumL; H – Helianthus).

Рисунок 12. Связь между урожайностью ячменя и плотностью почвы в

слое 0-30 см на нулевой обработке (NT–no-till)

вывод, что технология no-till, несмотря на уплотнение почвы, обеспечивает практически одинаковую или даже выше урожайность, чем глубокое рыхление.

Причина этого кроется в том, что плотность почвы на no-tillредковыходитзапределыверхней границы оптимума, икогда это происходит, урожайность культур резко падае т(рис. 11). Стабильная урожайность ячменя лежит в диапазоне плотности от 1,22 до 1,35 г/см³. При значениях выше 1,35 г/см³ идёт ее снижение. Так, например, в 2015 году, когда плотность пахотного слоя почвы на no-till была 1,36 г/см³, урожайность ячменя составила 0,89 т/га, а на варианте с глубоким рыхлением 1,17 г/см³ и 1,6 т/га соответственно. Лучше всего переход на No-till переносит подсолнечник. Его средняя за девять лет урожайность на этом варианте значительно превышает её значения на других вариантах. Между плотностью почвы и урожайностью ячменя на нулевой обработке почвы установлена отрицательная средней степени (r = — 0,603) корреляционная связь (рис. 12).

На рисунке 13 видно, что при положительном тренде урожайности ячменя за девять лет впервые 4 года применения no-till урожайность ячменя снижается, а начиная с 2017 года — повышается, следовательно, технология no-till, несмотря на уплотнение почвы, обеспечивает практически одинаковую или даже выше урожайность, чем глубокое рыхление.

Вывод

Традиционные способы обработки почвы в долгосрочной перспективе отрицательно влияют на продуктивность пашни, из-за эрозии и потери органического вещества. Переход на нулевую обработку (NT), сдерживающую падение плодородия почвы, может привести к переуплотнению почвы и снижению урожайности. В этом исследовании влияние 9-ти летнего применения DI, MT и NT на плотность почвы и урожайность культур изучено в севообороте: (1) нут; (2) яровая пшеница; (3)

Рисунок 13.Динамика урожайности ячменя за 9 лет на нулевой обработке почвы (no-till)

сорго; (4) яровая пшеница; (5) подсолнечник; (6) ячмень на CalcicChernozem (Aric). Пахотный слой почвы (0-30 см) с переходом на NT постепенно уплотняется до критического значения плотности в 1,36 г/см³, далее она уменьшается до 1,24 г/см³, а без учета 0-5 см слоя до 1,29 г/см³. Почва на NT после культур с мощной мочковатой корневой системой (сорго) рыхлее, чем после растений с менее развитой корневой системой (пшеница), и при обработке крошиться без образования глыб. Длительное применение MT приводит к переуплотнению 10-15 см слоя почвы до 1,36-1,44 см³, и как следствие к деформации и горизонтальному размещению главного корня, например подсолнечника, над уплотнённым слоем. DI позволяет сохранять плотность почвы к началу вегетации растений на уровне 1,15-1,22 см³. К осени почва уплотняется с выраженной закономерностью: чем рыхлее почва весной, тем плотнее осенью. Наименьший дрейф плотности наблюдается на NT, изменения лежат в диапазоне от 0,00 до 0,05 г/см³, что объясняется высокой изначальной плотностью весной и приближением её значений к равновесным значениям для этой почвы. Динамика плотности почвы в диапазоне 1,20-1,35 г/см³ слабо отражается на урожайности (r = 0,603, r² = 565), а при превышении 1,35 г/см³, урожайность снижается. Подтвердилась гипотеза, что уплотнение почвы и снижение урожайности на no-till происходит только в первые годы её использования, в дальнейшем плотность почвы уменьшается и стабилизируется на величинах близких к равновесной, а её продуктивность повышается.

3.2.3Влияние ресурсосберегающих технологийна агрохимические показатели плодородия почв

Система сберегающего земледелия предполагает максимальную адаптивную направленность технологических процессов на максимальное использование биологических факторов воспроизводства почвенного плодородия. К биологическим факторам и показателям плодородия относится содержание гумуса и органического вещества, микробиологическая активность почвы и фитосанитарное состояние посевов и почвы.

Проведенные наблюдения за пищевым режимом почвы показали, что содержание питательных элементов и их распределение по пахотному слою зависели от способов основной обработки в севообороте..Количество щелочногидролизуемого азота в пахотном 0-30 см слое почвы было практически равным по всем изучаемым способам основной обработки пара –93 -101 мг/кг (табл. 12).

Таблица 12 — Содержание органического вещества и доступных форм макроэлементов послоям почвы в зависимости от различных способов основной обработки почвы (2020 г.)

Исключение составляют варианты с ежегодным мелким рыхлением и дискованием, где количество щелочногидролизуемого азота было наиболь-шим, соответственно 103 и 108мг/кг почвы.

Уменьшение интенсивности обработки почвы сопровождалась повышением содержания органического вещества в почве. Если принять за контроль ежегодную вспашку, то ежегодное плоскорезное рыхление позволяет накопить органику на 0,3%; мелкое рыхление, соответственно — на0,5%; дискование – на 2,5%, а нулевые обработки – на 2,8%..

Можно отметить уменьшение содержания подвижного фосфора и серы на всех вариантах основной обработки почвы по сравнению со вспашкой в слое почвы 0-30см. Содержание подвижного калия практически не зависело от способов основной обработки почвы за исключением, пожалуй, нулевой обработки.

Все бесплужные системы обработки почвы способствовалидифференциациидоступных элементов питанияс более высоким плодородием в верхнем горизонте. Внесение побочной продукции растениеводства в почву в качестве удобрения и длительнаяминимализация обработки повышают содержаниеорганики в почве, но улучшение обеспеченности минеральными элементами питания требует внесения удобрений.

3.2.4Распределение легкорастворимых солей в профиле чернозёмов в зависимости от способа основной обработки

Во многих исследованиях отмечается изменение водного режима черноземов в агроландшафтах (Большаков, 1961; Афанасиева, 1966; Лебедева, 2007; Базыкина, 2012), в том числе в зависимости от способа основной обработки почвы (Максютов, 1996; Казаков, 1997; Азизов, 2005; Савчук, 2010, Солодовников, 2014). В условиях степного почвообразования солевой режим почв является индикатором их гидрологического режима(Афанасиева,1966). Изменения солевого профиля в агроландшафтах были показаны в исследованиях черноземов Центрально-Черноземного экономического района и Каменной степи(Щеглов, 2011; Цветнова, 2011).

Все вышеизложенное позволило выдвинуть гипотезу: изменение водного режима при различных способах обработки почвы достаточно для формирования отличий в солевом режиме и влияния на продуктивность степных агроландшафтов.

Целью работы являлось исследование влияния способов основной обработки на формирование солевого профиля агрочерноземов.

Объект и методы исследования

Для реализации поставленной цели в весенний период на территории учебно-опытного поля Оренбургского ГАУ проведены исследования чернозема южного на базе стационарного опыта, заложенного в 1989 году. Среди 16 вариантов были выбраны вспашка (контроль) и мелкое рыхление. Вспашка и мелкое рыхление проводятся ежегодно с чередованием глубины 20-22 см и 25-27 см и 8-10 см и 10-12 см соответственно.

Почва участка: чернозем южный малогумусныйсреднемощный тяжелосуглинистый.

Для изучения солевого состава почвенные образцы отбирали почвенным буром на глубину 130 см, через 10 см методом конверта. Определение катионно-анионного состава водной вытяжки проводились в аккредитованной лаборатории ФГБУ ГЦАС «Оренбургский» по ГОСТу 26423-26428. Содержание токсичных и гипотетических солей рассчитаны по общепринятой методике (Панкова, 2006).

Варианты опыта отличаются способом основной обработки, проводимым длительный период, что гипотетически определяет возможность развития отличительных признаков и свойств, в том числе состава и распределения легкорастворимых солей по профилю почвы. Считаем, что трансформация свойств и режимов почв на выбранных участках обуславливаются способом основной обработки.

Результаты и обсуждение

Исследования весной показали, что применение способов основной обработки почвы влияет на запасы и распределение влаги по профилю агрочерноземов(рис. 14).

Рисунок 14. Содержание влаги по профилю агрочернозема при разных способах основной обработки, мм

На вспашке запасов влаги на 70 мм больше, что приводит к увеличению горизонта сплошного промачивания. Здесь, несомненно, выше и скорость промачивания. Все это гипотетически приводит к выщелачиванию большего количества солей в более глубокие горизонты весной.