Аннотация

Рассмотрены вопросы энергосбережения при посадке картофеля и предложены новый способ нарезки гребней для посадки картофеля и культиватор для его осуществления.

The problems of energy saving when planting and proposed a new way of cutting ridges for planting potatoes and cultivator for its implementation.

 Введение

Картофель – культура ранней посадки, поэтому сажать его нужно как можно раньше. Ранняя посадка позволяет использовать больше имеющейся в почве влаги, а это очень важно в районах, где ощущается её недостаток. По мнению специалистов, сроки посадки картофеля наступают в первой половине мая. Если после этого наступят заморозки, то посадочный материал не пострадает, так как клубни, находящиеся в почве не страдают даже от температуры пять градусов ниже нуля. Только появившиеся всходы заморозки повреждают очень редко. Замерзшие стебли могут быть замещены новыми. Таким образом, можно сделать вывод, что картофель имеет отличную способность восстанавливать свои всходы, что позволяет получить урожай в любой период. Оптимальные сроки посадки картофеля определяют конкретно для каждого участка, учитывая уровень подготовки семенного материала.[1].

Известно [1,2], что клубни картофеля прорастают при температуре 7…8 ⁰С, но оптимальной является температура 18…20⁰С, при которой всходы появляются на 10-й, 12-й день. При температуре 1 ⁰С и выше 35 ⁰С рост клубней прекращается [2]. Корни проникают в почву сравнительно не глубоко — основная их масса (60..85%) находится на глубине  пахотного слоя в радиусе 0,45 м вокруг клубня.

Также известно, что урожай – это результат работы корней и листьев растений. Но при этом через воздействие на ризосферу растений реализуется большинство агротехнических мероприятий (удобрение, обработка почвы и др.). Посадка картофеля является одним из агротехнических приёмов, определяющих площадь питания растений и её форму.

 Лучшие условия жизни корней [2], меньшая твёрдость и объёмная масса почвы, достаточно высокая влажность, складываются при увеличении объёма гребня за счёт расширения междурядий, что приводит к развитию мощной корневой системы. Продуктивность корней зависит не только от их массы, но и от распределения в почве. Исследования по распределению корней в гребне, проведенные  В. К. Мосиным [3], подтверждают что основная масса корней размещается в слое глубиной 0–20см, а по горизонтали в радиусе 40 – 45 см, с учетом этого посадки формируются с междурядьями 70 – 90 см.

В Беларуси применяются различные способы посадки картофеля, но наиболее широко – посадка в гребни. Этот способ стал впервые применяться на переувлажнённых землях. С тем, чтобы на этих землях начать посадку в установленные агротехнические сроки стали нарезать гребни, которые прогреваются значительно быстрее борозд и в результате быстрее просыхают.

При прочих равных условиях, при посадке картофеля в гребни на 3-4 дня раньше появляются всходы, меньше выпадает растений, не требуется оснащение картофелепосадочных агрегатов маркёрами. При нарезки гребней не требуется оснащения культиваторов – окучников маркёрами, так как достаточно первый проход пройти строго по прямой линии, а остальные проходы агрегата будут осуществляться параллельно первому благодаря двукратной обработке стыкового междурядья.

Очевидно, последнее стало настолько привлекательным, что нарезку гребней производят повсеместно, без учёта влажности и типа почвы, возможности гладкой посадки по ровной поверхности. При этом не обращается внимания на то, что нарезка гребней требует значительных затрат энергии.

В Беларуси сложились две основные технологические схемы подготовки почвы под картофель и его посадки. Первая — органические удобрения вносятся осенью под зяблевую вспашку, весной проводится предпосевная обработка и посадка либо в предварительно нарезанные гребни, либо гладкая – по ровной поверхности.

Вторая – органические удобрения  вносятся весной, запахиваются, производится культивация или комбинированная обработка почвы и посадка гладкая или в предварительно нарезанные гребни.

Таким образом, при двух приведенных схемах перед посадкой картофеля производится сплошная обработка почвы и, чаще всего, вне зависимости от влажности участка применяется нарезка гребней. Она проводится даже на песчаных почвах, что приводит к иссушению гребня и к недостатку влаги для прорастания клубней.

Из этого следует, что предварительная нарезка гребней практически не улучшает структуру уже подготовленной к посадке картофеля почвы, т.е. не снижает её твердости и объемной массы, а ускоряет лишь просыхание почвы в гребнях.

Наиболее прогрессивная Голландская технология возделывания картофеля, обеспечивающая урожайность 600 ц/га и выше не предусматривает предварительную нарезку гребней, но предусматривает их формирование через две недели после посадки. Этим преследуется цель уничтожения сорных растений, семена которых, получив при обработке почвы и посадке картофеля влагу, воздух и тепло, проросли за это время, и обеспечения необходимого объёма почвы над клубнями для развития корневой системы.

Те преимущества, которые даёт  посадка картофеля в гребни целесообразно оценить с точки зрения энергетических затрат на образование гребней и предпосадочную обработку почвы.

Основная часть

Нарезка гребней производится культиваторами для междурядной обработки.

Если рассмотреть баланс мощности агрегата для нарезки гребней, то он выглядит так:

                                                                                                                                                                                                          (1)

где – эффективная мощность двигателя, потребная для движения агрегата при нарезке гребней, кВт;

– мощность, необходимая на преодоление сопротивления качению трактора, кВт;

– мощность, теряемая при движении на подъём;

– тяговая мощность, кВт;

 мощность, теряемая в трансмиссии трактора, кВт;

– мощность, теряемая при буксовании движителей, кВт.

Если подставить в приведенное выражении числовые значения входящих величин, то можно увидеть, во что обходится предварительная нарезка гребней для посадки картофеля.

По [4] можно определить значения удельного тягового сопротивления культиватора окучника (k=1,5…2,5 кН/м) и коэффициент  сопротивления качению трактора на вспаханном поле в конце весны (f=0,18…0,24), когда производится нарезка гребней.

Составляющие баланса мощности  агрегата определяются:

Мощность, затрачиваемая на качение трактора

                   N_f=f ·G_тр ·V_р=0,20·30·3,5=21,0 кВт,                                          (2)

где  V_р – рабочая скорость движения агрегата, м/с, (V_р=3..4 м/с [4]);

G_тр – эксплуатационный вес трактора Беларус 800 (30 кН).

Тяговая мощность

                      Ν_Т=R_м·V_р= k·В·V_р=2,0·2,8·3,5=19,6 кВт,                              (3)

где  R_м – сопротивление машины, кН.

Мощность, теряемая в трансмиссии трактора

                  N_мг= (Ν_Т+N_f)(1-η_мг)=(19,6+21,0)·(1,0-0,85)=6,09 кВт,             (4)

где  η_мг – коэффициент полезного действия трансмиссии. η_мг=0,85  [4];

Мощность, теряемая при буксовании

                    N_б=(Ν_Т+N_f+ N_мг) δ/100=(19,6+21,0+6,09)·10/100=4,67 кВт, (5)

где  δ – коэффициент буксования. δ =10%  [4].

При работе агрегата на ровной поверхности мощность на преодоление сопротивления подъёму равна нулю.

Отсюда

                               N_е=19,6+21,0+6,09+4,67=51,36 кВт.

При нарезке гребней агрегат движется челночным способом, при котором коэффициент рабочих ходов  =0,95 [4]. Если учесть, что агрегату в течение смены отводится регламентированное время на простои для проведения технического обслуживания (0,5 ч), личные надобности механизатора (0,75 ч) и подготовительно-заключительное время (0,45 ч), то время его движения на рабочем ходу и вхолостую будет

                              Т_дв=7,0-0,5-0,75-0,45=5,3 ч.

Учитывая значение  =0,95 можно считать, что 5% времени движения будет потрачено на повороты

                                       Т_х=0,05·5,3=0,26 ч.

Тогда основное время работы агрегата в течение смены будет

                                  Т_р=Т_дв –Т_х=5,3-0,26=5,04 ч.                                         (6)

Отсюда коэффициент использования времени смены будет равен

                                       τ= =5,04/7,00=0,72.                                          (7)

Производительность агрегата за смену будет

                    W_см=0,36·В_рV_РТ_смτ =0,36·2,8·3,5·7·0,72=17,8 га/см.              (8)

Если пренебречь затратами мощности на холостом ходу, то энергоёмкость нарезки гребней на одном гектаре будет

                        Э=N_eТ_р/W_см=51,36·5,04/17,8=14,54  кВт· ч/га.                  (9)

При удельном расходе топлива двигателем g_е=220 гр/кВт·ч расход топлива на один гектар составит

                          Θ=g_е Э/1000=220·14,54/1000=3,2 кг/га.                        (10)

Таким образом, нарезка гребней с агротехнической точки зрения целесообразна только на влажных тяжелых почвах. Тратить же топливо на образование гребней на уже подготовленной к посеву почве расточительно, а утверждать, что это улучшает аэрацию, по меньшей мере, неубедительно.

Даже если кроме ускорения просыхания гребней их образование позволит несколько улучшить условия произрастания семян картофеля, то, очевидно, что выполнять лишь одну операцию нарезки экономически нецелесообразно.

По нашему мнению если есть необходимость в нарезке гребней, то её следует совместить с локальным внесением удобрений. Из выражения (2) видно, что потери мощности на качение трактора в агрегате при нарезке гребней превышает на 7% тяговую мощность. Если отдельно вносить минеральные удобрения, то потребуется еще один проход агрегата по полю энергозатраты, на который составляют 8,3 кВт-ч/га.

Перед  посадкой картофеля вносят азотные  удобрения в один  прием. При дробном  внесении  азота (подкормке) не происходит  прибавки урожая   картофеля [5].

Предпочтительно локальное (ленточное) внесение азотных удобрений, которое, по имеющимся данным [5], в первый год снижает потери азота в 1,3 – 2,2 раза и во второй – в 1,2–3,6 раза.

Учитывая то, что корневая система картофеля распространяется на глубину до 20 см и располагается в радиусе 45…50 см от семенного клубня, то оптимальным расположением минеральных удобрений, следует считать такое, при котором они располагались бы ниже глубины посадки клубня. При этом для защиты проростков картофеля от воздействия удобрений между клубнем и удобрениями должна быть почвенная прослойка толщиной 3,0 см [6] (рисунок 1).

 

Рисунок 1- Схема расположения корневой системы картофеля в почве

А – молодое растение картофеля, выросшее из семян; Б – растение картофеля, выросшее из клубня; 1 – семядоли; 2 – столоны с образующими клубня; 3 – материнский клубень

При посадке картофеля следует различать два понятия (рисунок 2) – глубина посадки и глубина заворачивания клубней. Под глубиной посадки (рисунок 2) понимают расстояние от исходной поверхности поля до дна борозды, на котором размещают клубни картофеля [6]. Поскольку над высаженным клубнем формируется гребень, то глубиной заворачивания определяется расстояние от поверхности гребня до поверхности клубня картофеля. Эти два термина дают возможность более точно и объективно охарактеризовать качество посадки, и имеют важное агротехническое значение.

В зависимости от размера посадочного картофеля и конкретных условий выращивания при гребневом способе посадки клубни картофеля высаживают на глубину 5 -7 см относительно уровня исходной поверхности поля и заворачивают на глубину 6-8 см от поверхности гребня до клубня (рисунок 2).

 

Рисунок 2 – Расположение клубня в гребне

 

Дитер Шпаар [6] конкретизирует эти понятия и обращает внимание на то, что глубина посадки должна соответствовать диаметру семенного клубня, т.е. верхняя часть его должна находиться на уровне поверхности поля.

С точки зрения затрат энергии нарезка гребней с последующим их разрушением и повторным образованием при посадке картофеля является высокозатратными приёмами, требующими глубокого анализа и переосмысления.

 По нашему мнению, будет рациональным нарезать гребни с оставлением в их середине канавки, глубиной равной  сумме высоты клубня и высоты почвенной прослойки между клубнем и азотными удобрениями, внесенных ленточным способом одновременно с нарезкой гребней (рисунок 3).

 

Рисунок 3 – Двусекционные гребни с канавкой между секциями и лентой с азотными удобрениями

Назовем такие гребни 2-х секционными. Прогреваться они будут быстрее, чем обычные  в силу их большей площади поверхности. Наличие между двумя секциями канавки не потребует дополнительных затрат энергии на разрушение гребня при посадке картофеля, а внесение минеральных удобрений в виде ленты под клубень – обеспечит их высокоэффективное использование.

Для нарезки таких гребней необходимо модернизировать используемые нынче культиваторы и картофелесажалки.

Вид модернизированного культиватора представлен на рисунке 4.

 

Рисунок 4 – Схема культиватора для нарезки 2-х секционных гребней

1 – рама; 2 – опорно-привод­ные колеса; 3 – емкости для удобрений с дозирующими устройствами; 4 –  подкормочные ножи; 5 – отражающие щитки; 6 – стойки с окучивающими корпусами.

Применение такого культиватора позволит картофелесажалкам работать без сошников, снизив тем самым их тяговое сопротивление. Семенной картофель будет укладываться сажалкой в канавку между двух секций  гребня и заделываться загортачами сажалки.

Известна каменецкая технология возделывания картофеля [7] суть, которой состоит в том, что перед посадкой картофеля нарезаются не гребни, а проделываются в подготовленной к посадке почве канавки глубиной несколько большей высоты семенных клубней и слегка прикрываются почвой. Окончательная заделка клубней производится после их закалки (нагрева днем и охлаждения ночью) через две недели.

По нашему мнению, целесообразно совместить нарезку двусекционных гребней с одновременным внесением азотных удобрений и последующую посадку картофеля без заделки его почвой. При этом сократятся затраты энергии за счет сокращения числа проходов МТА по полю, обеспечится быстрый прогрев гребней, ленточное внесение азотных удобрений и закалка клубней.

Окончательное формирование гребней следует проводить через две недели после посадки клубней, что позволит уничтожить проросшие за это время семена сорных растений, как это предусматривает голландская технология.

 

Заключение

1. Нарезка гребней перед посадкой картофеля эффективна на переувлажненных тяжелых почвах, так как позволяет обеспечить своевременную посадку.
2. При нарезке гребней расходуется около 4-х кг топлива, что эквивалентно 14,54 кВт ч/га.
3. Для сокращения энергозатрат целесообразно одновременно с нарезкой гребней вносить азотные удобрения с почвенной прослойкой между ними и клубнями.
4. Для такого совмещения операций следует нарезать двусекционные гребни с желобом посадки между ними.

 

Список цитированных источников

1. Международный Интернет-портал [Электронный ресурс] / Агропромышленный вестник. – Режим доступа: http://www. atmagro.ru.          – Дата доступа: 18.10.2013.

2. Веремейчик, Л.А. Технологические основы растениеводства: Практикум / Л.А. Веремейчик, А.Ф. Гуз, В.В. Ермоленков. – Минск: БГАТУ, 2005. – 204 с.

3. Малашенок, В.В. Адаптивная культура картофеля. Кн.1: Агробиологические параметры высокопродуктивных посадок картофеля / В.В. Малашенок.  – Минск: УП «Технопринт», 2002. – 137с.

4. Новиков, А.В. Техническое обеспечение производства продукции растениеводства: Практикум/Под ред. Новикова А.В., Минск, БГАТУ 2011.   – 250с.

5. Персикова, Т. Ф. Продуктивность бобовых культур при локальном внесении удобрений: Монография. – Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2002. – 204 с.

6. Шпаар, Д. Картофель / Д. Шпаар и [др.]. Под редакцией Д. Шпаара. – Торжок: ООО «Вариант», 2004. – 446с.

7. Новиков, А.В. Техническое обеспечение производства продукции растениеводства: учебник / А.В. Новиков [и др.]; под ред. А.В. Новикова. – Минск : БГАТУ, 2011.  –  596  с. : ил.

 

Авторы:

Зубович Д. Г., инженер, Тимошенко В. Я., к.т.н., доцент, УО БГАТУ

Новиков  А.В., к.т.н., доцент,  Жданко Д. А., к.т.н., доцент, УО БГАТУ

Шейко Л. Г., к.с.-х.н., доцент, УО БГАТУ