Актуализация агротехнических требований к комбайновым технологиям уборки зерновых культур с измельчением и разбрасыванием незерновой части урожая

Введение. Современные требования в части конкурентоспособности производимой продукции, ее экологичности и экономичности производства, формируют условия выполнения производственных процессов в растениеводстве. Так, технологии уборки урожая должны обеспечивать высокую эффективность, сокращение материальных затрат, создание условий для повышения плодородия почвы и увеличения урожайности возделываемых вновь сельскохозяйственных культур. Этим требованиям отвечают технологии уборки, предусматривающие измельчение и разбрасывание по поверхности поля незерновой части урожая, с целью последующей заделки ее в почву, в качестве органического удобрения и мульчи.

Не случайно, что в рамках восьми основных стратегических направлений существенного энергосбережения при уборке зерновых культур, уборке НЧУ по гибким технологическим схемам отводится особая роль. Разрабатываемым в настоящее время типажом зерноуборочных машин на перспективу до 2020 года, в России прогнозируется иметь 7 классов зерноуборочных комбайнов, пропускной способностью 1^14 кг с-1, оснащенных, в том числе, измельчителями-разбрасывателями НЧУ с шириной разброса до 4.. .9 м. [4].

В то же время, при механизированном способе использования соломы в качестве удобрения, следует уделять особое внимание качеству ее подготовки и распределения по площади поля. Так, например, от величины размерной фракции зависит интенсивность разложения растительных частиц. Увеличение средневзвешенного размера частиц увеличивает срок гумификации соломистой массы. Чрезмерное измельчение стеблей способствует боковому сносу частиц при разбрасывании. Неравномерное распределение соломы (особенно сгруживание массы по центру прохода, локальные скопления соломы), ведет к забиванию рабочих органов почвообрабатывающих машин, увеличению токсичности почвы, угнетению растений в первые месяцы разложения соломистых частиц [4].

Основная часть.

Ввиду различных форм применения соломы зерновых колосовых и других культур, разной степени технического оснащения и состава машинно-тракторного парка хозяйств и влияния погодных условий, находят применение 2 основных технологических схемы такой уборки, используемые как при прямом, так и при раздельном комбайнировании [1].

Первая схема (рис. 1) предусматривает измельчение и равномерное распределение на поверхности поля незерновой части урожая, непосредственно при обмолоте хлебной массы прямым комбайнированием или из заранее сформированных валков (вариант 1.1). В этом случае, солома и мякина, выходящие из молотилки комбайна, поступают в навешенный на комбайн измельчитель. Здесь масса мелко измельчается вращающимися рабочими органами и разбрасывается через окно распределяющего устройства.

При необходимости использования на корм скоту мякины, как наиболее биологически ценной фракции незерновой части урожая, ее сбор может осуществляться в следующее рядом с комбайном транспортное средство (тракторную тележку) (вариант 1.2).

Вторая схема предусматривает обмолот хлебной массы комбайном и формирование валка незерновой части на стерне. Впоследствии, уложенная в валок солома подбирается, измельчается и рассеивается по поверхности поля с помощью приспособленной для этого сельскохозяйственной техники или специальных машин. Так же, как схема 1, схема 2 может включать варианты разбрасывания на поле всей массы незерновой части урожая (вариант 2.1), или только соломы, со сбором мякины в транспортное средство (вариант 2.2). В последнем случае, мякина подается в прицепную тележку, присоединенную к зерноуборочному комбайну, при выполнении операции комбайнирования.

Известно [2], что при внесении в качестве удобрения соломы, с целью активизации микроорганизмов, способствующих процессу перегнивания, необходимо использование азотных удобрений. Одним из путей снижения энергоемкости такой технологии является совмещение операций измельчения НЧУ и обработки измельченной соломистой массы специальными растворами (например, азотным удобрением). В результате, частицы соломы и мякины покрываются сорбционной пленкой раствора, что способствует лучшей их гумификации. Кроме того, увлажненные частицы соломы увеличиваются в массе и более равномерно распределяются по поверхности поля при разбрасывании.

Рассматривая достоинства и недостатки описанных технологических приемов, можно отметить следующее.

Схема 1 наиболее экономична, так как позволяет выполнить операции обмолота хлебной массы, измельчение и разбрасывание соломы по полю в едином технологическом комплексе. Однако, сопутствующие обмолоту дополнительные операции, влекут снижение производительности комбайнов на 20…25%, повышение неравномерности распределения измельченной соломы, увеличение потерь зерна, снижение срока службы машин, вследствие воздействия вибрации [3].

Применение схемы 2 более предпочтительно в условиях высокого увлажнения, а также при уборке зерновых колосовых культур, с урожайностью более 3,0 т га-1 высокопроизводительными комбайнами.

Уборка зерна с формированием валков соломы для последующего их подбора, измельчения и разбрасывания по полю обеспечивает лучшие качественные показатели (степень измельчения, фракционный состав, равномерность распределения), однако при этом возрастает количество повторных проходов МТА. Кроме того, применение такой технологии часто ограничено отсутствием требуемого комплекса машин.

Способы, при которых разбрасываются измельченные солома и полова, а мякина собирается отдельно (варианты 1.1 и 2.1), позволяют упростить конструкцию измельчителя-разбрасывателя комбайна, снизить материалоемкость и н использовать дополнительные транспортные средства (прицепную тележку) в составе машинно-транспортного агрегата. Кроме того, снижаются энергозатраты, необходимые на привод в действие транспортирующих рабочих органов измельчителя, повышается производительность, уменьшаются потери зерна.

В то же время, данный способ исключает использование мякины в хозяйствах, как биологически ценной кормовой добавки в животноводстве. Также увеличивается засоренность полей находящимися в мякине семенами сорных растений.

Рисунок 1 – Схемы комбайновой уборки урожая с измельчением и разбрасыванием НЧУ по полю

Применение технологии, предусматривающей разбрасывание измельченной соломы, со сбором мякины в транспортное средство (варианты 1.2 и 2.2) более материало- и энергоемки. Следовательно, увеличивается требуемая мощность двигателя и нагрузка на трансмиссию зерноуборочных машин, растут потери зерна. Однако, сбор мякины позволяет использовать ее для корма животных, исключает засорение полей семенами сорняков.

Обобщив имеющуюся информацию о современных технологиях комбайновой уборки, а также влиянии различных приемов использования соломы на урожайность сельскохозяйственных культур и экономическую оценку ее применения в агротехнике, учеными Краснодарского НИИ сельского хозяйства сформулированы основные требования к внесению соломы в качестве органического удобрения [2]:

• -    солому на удобрение следует вносить в первую очередь на бедных почвах, на полях, удаленных от животноводческих ферм на расстояние свыше 5 км, а также при недостатке в хозяйстве навоза;

• -    солому можно вносить под все сельскохозяйственные культуры: пропашные, кормовые, зерновые и зернобобовые. В год внесения, наиболее полно солома используется при запашке под основную обработку почвы на полях, предназначенных для выращивания кукурузы на зерно и зеленый корм;

• -    равномерность распределения измельченной соломы (длина резки 5-10 см) должна оставлять не менее 75% непосредственно при обмолоте зерна комбайнами;

• -    измельченная солома может оставаться в поле в течение одной-двух недель после уборочных работ, выполняя роль мульчи, предохраняющей почву от иссушения;

• -    после разбрасывания соломы необходимо внести азотные удобрения в дозе 10-12 кг действующего вещества на 1 т соломы, затем не более, чем за два дня поле должно быть обработано дисковой бороной на глубину 8-12 см;

• -    под полупар равномерно распределенную по полю и заправленную минеральным удобрением солому нужно запахать на глубину 20-22 см;

• -    после внесения соломы, почва готовится под посев планируемых сельскохозяйственных культур в соответствии с принятыми для них технологиями.

Для более полного (40-45%) разложения биомассы соломы, рекомендуется длительность временного периода от заделки ее в почву до посева - не менее 6-8 месяцев. Отмечается, что при этом условии, уже в первый год культурные растения могут использовать до 15-25% азота, 2030% фосфора и 25-40% калия.

В последние годы многими авторами [2, 8-13] отмечается положительное влияние на процесс разложения соломы продольного расщепления стеблей при измельчении. Расщепление соломин вдоль волокон, наличие “размочаленных” концов (рис. 2) ускоряет процесс минерализации измельченных частиц до полного разложения в 7…8 раз [12, 13].

Доказано [19], что степень расщепления стеблей соломы вдоль волокон положительно влияет процесс гумификации. Это позволяет существенно увеличить длину резки (до 150 мм), при измельчении. В свою очередь, становится возможным снизить требования к фракционному составу измельченных частиц, упростить конструкцию рабочих органов измельчителей, снизить их массу и энергоемкость.

Условия функционирования, критерии оценки и допустимые показатели качества работы соломоизмельчителей-разбрасывателей зерноуборочных комбайнов также определяются агротехническими требованиями.

Учитывая различие технологических операций при уборке отличающихся по морфологическим, биологическим и иным признакам сельхозкультур, влияние почвоклиматических зон, а также состав и техническое состояние машинно-тракторного парка, агротехнические требования к операциям измельчения и разбрасывания и к рабочим органам машин могут изменяться.

Качество выполнения технологических операций по измельчению и распределению соломистых частиц по поверхности поля регламентируется несколькими основными нормативными документами.

Так, требования к качеству выполнения технологической операции “Прямая комбайновая уборка зерновых культур с измельчением и разбрасыванием незерновой части урожая по поверхности поля” Исходных требований на базовые машинные технологические операции в растениеводстве [14], устанавливают содержание измельченных частиц соломы длинной менее 12 см в количестве, не менее 85%, равномерное разбрасывание измельченной соломы на ширину не менее, чем ширина захвата жатки комбайна, при степени неравномерности распределения по поверхности поля – не более 20%.

Агротребованиями к измельчителям соломы [7] регламентировано содержание фракций соломистых частиц длинной 100 мм – не менее 70%, при коэффициенте вариации равномерности разбрасывания измельченной соломы по ширине захвата жатки – не более ±25%.

В исходных требованиях к зональной системе технологий и машин для производства продуктов растениеводства [15] указывается, что при немедленном использовании соломы, измельчители следует настраивать на мелкое измельчение – 5…100 мм, при содержании фракций до 70…80% в общей массе.

Рисунок 2 – Внешний вид измельченных стеблей соломы пшеницы (I) и гречихи (II): а – измельчение без явных нарушений целостности волокон; б – измельчение с эффектом “размочаленных” концов; в – измельчение с продольным расщеплением волокон стебля

Агротехническими требованиями к основным технологическим операциям при адаптивных технологиях возделывания озимых колосовых культур и кукурузы [16] установлены размеры фракций измельченных частиц – 5…10 см; неравномерность разбрасывания – не более 30%.

Используя материалы, предложенные специалистами Новокубанского филиала ФГБНУ “Росинформагротех” [10], основные показатели качества выполнения технологической операции по измельчению и разбрасыванию соломы сведены нами в таблицу 1.

Очевидно, что в существующих требованиях по допустимым численным значениям размерного спектра и равномерности распределения измельченной соломы имеются существенные отличия.

Таблица 1. Агротехнические требования к равномерности

распределения и разме	рам частиц измельченной соломы
Наименование агротехнологий, агротребований	Требование к неравномерности разбрасывания	Требования к размерам измельченных частиц	Источник информации, год издания
Внесение измельченной соломы	Не более 30%	5-10 см	[16] 2001
Внесение соломы в качестве удобрения	Не более 25%	5-10 см	[2] 2002
Мульчирование почвы соломой	Не более 25%	25-30 см	-
Уборка озимых зерновых культур с измельчением и разбрасыванием соломы	Не более 20%	До 12 см 85%	[14] 2005
Уборка зерновых культур с измельчением и разбрасыванием соломы в Краснодарском крае	Не более 25%	100 мм не менее 70%	[7] 1996
Агротребования к внесению измельченной соломы при комбайновой уборке в Дальневосточном регионе России	-	5-100 мм до 70-80%	[15] 2007
Агротребования ВНИИПТИМЭСХ на почвообрабатывающий удобрительный посевной агрегат	-	До 7 см не менее 80%	[17] 2008
Технологии сберегающего земледелия	-	В среднем 5-10 см с возможным содержанием частиц 15-25 см	[18] 2006

Так, например, если большинством нормативных источников требования к размерным фракциям измельченных частиц регламентируют длину от 5 до 100 мм, то технологическая операция мульчирования соломой предусматривает допустимые размеры соломистых фракций 250…300 мм. В половине нормативных требований отсутствует величина допускаемого количественного критерия общего объема размерных фракций. Кроме того, учитывая близкий к нормальному закону распределения характер разброса частиц, легко предположить перенасыщение центральной части зоны разбрасывания преимущественно крупной фракцией измельченной соломы. Именно такая картина, в большинстве случаев, наблюдается в реальных полевых условиях и никак не учитывается существующими критериями оценки. Это не способствует повышению интенсивности разложения соломы в почве, затрудняет последующую работу почвообрабатывающих и посевных машин, нарушает однородность почвенных условий и выравненность биологического состояния растений при созревании.

Нашими исследованиями установлено [20], что при уборке различных по сортам и состоянию культур, как правило, вариабельность среднего значения размерных фракций соломистых частиц в пределах ширины зоны распределения находится в пределах 4…10% (рис. 3).

Следовательно, целесообразно установить ограничение неравномерность фракционного спектра среднего размера соломистых частиц по ширине прохода жатки – не более 10%.

Рисунок 3 – Распределение фракционного спектра средних размеров соломистых частиц в пределах ширины зоны разбрасывания [20]

Выводы.

• 1.    Применение любой из существующих технологических схем использования соломы в качестве органического удобрения должно обосновываться наиболее рациональным и экономичным использованием имеющегося машинно-тракторного парка, почвенно-климатическим

• 2.    технологии уборки урожая зерновых и других культур должны иметь высокую эффективность при низких материальных затратах, формировать условия для повышения плодородия почвы, обеспечивая увеличение урожайности возделываемых культур;

• 3.    в существующих агротехнических требованиях имеются существенные отличия по допустимым численным значениям размерного спектра и равномерности распределения измельченной соломы;

• 4.    известные критерии оценки качества выполнения технологических операций измельчения и разбрасывания соломы не учитывают степень различия фракционного состава измельченных частиц по ширине распределяемой полосы, а также количественную характеристику наличия существенно влияющих на процесс гумификации соломы деформаций стебля (продольного расщепления и “размочаленных” концов);

• 5.    на основании изложенного, руководствуясь фактическими показателями качества измельчения и разбрасывания соломы в условиях производственной эксплуатации зерноуборочных комбайнов, а также учитывая изученные ранее характеристики зонального распределения частиц по ширине захвата, можно сформулировать следующие требования к качеству выполнения технологической операции по измельчению и распределению соломы по поверхности поля:

условиями, формой применения элементов незерновой части урожая соответствующей сельскохозяйственной культуры;

• -    при оценке качества работы зерноуборочных комбайнов на комбайновой уборке с измельчением и разбрасыванием незерновой части урожая по поверхности поля, следует учитывать степень неравномерности разбрасывания и величин размерных фракций измельченных частиц по ширине зоны распределения;

• -    соломоизмельчители зерноуборочных комбайнов должны обеспечивать фракционный состав измельченных частиц до 100 мм – в количестве, не менее 90%; частиц более 150 мм – не более 3%;

• -    равномерное разбрасывание измельченной соломы на ширину, не менее чем ширина захвата жатки комбайна;

• -    неравномерность распределения измельченной соломы по ширине прохода жатки – не более 30%;

• -    неравномерность значений средних размеров измельченных частиц соломы по ширине захвата жатки – не более 10%.