Диссертация (Моделирование порового пространства и гидрофизических свойств почв для обоснования мелиоративных мероприятий и технологий), страница 9

Решение перечисленныхзадач должно иметь физически обоснованную, количественную оценку.Плантаж не допустим на очень влажных и очень сухих почвах,следовательно,определениедиапазоноввлажноститакжедолжнопроводиться на количественной основе.Качество глубокого рыхления определяют по трем показателям:соблюдению заданной глубины, сохранению стерни, подрезанию сорняков.При высоком качестве работы должно сохраняться 85 % стерни, отклоненияпо глубине обработки не более 1 см при отсутствии неподрезанных сорняковна глубине хода рабочих органов.Глубину измеряют бороздомером или линейкой.

Бороздомер состоит изнеподвижной стойки с опорным угольником и подвижной планки,опускаемой до дна борозды. Замеры глубины надо уменьшить на 15—20% всвязи с увеличением объема почвы при вспашке. Средняя глубина ее недолжна превышать больше чем на 2 см.

Если при определении обнаружены50отклонения,вспашкубракуютилиейснижаетсяоценка.Степеньоборачивания пласта определяют угломером. Глубину заделки пожнивныхостатков, сорняков и дернины устанавливают по замерам, проведенным навертикальном профиле поперек гребней. Остатки дернины и жнивьяоценивают через их площадь наложением квадратных метровок подиагоналям поля. Гребнистость вспашки обычно определяют профилометромили профилемером.При фрезеровании за счет качественного крошения и перемешиваниясоздается разрыхленный слой.

Этот слой имеет большую водо- ивоздухопроницаемость, микробиологическую активность и способен кнакоплению запасов влаги. Показателями качества проводимого приосушении фрезерования является степень крошения и рыхления почвы. Кнедостаткамфрезерованияследуетотнестиуничтожениепочвенныхживотных (особенно дождевых червей), происходящее при интенсивномкрошении почвы, разрушение структурных агрегатов на минеральных почвахлегкого и среднего механического состава, провокацию размножениясорняков.Опыты по установлению влияния разных вариантов фрезерованияпочвы при возделывании орошаемого картофеля на условия вегетациирастений и показатели урожайности описаны в работе [116]. Онипроводилисьдляфрезерованияиизученияпозволилислучаячизелеванияулучшитьимеханическиепредпосадочногоиструктурныехарактеристики почвы.

Предпосадочное фрезерование почвы в сочетании спредварительными рыхлениями междурядий способствует повышениюурожайности картофеля на 9,4 т/га (42,5 %) [116].При недостаточном разрыхлении почвы снижается воздухо- ивлагообеспеченность растений, страдает развитие корневой системы;возможен эрозионно-опасный поверхностный сток осадков и талых вод[194].

Излишнее рыхление вызывает повышенные затратыэнергии,увеличивает количество эрозионно-опасных частиц почвы, наличие которых,51кроме того приводит к появлению «плужной подошвы» и перенасыщениюпахотного горизонта влагой.Глыбистость определяют, установив площадь (в процентах от площадивсего контролируемого участка), занимаемую глыбами, или весовымспособом.Приопределенииглыбистостипервымспособомберутспециальную рамку (1 м2) с квадратами 5×5 см или ограничиваютсяподсчетом количества глыб на 1 м2.Крошение показывает процентное содержание в пахотном слоеагрегатов размером менее 5 см и пыли от веса всей почвы.

Для определениясодержания пыли почвенный образец, высушивают его до воздушносухогосостояния и просеивают через специальный набор сит с различнымдиаметром ячеек. Степень разрыхления (вспушенность) есть относительныйприрост толщины пахотного горизонта, выраженный в процентах от глубиныпахоты. Огрехи определяют по занимаемой ими площади на 100 га пашни,измерения проводят на полосе поля шириной 20 м и длиной, равной длинезагона.Качество выполняемых полевых работ зависит как от условий работы:физико-механических свойств почвы, рельефа местности, густоты стояниярастений и др., так и от конструктивных особенностей, регулируемыхпараметров функционирования машины и ее технического состояния.В настоящее время энергетическая оценка глубокого рыхления,фрезерования и плантажа часто проводится без количественной оценкинеоднородности почвенного покрова.1.6.

Обоснование базиса почвенных параметров и характеристик дляизучения водно-физических свойств почвыПри выборе почвенных параметров для изучения состояния почвы, еенеобходимо рассматривать как сложную систему. Числовые характеристикитакой системы, согласно теории сложных систем, должны удовлетворять52следующим критериям [25, 83]:- отражать происходящие в системе изменения;- учитывать характерные системе свойства;- позволять сравнительную оценку с экспериментом.Вбольшинствесовременныхработсвязанныхсизучениемагрофизических свойств представлено достаточно подробное описание, каксамих почвенных свойств, так и способов обработки [120, 134, 172].Таблица 1.4 – Качество обработки почвы различными техническимисредствами [172]Технологические операцииАгрофизические показатели почвыКрошение, %ОбъемВлажный весРазмер фракций, ммность вв слоеслое 100-50 50-20 20-10 >100-10Светло-каштановая, среднесуглинистая почваПочвообрабатывающие икомбинированныеагрегатыИсходныеагрофизическиепоказателипочвыКультивация+боронованиеКультивация+малованиеПредпосевноефрезерование1,5-2,0---≥50МТЗ-80+КПС-4;МТЗ-80+10БЗСС1,0МТЗ-80+КПС-4;МТЗ-80+МВ-61,00,816,315,713,310,016,815,024,927,045,048,01,01,316,316,113,3-16,87,924,920,145,072.0МТЗ-80+СФО-2,80,716,2-3,022,075,0Светло-каштановая, тяжелосуглинистая почваИсходныеагрофизическиепоказателипочвыКультивация+боронованиеКультивация+малованиеПредпосевноефрезерованиеОбщий1,5-2,5---≥50МТЗ-80+КПС-4;МТЗ-80+10БЗСС1,0МТЗ-80+КПС-4;МТЗ-80+МВ-61,51,017,916,918,517,722,818,418,720,940,043,01,51,717,917,718,55,022,819,018,722,540,053,5МТЗ-80+СФО-2,8*0,8117,0-6,029.065,0наборвеличин,описывающихсостояниепочвы,рассмотренный в перечисленных работах, позволяет эффективно оцениватьсостояние почвы и агрофизические показатели.

Однако практически во всех53работах среди внушительного набора перечисленных свойств часто нехватает некоторых свойств, которые бы делали описание полным.Рассмотрим, например, фрезерование почвы [172].Из таблицы 1.4 видно, что получаемая за счет фрезерной обработки(СФО-2,8) высокая степень крошения почвы, снижает скорость испарениявлаги почвой и способствует попаданию семян в более влажный слой.Авторы[172]приводятнеобходимыедляэнергетическихрасчетовраспределения агрегатов по размерам.

При этом отсутствуют данные обудельной поверхности почвы и коэффициенте фильтрации, отвечающихудерживание влаги в почве и подвод влаги к растениям. Таким образом,выводы о соответствии технологических возможностей применяемыхпочвообрабатывающих орудий почвенным условиям имеют ряд недостатков,связанных с оценкой необходимой степени крошения.Правильно обоснованная система обработки почвы обеспечиваетоптимальныеусловиядлявозделываниякультур(эффективноеиспользование удобрений, осадков, сохранение плодородия, борьбу сзасухой). Неправильно обоснованная система обработки приводит кувеличению энергозатрат, ухудшению водно-физических свойств и в итоге кснижению урожая и его качества.

Переход к ресурсосберегающимтехнологиям предполагает необходимость приведения и других элементовсистемы земледелия в соответствие с ними (важно применение не отдельныхприемов,атехнологическихкомплексоввозделываниясельскохозяйственных культур) [177, 181, 231].1.6.1. Использование измерений удельной поверхности, плотноститвердой фазы, пористости и влажности почвыАнализ исследований отраженных в п.1.2.1 и многих др. показывает,что урожайность как основной результат агротехнических мероприятий иобработки почвы, рассматривается в виде функции плотности. При этом54необходимо учитывать, что оптимальные диапазоны плотности пахотногослоя для разных почв существенно отличаются [34, 256, 257].

Однако отплотноститолькокосвеннозависитбиологическаяактивностьипродуктивность растений. Следует признать, что плотность отражаетвлияние уплотнения на урожай, но причинно с ним не связана, т.е. является«экстенсивной» величиной. Теряется однозначность, поскольку на разныхучастках поля пористость может иметь одинаковые (в зависимости от составаобразующих почву вторичных минералов) значения при различающихсязначениях плотности (объемной массы).

Если же, напротив, рассмотретьгидрофизические характеристики, играющие роль «интенсивных» величин,такие как влагопроводность, влагоемкость и т.п., то урожай оказываетсянапрямую связан с ними. Доступность влаги растениям определяется еесодержанием в почве. Способность почвы к переносу влаги к корню растениятоже напрямую зависит от содержания влаги [57, 63, 114, 241, 246, 258].Поэтому вместо измерений плотности почвы логичнее использоватьпропорциональную ей пористость и неизменную плотность твердой фазыпочвы.ДиапазоныоптимальностидляпористостипредложеныН.А. Качинским [94]:- отличная (культурный пахотный слой) – 0,65÷0,55;- удовлетворительная для пахотного слоя – 0,55÷0,50;- неудовлетворительная для пахотного слоя – <0,50.Совокупность элементарных почвенных частиц представляют собойтвердую фазу почвы.

Плотность твердой фазы – отношение массы твердойфазы почвы к объему твердой фазы почвы (ρsf = msf /Vsf).Твердаяфазапочвыпредставленачастицамиразличногопроисхождения, имеющими различную природную плотность [156]. Оназависит от минерального состава твердой фазы. Основными минеральнымикомпонентами почвы являются кварц, полевые шпаты и глинистыеминералы, плотность которых меняется в пределах 2,6-2,8 г/см3. Плотностьорганических веществ меняется в пределах 1,3-1,5 г/см3. Поэтому в55зависимости от количественного соотношения этих компонентов плотностьтвердой фазы колеблется в пределах 2,4-2,8 г/см3.Плотность твердой фазы, в отличие от объемной массы, примеханическом воздействии на почву не меняется, поэтому она можетиспользоваться в качестве стабильного во времени параметра [58].

Плотностьтвердой фазы достаточно точно может быть определена пикнометрическимметодом.Поскольку влажность существенно влияет на технологическиесвойства почвы (например, при оптимальном значении влажности почвалегко крошится на частицы, и для ее обработки необходим минимум затратэнергии) ее значение в совокупности со значением объемной массы несутгораздо больше информации, чем значение плотности [52]. Влажность почвыw характеризуется количеством воды в почвенном образце. Ее оценивают поабсолютной составляющей и относительной составляющей.Весовая влажность обычно определяется в виде частного массы воды,имеющейся в почве к массе сухой твердой фазы почвы:wm =mw,msf(1.6.1)где msf – масса твердой фазы, кг; mw – масса воды, кг.В ряде случаев удобнее пользоваться объемной влажностью равнойобъему воды в единице объема образца почвы:w=Vw,V(1.6.2)где Vw – объем воды в образце, м3; V – объем образца почвы, м3; w – объемнаявлажность, м3/м3.Связь между весовой и объемной влажностями нелинейная иопределяется соотношением:w=wm ρ,(1 + wm ) ρ wгде ρ – объемная масса почвы, кг/м3; ρw - плотность воды, кг/м3.(1.6.3)56Одними из самых простых и точных методов измерения влажностиявляются методы сушки почвы.