Способы и средства утилизации незерновой части урожая риса с заделкой в почву

Представлены: разработка технологического комплекса, с разработкой исходных требований на утилизации незерновой части урожая риса с заделкой в почву

Ключевые слова: РИС, СОЛОМА, ГЛУБИНА, БОРОНА, СКОРОСТЬ, ГУМИФИКАЦИЯ, АКТУАЛЬНОСТЬ, ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ Наукой и практикой [1] установлено, что в аграрном производстве Краснодарского края интенсификация возделывания сельскохозяйственных культур не даёт желаемого экономического эффекта, поскольку плодородие почвы [1] снижается, а это приводит к росту себестоимости (затрат ресурсов). Интенсивное земледелие за последние полвека привело к ежегодным потерям гумуса с пашни в среднем до 1,2 т/га, что изменило ее качественное состояние и сопровождалось деградацией почвенного покрова. Не менее сложная обстановка со снижением плодородия в рисоводстве. Проблема ухудшения плодородия рисовых почв в некоторой степени связана с резким снижением количества вносимых органических удобрений, в связи с изменением структуры производства рисоводческих хозяйств и сокращение или полная ликвидация животноводства. Одним из путей увеличения вносимых органических удобрений в рисоводстве является внесение рисовой соломы, которая в настоящее время в основном сжигается.

Существующие методики расчетов, позволяющие определять составы и режимы работы почвообрабатывающих и посевных агрегатов при возделывании сельскохозяйственных культур, не полностью удовлетворяют условиям конкретного поля, а также совокупности полей определенной зоны использования.

Увеличение объёмов производства риса влечёт увеличение побочной продукции [3]. После уборки на полях остаётся значительное количество незерновой части урожая риса. В настоящее время измельчение рисовой соломы в основном затруднено из-за её специфических особенностей и технически не отработанной схемы, что не позволяет использовать технологию утилизации НЧУ риса в качестве органического удобрения в производственных масштабах.

Если учесть, что у кубанских сортов соотношение зерна к соломе равно 1:0,8 то объём получаемой рисовой соломы, в крае в последние годы составляет 700−750 тыс.т. Учеными установлено 5 тоннами соломы на гектар пашни поступает примерно 20−35 кг азота, 5−7 кг фосфора, 60−90 кг калия, 10−15 кг кальция, 4−6 кг магния [4]. То есть, со снижением вносимой соломы, теряется огромные количества органики, почва недополучает необходимых элементов питания растений, что компенсируется внесением минеральных удобрений, а окружающей среде при этом наносится серьезный ущерб.

С целью решения проблемы утилизации нами были поставлены следующие задачи.

• 1. Проанализировать существующие агрегаты по заделки НЧУ.
• 2. Предложить усовершенствованное конструктивно-технологическое решение.
• 3. Определить глубину её заделки по степени гумификации.
• 4. Произвести оптимизацию рабочих параметров агрегата.

Реализация поставленных задач осуществляется следующим образом.

1. Анализ существующих схем использования НЧУ показал, что в настоящее время возможны следующие способы утилизации рисовой соломы, а именной можно применять её в качестве: подстилочного материала для нужд животноводства; источника получения биотоплива, в частности, биогаза; получения топлива, в виде сжигания гранулированной соломы; теплоизоляционного материала в строительстве; получения высококачественной бумаги, получения органического удобрении, сжигание в чеках.

Из всех перечисленных способов наибольшее распространение нашло только сжигание рисовой соломы в чеках. Принято считать, что сжигание является наиболее простым и радикальным способом освобождения чеков от пожнивных остатков для проведения последующих послеуборочных работ, а также как приём борьбы с болезнью риса — перикуляриозом.

Но практическая польза от такого способа утилизации соломы низкая. При сжигании соломы и стерни наносится непоправимый урон самой почве, на которой сжигают солому.

Наиболее перспективным, экологически целесообразным и безопасным можно считать только способ утилизации рисовой соломы путём заделки измельчённых остатков в почву. Но для этого её необходимо измельчить, разбросать по полю и заделать в почву на глубину 0 — 0,20 м.

Для заделки на практике применяют следующие почвообрабатывающие агрегаты: дискаторы БДМ-6×4П, лущильники ЛДВ-4, почвенные фрезы ФН-2.8, плуги ППО-5/5−35.

Недостатками данных машин является забивание рабочих органов, набивание перед рабочими органами НЧУ, низкая эксплуатационная надежность из-за сложной конструкции, а также высокая энергоемкость процесса заделки.

Поисковыми исследованиями установлено, что для повышения эффективности заделки НЧУ, наиболее целесообразно на заделки соломы в чеках использовать устройство навесного типа, сочетающее в себе возможности ротационной ножевой бороны, и почвенной фрезы.

В качестве анализа выбираем ротационную ножевую борону БРН-3.0 (Рис. 1).

Рисунок 1 — Ротационная ножевая борона БРН-3.0:

а — схема, в — фото Новыми элементами агрегата являются рабочие органы, ротационно-ножевая борона представляющие собой ножи, закрепленные на диске, которые тангенциально закреплены к горизонтальной поверхности диска и располагаются под углом к продольной оси агрегата, при этом они имеют способность самоочищаться при помощи чистиков.

Борона состоит из: передней и задней секций рабочих органов (дисков диаметром 520 мм) с тангенциально направленными ножами.

Первый ряд дисковой батареи предназначен для первичной операции подрезания стерни и перемешивания ее с почвой. Второй ряд дисков батареи завершает процесс заделки соломы и обработки.

Рамки секций не разъемные, ширина захвата бороны- 3 м. Угол атаки рабочих органов передней секции 23°, задней 20°. Для навески на трактор борона оборудована навесным устройством.

С помощью такой бороны также легко уничтожается сорная растительность, одновременно измельчаются пожнивные остатки сельскохозяйственных культур. Осуществляется предпосевная обработка почвы, дробятся комья, и прикатывается поверхностный слой почвы.

После обработки ротационно ножевой бороной, поверхность поля покрывается мульчирующим слоем, предотвращающим испарение влаги с поверхности почвы. Прикатывание обеспечивает выравнивание поверхности почвы, измельчение комьев и уплотнение верхнего слоя. Это особенно важно перед проведением посева культур, что повышает производительность и расширяет технологические возможности бороны.

Определение глубины заделки соломы выполняем путем оценки качества гумификации исследовательским методом.

Методика определения качества гумификации соломы на разной глубине, включала в себя выбор место проведения опыта на рисовом чеке (Рис.2).

Рисунок 2- Схема опыта:

асхема заделки рисовой соломы, в — схема закладки соломы Для этого выбираем отдельный участок на рисовом чеке, ограждали его вешками и делили его на три отдельных части — А, В, С, площадью один квадратный метр, измельченная солома закладывалась на разную глубину в слои почв в интервале от / вариант, А — 0 — 0.07м., вариант В — 0.0.7 — 0.14м. и вариант С — 0.14 — 0.2м. /.

Солома была измельчена до размеров 30−70мм. Масса соломы вносится на каждую делянку, принималось эквивалентной урожайности 7.0 т/га., что соответствовало 700 гр. на 1 м². на делянке, А вручную равномерно снимался слой почвы70мм. на дно укладывалась москитная сетка и на неё равномерно раскладывалась солома. Затем сетка с соломой закрывалась раннее вынутой измельчённой до фракции 50−70мм. почвой. Поверхность делянки выравнивалась. Аналогично образом и на делянках В и С. Повторность опытов трехкратная.

Весной перед началом предпосевных обработок — 25 марта москитные сетки извлекались. Аккуратно удалялся слой почвы, с сеток собирались негумифицированные части соломы, которые взвешивались на электронных весах, с точностью до 0.1г. Степень гумификации определяли отклонением массы негумифицированных остатков соломы к первоначальной массе.

где Г — степень гумификации %.

m — масса соломы до заделки, гр.

m_к — масса неразложившейся соломы, гр.

Результаты исследований представлены таблице 1.

Таблица 1 — Экспериментальные данные по степени гумификации рисовой соломы.

На основе данных, представленных в таблице 1, строим функцию графика изменения степени разложения рисовой соломы (гумификации) от глубины ее заделки (Рис.3).

Рисунок 3 — График изменения степени разложения рисовой соломы, от глубины заделки.

В результате аппроксимации зависимости степени гумификации рисовой соломы от глубины её заделки получили функцию,.

где: xx — это глубина заделки в м.

Данная функция была проверена по критерию Кохрена на адекватность:

G_p=0.832.

G_t=0.924.

Анализируя график зависимости степени гумификации от глубины заделки НЧУ приходим к выводу что заделку необходимо проводить в пределах глубины заделки от 0.11 до 0.16м, при этом процент гумификации достигает 79.8%.

При проведении экспериментальных исследований ротационной ножевой бороны на заделке НЧУ риса в почву определяем скорость при которой процент заделанной соломы будет максимальным.

Результаты исследований сводим в таблицу 2 и определяем усредненные значения, по которым строим график (Рис 4).

Таблица 2 — Экспериментальные данные.

Рисунок 4 — График степени заделки рисовой соломы в почву в зависимости от скорости движения рабочей машины, %.

В результате аппроксимации кривой зависимости степени заделки от скорости движения получили функцию которая имеет следующий вид:

незерновой урожай заделка почва.

Y (xx)=B4+B3· xx+B2·xx² +B1· xx³ +B0· xx⁴

где: xx — это количество заделанной соломы, %.

Данная функция была проверена по критерию Кохрена на адекватность:

G_p=0.797.

G_t=0.816.

Анализируя график зависимости степени заделки рисовой соломы от скорости, приходим к выводу, что заделка НЧУ лучше всего происходит в пределах рабочих скоростей агрегата от 7.5 до 8.5 км/ч., при этом степень заделки от общей массы достигает максимального значения 94.4%.

Выводы

• 1. Запасы незерновой части урожая риса в Краснодарском крае велики, ежегодно при площади посева 130−150 тыс.га. в рисовых чеках остаётся около 572−975 тыс.т. рисовой соломы, эффективного органического удобрения. Использование рисовой соломы в качестве органического удобрения является наиболее целесообразным способом утилизации НЧУ риса, который обеспечивает сохранение почвенного плодородия, приводит к накоплению свободного азота и, как следствие, к повышению урожайности риса без внесения минеральных удобрений, стоимость которых в настоящее время весьма высока. Заделка в почву всего объёма полученной рисовой соломы эквивалентно внесение в почву азотного удобрения в количестве 5850−6750 т, что в переводе на денежный эквивалент в масштабах Краснодарского края составит 305,955−353,025 мл. рублей.
• 2. Наиболее приемлемым вариантом решения проблемы механизации процесса заделывания рисовой соломы является использование бороны ротационной БРН 3.
• 3. Экспериментальными исследованиями установлены следующие параметры процесса заделки:
  • — глубина заделки 110−160мм. при этом процент гумификации составляет 79,8%.
  • — степень заделки НЧУ на глубину 70−80 мм. обеспечивается при рабочей скорости бороны БРН-3 от 7.5 до 8.5 движением бароны РНБ-3.0 в приделах скоростей от 7.5 до 8.5 км/ч., при этом степень заделки от общей массы будет максимальной и равна 94.4%.

• 1. Петрова Л. Н., Липкович Э. И., Зайцев Д. К. [и др.]; Ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур на Ставрополье: рекомендации / Эксперт. совет при М-ве сел. хоз-ва Ставропол. Края. — Ставрополь, 2006. — 24 с.
• 2. Тишков А. А., Кольцов А. В., Физиологические основы питания риса. 1995 г.
• 3. Мишустин Е. Н. Использование рисовой соломы как органического удобрения под культуру риса / Агрохимия.-1975.-Вып № 7. — С.80−87
• 4. Алёшин Е. П. Влияние формы азотного удобрения и способы его внесения при заделке соломы на биологическую активность почвы и урожайность риса // Бюл. НТИ ВНИИ риса.-1981.-Вып.ХХХI. — С. 49.
• 5. Мельников С. В. [и др.]. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов /- 2-е изд. перераб. и доп. — Л.: Колос, 1980. — 168с.: 6 ил.