Научно-практическая конференция "Как влияет сельскохозяйственная техника на поверхность почвы"

МИНИСТЕРСТВО И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ  БУРЯТИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 «БУРЯТСКИЙ РЕСПУБЛИУАНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Научно-практическая конференция

На тему: «Как влияет сельскохозяйственная техника на поверхность почвы»

Выполнил: Филиппов Никита Алексеевич,

студент ГБПОУ «ЗАПТ» группы МСХП-3

Руководитель НПК:

Дансарунова Эржена Сергеевна,

преподаватель ГБПОУ «ЗАПТ»

г. Улан-Удэ

2020 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Влияние сельхозтехники на плотность почвы

1.1. Испытание на твердость

1.2. Поглощение энергии

1.3. Физико-механические свойства

1.4. Глубина воздействия

1.5. Типы почв

1.6. Количественное соотношение

2. Заключение

3. Список Литературы

ВВЕДЕНИЕ

Сельскохозяйственная техника используется в растениеводстве для возделывания, уборки и переработки культур. Разнообразие применяемых механизмов очень велико. Они могут быть самоходными или прицепными. Довольно часто эта техника имеет значительную массу и мощные двигатели внутреннего сгорания.

Воздействие сельскохозяйственной техники на природную среду заключается в уплотнении почвы, нарушении ее структуры при обработке, уничтожении почвообразующих микроорганизмов и различных беспозвоночных (дождевые черви), технологических потерях почвы, загрязнении почвы, воды и воздуха горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей, уничтожении животных и птиц.

Актуальность.

Выбор темы исследования был обусловлен тем, что с каждым годом нарушается защитный слой почвы при использовании сельскохозяйственной техники при обработки, посадки и сбора урожая (посевов), что приводит к ухудшению ее структуры. Эта проблема наиболее актуальна  для всей страны, в том числе и нашей республике. В земной поре, почве, в растениях встречаются горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей. В результате деятельности человека уже на протяжении многих десятков и сотен  лет происходит поступления горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей в почву, что привело к значительному увеличению содержания этих материалов в окружающей среде. Загрязнение почвы и растений горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей представляет серьезную угрозу  для здоровья людей.

Научная проблема. Научная систематизация и обобщение основных закономерностей изменений в почве под воздействием движителей тракторов, совершенствование технологий и повышения урожайности сельскохозяйственных культур за счет снижения уровня уплотнения и разрушения структуры почвы в процессе производства продукции растениеводства.

Новизна исследования заключается в комплексном подходе к проблеме сохранения плодородия почв путем улучшения агротехнической проходимости энергонасыщенных тракторов, анализе и обобщении теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

1. Выведены аналитические зависимости для расчета напряжений в почве при взаимодействии ее с пневматическим колесом.

2. Выявлены закономерности напряженно-деформационного состояния почв с учетом ее реологических свойств.

3. Установлены характер, степень деформирования, уплотнения и разуплотнения почв движителями энергонасыщенных тракторов.

4. Осуществлено теоретическое обобщение и определены параметры ходовых систем и движителей, эффективно снижающих уплотняющее воздействие на почву.

Цель работы – определить влияние сельскохозяйственной техники на поверхность почвы, в частности на почвенно-растительный покров, выявить ухудшение поступления горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей в почву.

Задачи исследования:

Подобрать методики исследования и  определить этапы работы.

Определить наличие поступления горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей в почву.

1. Влияние сельхозтехники на плотность почвы

Многим сельхозпроизводителям приходилось сталкиваться с проблемой повышения плотности почвы, вызванного воздействием движителей тракторов и других сельскохозяйственных машин, и последующим увеличением твердости земельного покрова. При этом величина уплотняемого слоя напрямую зависит от размеров ходовой системы техники и нагрузки на почву

Обычно мобильные аграрные машины утрамбовывают почву на глубину, превышающую пахотный слой, в результате чего при многократном воздействии уплотнение накапливается не только в этом горизонте, но и в подпахотном пласте. В результате происходит сдавливание внутри грунта пор, через которые проникаются воздух и вода, что приводит к негативным для сельхозпроизводителя последствиям.

1.1. Испытание на твердость

По причине вредного воздействия ходовых систем машинно-тракторных агрегатов на пахотные участки зачастую снижается урожайность сельскохозяйственных культур в следах тракторов: зерновых — на 10–15 процентов, а корне- и клубнеплодов — на 20–30 процентов. При этом суммарная площадь отпечатков движителей МТА обычно почти в два раза превышает размеры обрабатываемой поверхности. Повышение плотности почвы, вызванное воздействием движителей сельскохозяйственных машин, приводит к увеличению ее твердости в 2–3 раза. Кроме того, удельное сопротивление при обработке пахотного слоя после прохода тракторов возрастает на 15–65 процентов, а транспортных средств и комбайнов — на 60–90 процентов. При этом в результате многократного осуществления вспашки уплотнение накапливается как в пахотном, так и в подпахотном горизонте. Сильное спрессовывание грунта и образующиеся после прохода аграрных машин колеи могут приводить к плохой заделке семян, по причине чего значительно снижается биологический урожай сельскохозяйственных культур.

С целью изучения зависимости плотности разных слоев почвы от оказываемого на нее давления на основании теории распространения и поглощения энергии, а также для определения влияния числа осей ходовой системы на изменение плотности земельного покрова специалистами нескольких учебных заведений были проведены совместные исследования.

1.2. Поглощение энергии

Характер и закономерности уплотнения почвы зависят от размеров и режимов нагружения деформатора, а также от исходного состояния земельного массива. При наличии взрыхленного слоя в расчетах, как правило, допускают, что уплотняется лишь этот пласт. Анализ механико-математических моделей почв показывает, что для расчета утрамбовки больше всего подходит энергетический метод, учитывающий влияние закона поглощения энергии на изменение свойств земельного покрова. Кроме того, исследователь В. В. Кацыгин предложил принимать в расчет зависимость распределения энергии впереди деформатора.

Рис. 1. Схема образования ядра уплотнения в почве под движителем мобильной сельскохозяйственной техники: 1 — ядро уплотнения почвы; 2 — зоны сдвигов; 3 — площадки скольжения

При распространении энергии в пахотном горизонте происходит ее поглощение разными слоями почвы. В зависимости от интенсивности этого процесса меняется напряженное состояние грунта, то есть в нем возникает градиент напряжения. Сформировавшиеся напряжения являются обобщенными потенциалами, и их изменение вызывает трансформацию сопряженного с ним обобщенного заряда. Экспериментально было установлено, что при возникновении в почве градиента напряжения из всех физико-механических свойств наибольшей модификации подвергается плотность, поэтому ее можно принять в качестве обобщенного заряда. Таким образом, увеличение степени сжатия грунта при воздействии колеса, то есть движителя или деформатора, на пахотный и подпахотный горизонты является функцией напряжения почвы.

1.3. Физико-механические свойства

Для установления закономерности распределения напряжений по глубине необходимо учитывать, что при деформировании почвы наряду с ее уплотнением имеет место сдвиг. Зависимость между напряжением, обозначаемым σ, и деформацией, то есть h, подчиняется функции гиперболического тангенса, при этом интенсивность возрастания первого значения отстает от увеличения второго. Зависимость деформации сжатия, или уплотнения, неограниченного полупространства почвы, имеющей одинаковые физико-механические свойства по глубине, от напряжения пропорциональная. Максимальное искажение почвы каким-либо движителем определяется отношением несущей способности к коэффициенту объемного смятия. Затраченная, то есть поглощенная, на уплотнение почвы удельная энергия равна удельной работе, совершаемой деформатором при перемещении. Таким образом, приращение плотности грунта на определенном участке пропорционально градиенту напряжения, который, в свою очередь, соответствует действующему напряжению. То есть частное решение представляет собой закон распределения плотности по глубине деформированного полупространства.

1.4. Глубина воздействия

Проведенные специалистами исследования показали, что при воздействии на дерново-подзолистую легкосуглинистую почву влажностью 19,2 процента давлением 150 кПа плотность увеличивалась с 970 до 1260 кг/куб м. В этом случае зависимость между спрессованием земельного покрова совместно с деформатором и контактным напряжением в случае деформации бесконечного полупространства почвы была линейна. Также в ходе опытов было установлено, каким образом соотносятся коэффициенты распределения напряжений и объемного смятия почвы. С этой целью максимальную плотность участка при напряжении определяли из условия, что на сжатие эффективного слоя шел объем почвы с высотой, равной величине деформации уплотнения.

Таким образом, распределение напряжений и плотности по глубине не зависит от величины давления. Однако известно, что если давление достигает предела несущей способности почвы, степень сжатия в образовавшемся ядре уплотнения одинакова по глубине. Распределение плотности почвы по высоте уплотненного ядра в этом случае можно изобразить в виде прямой линии, параллельной оси ординат, что соответствует характеру протекания пластических деформаций. Поэтому при контактных напряжениях, близких к пределу несущей способности земельного покрова, плотность может отклоняться от пропорциональной. При сжатии сравнительно тонкого слоя грунта без возможности бокового расширения зависимость плотности почвы от удельного давления имеет вид экспоненты.

1.5. Типы почв

Специалистами в рамках исследований также было проанализировано соотношение деформации уплотнения и сдвига для разных типов почв. При влиянии нагрузкой на рыхлые грунты под подошвой штампа наблюдался четкий контур уплотненного ядра, а линии сдвига внутри массива обнаруживались лишь при достижении давлением величины, близкой к несущей способности почвы. При нагружении уплотненных песчаных участков на поверхности появлялись линии выпора уже при небольших деформациях, после чего формировалось уплотненное ядро. Относительная величина сдвига в общей осадке для данного случая оказывалась выше, чем для рыхлых почв. При повторном нагружении, то есть при проходе по одному следу от МТА с одинаковой нагрузкой, грунт дополнительно уплотнялся после передвижения каждого колеса машины. Величину уплотнения верхнего слоя связной почвы при повторных нагружениях можно было определить с использованием накопления повторных осадок для упрочняющихся почв.

1.6. Количественное соотношение

Заключающим этапом работы специалистов было исследование влияния количества осей ходовой системы сельхозтехники на следообразование и уплотнение почвы. Увеличение числа осей при одинаковой общей нагрузке вело к снижению степени сжатия верхнего горизонта и высоты уплотняемого слоя, при этом уменьшение уплотнения почвы ускорялось при большем количестве осей. Однако во всех случаях при использовании хотя бы четырех осей интенсивность убывания сжатия заметно сокращалась. Для слабо упрочняющихся почв эффект уменьшения глубины следа и прессования грунта при увеличении числа осей снижался по сравнению со следообразованием на сильно упрочняющихся почвах. Значения коэффициентов интенсивности накопления повторных деформаций, несущей способности и объемного смятия принимались на основании исследований.

Рис. 4. Зависимость глубины следа (–––) и уплотнения (- - - - ) слабо упрочняющейся почвы от числа осей: 1 – к_и = 2, 2 – к_и = 4, 3 – к_и = 6

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что степень уплотняющего воздействия ходовых систем на грунт можно оценивать с помощью величины плотности верхнего горизонта, характера распределения сжатия почвы по глубине и высотой уплотняемого слоя. При этом большее количество осей у сельскохозяйственных машин приводило к уменьшению уровня прессования верхнего слоя грунта. Однако при выборе техники и количества осей на ней следует учитывать тип почвы по степени ее упрочнения.

2. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы столь радикально изменили нашу среду,

что теперь для того, чтобы существовать

 в этой среде, мы должны изменить себя.

Н Винер.

Воздействие движителей современной техники на почву, уровень которого определяется реальным давлением на нее, приводит к значительному изменению по ее следам сопротивления почвы обработке и ее технологических свойств. Полученные данные показали, что сопротивление почвы вспашке по следам трактора увеличивается в 1,9 раза. С ростом числа проходов по одному следу тракторов до трех, сопротивление вспашке увеличивается до 80%.

Разработан новый комплекс экологически ориентированных мер и сформулирован принцип экономического развития и функционирования рациональных математических моделей деформирования почв, учитывающих наиболее существенные процессы, определяющие напряжения, деформации и время воздействия.

Информационно-аналитические и экспериментальные исследования позволили разработать новые математические модели для определения:

- давления колесного движителя с учетом реологических свойств почвы;

- напряжений в почве с учетом не только формы деформатора но и его микрорельефа;

Разработанные экологически совместимые ходовые системы позволили сформулировать концепцию достаточно эффективного решения проблемы воздействия движителей воздействия при реализации следующего:

- исключить до минимума повторные воздействия на почву путем изменения ширины колеи передних и задних колес;

- исключить влияние на процесс деформирования почвы параметров пневматического колеса, усугубляющих неравномерность давлений и напряжений в почве, путем установки накладного бандажа, снижающего до возможно малой высоту почвозацепов;

- обеспечить снижение давлений на почву в соответствии с ГОСТ 2695586 путем увеличения опорной площади, используя полугусеничный ход и дополнительные опорные колеса (третью ось, сдвоенные шины);

- обеспечить по возможности рациональное (равномерное) распределение массы машины по осям путем использования расположения дополнительных опорных колес, обеспечивающих перераспределение массы по осям (обычно у более нагруженной оси).

Снижение воздействия движителей на почву до допустимого уровня обеспечивает значительное улучшение физико-механических свойств почв по з следам движителей, определяемых улучшением показателей структурности на 220% и более, твердости в 2 и более раз а плотности на 14.26% и глубины колеи на 20.45%.

Анализ и обобщение результатов по изменению под воздействием движителей физико-механических характеристик почв позволили определить направления в модернизации существующих и вновь создаваемых машин, заключающееся в следующем:

- обеспечить допустимое по ГОСТ 26955-86 воздействие движителей существующих машин на почву;

- снизить до минимума проходы машин по одному следу;

- для каждого типа машин создать шины сверх низкого внутришинного давления увеличенной ширины и диаметра без развитых почвозацепов, с допустимым воздействием на почву по ГОСТ 26955-86;

- шире использовать рыхление почвы до глубины 50.70 см.

Необходимо отметить, что реализация требований ГОСТ 26955-86 на этапах создания и эксплуатации машин во многом определится изготовителем и пользователем техники.

3. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.Н.Устинов .Сельскохозяйственные машины.  -  М.: «Академия» 2016г.

 2. А.С.Кузнецов .Техническое обслуживание и ремонт автомобиля.  – М.: «Академия» 2016г. 

3. Агропочвоведение: Учебник/ Под ред. В.Д.Мухи. - М.: КолосС, 2004. - 528 с.

4. Основы сельского хозяйства: Учебное пособие./Под ред. И.М.Ващенко. - М.: Просвещение, 1987. - 576 с.

5. Шипилов М.А. Влияние уплотнения почвы на урожай. // Земледелие, 1982, №11, с.17.19.

6. Шехурдин А.П., Турулиев М.Я. Уплотнение почвы ходовыми аппаратами тракторов и машин. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства, 1974, №1, с.38.39.

Краткое описание документа:

«Как влияет сельскохозяйственная техника на поверхность почвы»

Тезисы работы,

«Профессия глазами студента» среди студентов профессиональных образовательных организаций среднего профессионального образования Республики Бурятия, посвященной 80-летию профессионального образования РФ

Сельскохозяйственная техника используется в растениеводстве для возделывания, уборки и переработки культур. Разнообразие применяемых механизмов очень велико. Они могут быть самоходными или прицепными. Довольно часто эта техника имеет значительную массу и мощные двигатели внутреннего сгорания.

Воздействие сельскохозяйственной техники на природную среду заключается в уплотнении почвы, нарушении ее структуры при обработке, уничтожении почвообразующих микроорганизмов и различных беспозвоночных (дождевые черви), технологических потерях почвы, загрязнении почвы, воды и воздуха горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей, уничтожении животных и птиц.

При проведении механизированных работ резко обостряется проблема техногенного воздействия ходовых систем сельскохозяйственной техники на почву. В результате проведения комплекса операций по возделыванию и уборке сельскохозяйственных культур почва подвергается многократному проходу ходовых систем различных машин. Суммарная площадь следов от движителей достигает 50 - 200% площади обрабатываемого поля, а плотность почв достигает (1,6 г/см³) величины, превышающей агротехнически допустимый предел, что приводит к снижению плодородия почв и урожайности зерновых культур на 20.30%, а последующая механическая обработка требует колоссальных затрат энергии, достигающих повышения на 18.20%. Повышение плотности и твердости почвы по следам движителей приводит к нарушению ее водного, воздушного и теплового режимов и, как следствие, ухудшению условий биологической активности растений, и поэтому тема исследования лично близка его автору.

Что такое нарушение структуры почвы и её плодородного слоя? Почему человечество подошло к экологическому критическому порогу, за которым дальнейшее бездумное использование природной среды и воздействия на нее грозят обернуться катастрофой как для агро-экосистемы, так и человечества в целом?

Земля производит более 90% продуктов питания и является главным богатством, но существует множество факторов, приводящих ее к вырождаемости. Деградация почв – это актуальная экологическая проблема нашего времени.

Человек за пару месяцев может уничтожить плодородный слой земли, который природа создавала веками: всему виной промышленная и сельскохозяйственная деятельность.

Ответы на эти вопросы автор попытался найти в ходе своего исследования.

Методы сохранения плодородных почв:

1) Для формирования одного сантиметра плодородного слоя почвы земля тратит порядка ста лет. Поэтому нужно уже сейчас задуматься о тех методах, которые помогут сохранить плодородность грунта

2) Рекультивация земель. Один из способов восстановления плодородности земли – это рекультивация. Обычно данный метод задействуют на: землях, которые загрязнены токсичными веществами, мусором.

3) Повышение эффективности использования в сельскохозяйственном производстве энергонасыщенных сельскохозяйственных тракторов путем совершенствования движителей для их агроэкологической совместимости с почвой.

нами же была поставлена цель исследования: определить влияние сельскохозяйственной техники на поверхность почвы, в частности на почвенно-растительный покров, выявить ухудшение поступления горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей в почву.

Для достижения поставленной цели нам необходимо было решить следующие задачи:

1. Подобрать методики исследования и определить этапы работы.

2. Определить наличие поступления горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей в почву.

Актуальность нашего исследования подтвердили результаты опроса проведенного нами в техникуме Закаменского района, студенты подтверждают, что с каждым годом нарушается защитный слой почвы при использовании сельскохозяйственной техники при обработки, посадки и сбора урожая (посевов), что приводит к ухудшению ее структуры. Эта проблема наиболее актуальна для всей страны, в том числе и нашей республике. В земной поре, почве, в растениях встречаются горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей. В результате деятельности человека уже на протяжении многих десятков и сотен лет происходит поступления горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей в почву, что привело к значительному увеличению содержания этих материалов в окружающей среде. Загрязнение почвы и растений горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей представляет серьезную угрозу для здоровья людей.

Таким образом, работа имеет практическую значимость.