СПОСОБ ПОСЕВА СЕМЯН ТРАВ И КУСТАРНИКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПАСТБИЩ Российский патент 2004 года по МПК A01C7/00 A01C5/00 A01B49/06 

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, в частности, к элементам технологии улучшения и создания пастбищ на аридных и полупустынных территориях.

Известен способ улучшения полупустынных пастбищ, включающий полосное рыхление, посев трав семян в эти полосы и прикатывание засеянных рядов, в котором, с целью повышения продуктивности пастбищ, улучшения ботанического состава травостоя и противоэрозионной защиты почвы, подсев трав производят в борозды глубиной 0,03-0,06 м разнорядковым способом, причем в сентябре подсевают два вида доминирующих злаковых культур с междурядьями 1,4 м, а затем в эти междурядья в ноябре подсевают два вида маревых свежеубранными семенами путем чередования злаковых и маревых рядков с междурядьями 70 см (SU, авторское свидетельство №1558321, А1, М.кл⁵ А 01 С 7/00, А 01 В 79/02, 49/06. Способ улучшения полупустынных пастбищ и устройство для его осуществления /В.Х.Малиев, И.М.Боташев, В.А.Филоненко и др. (СССР). - Заявка №4443095/31-15; заявлено 16.05.1988; опубл. 23.04.1990, бюл. №15 //Открытия. Изобретения. - 1990. - №15).

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает запаса влаги в верхнем слое почвы, достаточного для произрастания подсеянных злаковых трав (житняка сибирского, прутняка и волоснеца ситникового) и маревых (камфоросма). Выпавшие в период посева осадки скатываются в локальные понижения рельефа местности по колее трактора. Часть всходов погибает из-за засыпания колеи верхним смываемым слоем почвы (твердым осадком при стоке выпавших дождей).

Известен способ посева семян, включающий образование борозды с последующим ее углублением, подачу семян на дно борозды и закрытие их разрыхленным слоем почвы, в котором, с целью повышения качества посева за счет улучшения условий прорастания семян на необработанных почвах, углубление борозды производят путем срезания с ее дна слоя почвы высотой h, определяемой из соотношения

где b_н - начальная ширина борозды;

b_к - конечная ширина борозды;

θ - угол скалывания почвы,

при этом срезанный слой почвы рыхлят и закрывают им семена (SU, авторское свидетельство №1371561, А1, М.кл.⁴ А 01 С 7/00. Способ посева семян /Л.Г.Шкеопу (СССР). - Заявка №3861245/30-15; заявлено 25.12.1984; опубл. 07.02.1988, бюл. №5 //Открытия. Изобретения. - 1988. - №5).

К недостатку данного способа посева применительно к решаемой нами проблеме относится узкополосная обработка почвы на сплошном рельефе пастбищ или лесомелиоративных угодий. Поставленная задача технологически невыполнима имеющимися в производстве техническими средствами.

Известен также способ противоэрозионного сева, включающий образование в почве борозды, смешивание почвы с высеваемыми семенами, помещение этой смеси в борозду и последующее прикатывание, в котором, с целью повышения эффективности борьбы за счет улучшения условий укоренения всходов, глубину борозды Н определяют из зависимости

H≥h+1,

где h - толщина слоя почвы, выдуваемого за период от посева семян до укоренения всходов;

1 - глубина допустимой заделки семян в почву,

прикатыванием внесенную смесь уплотняют до толщины, равной 1 см, а борозду преобразуют в корытообразную при соотношении ее ширины L к глубине H₁ от 7 до 14 (SU, авторское свидетельство №1586557, А1, М.кл⁵ А 01 С 7/00, А 01 В 79/02. Способ противоэрозионного сева /А.С.Манаенков, В.И.Петров, Н.С.Зюзь и Н.А.Прозоров (СССР). - Заявка №4490429/30-15, заявлено 04.10.1988; опубл. 23.08.1990, бюл. №31 //Открытия. Изобретения. - 1990. - № 31).

К недостаткам данного способа относится то, что в аридных условиях с высокой степенью дефляции верхнего слоя почвы и острым дефицитом влаги корытообразная форма борозды не способствует накоплению влаги. Для перемешивания семян с частью заимствованной с рядка почвой требуются дополнительные технические средства. В описанных желобах (корытах) семена, их ростки и всходы не защищены от прямых солнечных лучей и ветра. Запасов почвенной влаги в корнеобитаемом слое недостаточно для создания устойчивых локальных агроценозов. Описанный способ имеет ограниченные функциональные возможности.

Известен способ создания пастбищ аэросевом семян кияка нормой 2-4 кг/га при их 100% всхожести на поверхности предварительно обработанных лент (борозд), высев ведут на высоте 10-20 м над землей, при этом ширина распределения шлейфа семян на 10-20% превышает ширину засеваемых лент (борозд), а секундный расход семян определяют по формуле

Д=НВУ·10^-4, кг/с

где Н - принятая норма высева семян в пересчете на их фактическую всхожесть, кг/га;

В - ширина засеваемых лент (борозд), м;

У - крейсерская скорость полета самолета при аэросеве (см. Рекомендации по формированию лесопастбищ в аридной зоне. Разработчик - Всероссийский НИИ агролесомелиорации /Составители: В.И.Петров, К.Н.Кулик, А.Г.Терюков, А.С.Манаенков и др. - М., Волгоград, 2000, 42 с., с.12-14).

Недостатком данного способа является то, что для создания пастбищ требуется механическая обработка почвы в засеваемых лентах (бороздах). Заделка семян в почву носит случайный характер. Прорастание семян не превышает 30-40% от общего количества высеянных. К концу первого года вегетации на каждом квадратном метре остается не более 10-13% жизнеспособных растений. Этот способ создания аридных пастбищ имеет высокую себестоимость и требует значительных затрат на организацию и сам посев.

Известен способ восстановления деградированных и создания новых пастбищ, включающий формирование в верхнем слое почвы прерывистых, преимущественно в шахматном порядке, углублений-отпечатков, высев семян трав или кустарников разбрасыванием до или после формирования углублений-отпечатков по всей ширине полосы их формирования, при этом формирование углублений-отпечатков осуществляют посредством формообразующих зубцов треугольного профиля, размещенных на поверхности цилиндрического катка (см. статью Grassland revegetation by land imprinting a new option in desertification control /by Ray Anderson, US, Tuscon, Arizona / Desertification Control Bulletin. - 1987, Number 14, - United Nations Environment Programme, - pp.38-44).

К недостаткам данного способа относится то, что только 10-15% семян от общего количества высеянных расположены после посева в наиболее комфортной зоне - на дне формируемых углублений. Остальные 85-90% семян находятся на боковых поверхностях и вершинах углублений-отпечатков и подвержены негативному воздействию солнечных лучей и ветра. Это является причиной низкой всхожести семян и приводит к неоправданно высокому расходу дорогостоящего посевного материала. Положительной стороной данного способа является то, что для создания пастбищ посевом семян трав и кустарников не требуется предварительная обработка почвы и простота конструкции орудия (импринтера).

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - создание пастбищ путем посева семян трав и кустарников в формируемые в верхнем почвенном слое локальные понижения со специальным влагособирающим профилем без предварительной коренной обработки почвы.

Технический результат - создание устойчивых растительных агроценозов с высоким биопотенциалом, продуктивностью и кормовыми качествами путем размещения высеваемых семян в локальные понижения с наибольшим количеством доступной почвенной влаги и защитой семян и всходов от вредного воздействия суховеев и солнечных лучей в микрорельефе высеваемой полосы.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе посева семян трав и кустарников для создания аридных пастбищ, включающем образование локальных углублений деформацией верхнего слоя почвы, высев семян и их заделку в почву, согласно изобретению, каждое локальное понижение имеет эвольвентные боковые поверхности, образованные перемещением плоскости по направляющей, в качестве которой использована циклоида, описываемая параметрическими уравнениями вида

x=R(ϕ-Sin ϕ); у=R(1-Cos ϕ),

где R - радиус качения окружности, точки которой образуют циклоиду;

ϕ - угол поворота производящей окружности циклоиды,

при этом величина угла отклонения касательной к кривой профиля локального углубления в точке его пересечения с горизонтом верхнего слоя почвы от горизонтали больше угла трения высеваемых семян о боковые поверхности локального углубления, которые обладают тавтохронными свойствами, обеспечивающими полное смещение семян трав и кустарников в приямок, находящийся на линии пересечения этих боковых поверхностей, за промежуток времени

где g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н - высота углубления, м.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема процесса образования локального углубления на поверхности почвы аридных пастбищ (в направлении сева, продольно-вертикальная секущая плоскость).

На фиг.2 - расчетная схема выбора оптимальных параметров локальных углублений, в т.ч. и обоснования угла наклона касательной к верхней части профиля поверхностей локальных углублений.

На фиг.3 - графическая интерпретация аналитических расчетов по обоснованию оптимальных параметров рабочих элементов зубцов и величины угла α между боковыми гранями зубца рабочего органа орудия (импринтера).

На фиг.4 представлена конструктивно-технологическая схема орудия (импринтера) для импринтинговой обработки пастбищ, транспортное положение рабочего органа.

На фиг.5 - то же, в рабочем положении импринтера, вид справа.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Способ посева семян трав и кустарников для создания аридных пастбищ включает последовательное выполнение операций по образованию локальных углублений и высеву семян.

Локальные углубления 1 создают деформацией верхнего слоя почвы реконструируемого пастбища. Каждое углубление имеет пересекающиеся криволинейные поверхности 2 и 3 (см. фиг.1), которые образованы перемещением точки В прямой BD боковой грани формообразующего зубца 4 рабочего органа орудия по направляющей циклоиде BE, описываемой параметрическими уравнениями вида

где R - радиус окружности, при качении которой точка В перемещается по направляющей циклоиде, м;

ϕ - угол поворота производящей окружности циклоиды, радиан.

Угол β между касательной МТ к верхней части профиля локального углубления и горизонтом почвы m n (см. фиг.1) имеет значение, большее угла трения высеваемых семян о верхний слой почвы до глубины Н. Этим достигается условие скатывания высеваемых семян в локальные углубления по поверхностям 2 и 3. Точки, лежащие на линии пересечения криволинейных поверхностей 2 и 3 образуют приямок 5 (т. В на фиг.1). В реальной конструкции приямок 5 образован двумя наклонными и уплотненными эвольвентными поверхностями. Каждая упомянутая поверхность реального локального углубления 1 обладает тавтохронными свойствами. Эти свойства обеспечивают полное смещение высеянных семян с поверхностей 2 и 3 под собственным весом в приямок 5 равноускоренно за промежуток времени, определяемый из выражения

где g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с²;

Н - высота углубления, м.

Описываемые эвольвентные поверхности обеспечивают также сбор влаги в приямки 5 даже незначительного количества осадков, приходящихся на всю площадь локального углубления на уровне поверхностного слоя почвы, обеспечивая тем самым их концентрацию в месте сосредоточения высеваемых семян.

Как правило, поделку локальных углублений 1 совмещают с высевом семян и их внедрением в слой почвы в приямках на глубину 1,5-2,0 см для семян злаковых многолетних трав и на глубину 3-5 см для семян полукустарников и кустарников. Внедрение семян в локальных углублениях 1 производят лопастными рабочими органами, кинематически синхронизированными с движением формообразующих зубцов 4 рабочего органа импринтера.

Заявленный способ высева семян для создания аридных пастбищ прошел широкие лабораторные, полевые исследования и производственную проверку.

Полевые исследования и производственную проверку выполняли с применением установки, представленной на фиг.4. Установка выполнена на базе прицепной тракторной тележки 6, на которой смонтированы пассивный ротационный рабочий орган 7, поворотное коромысло 8, силовой гидроцилиндр 9 и цистерна 10 с балластной водой. Семена на поверхности пастбищ высевали до обработки импринтером поверхностного слоя, во время поделки локальных углублений и после их поделки разбросным способом (высевом посредством приводных роторов разбрасывателя минеральных удобрений 1-РМГ-4).

Импринтер, описанное прицепное орудие агрегатировали с гусеничным трактором класса тяги 30 кН. Силовой гидроцилиндр 9 рукавами высокого давления соединяли с гидросистемой трактора.

При движении агрегата по обрабатываемому массиву ротационный рабочий орган 7 гидроцилиндром 9 переводят в рабочее положение (см. фиг.5). Вес тракторной тележки 6 и цистерны 10 с балластной водой оказывает воздействие через зубцы 11 на верхний слой почвы пастбищ. При перемещении агрегата на поверхности почвы образуются локальные углубления 1 (см. фиг.5).

Рассмотрим кинематический анализ процесса формообразования углублений с целью выбора оптимальных параметров рабочего органа импринтера.

Как уже было сказано, образование отпечатков в почве происходит принудительным вдавливанием зубцов 11 (фиг.4) в верхний слой почвы при качении рабочего органа на основе цилиндрического катка по ее поверхности. Поскольку диаметр цилиндра во многом определяет конструктивную схему орудия, а высота и угол между рабочими гранями отдельного зубца 11 в значительной степени влияют на геометрические характеристики отпечатка (углубления 1) и величину реакции почвы, отмеченные параметры рабочего органа импринтера были приняты в качестве основных.

На фиг. 2 приведена схема движения одного зубца 11 в рабочем процессе, который представлен как качение окружности радиуса R вершин зубцов 11 по воображаемой плоскости, расположенной ниже поверхности почвы на величину высоты Н зубцов 11 (при условии их полного заглубления). Поскольку рабочий орган импринтера является пассивным, то буксование и скольжение отсутствуют, а мгновенный центр вращения окружности находится на указанной плоскости. В целях упрощения дальнейших расчетов рассматриваем стадию выхода зубца 11 из отпечатка. В начальный момент радиальная ось зубца находится в вертикальном положении. После перемещения горизонтальной оси на некоторое расстояние L из точки А₀ в точку А, положение зубца определяется координатами вершины (точка В) x_B и y_B и углом отклонения оси ϕ:

При этом вершина зубца В описывает циклоиду, а передняя рабочая грань зубца совершает сложное движение и в каждый текущий момент отклонена от вертикали на угол γ, равный сумме углов ϕ и α/2, где α - угол между гранями зубца (условно названный углом заострения зубца). Абсцисса x_h точки пересечения оси зубца с горизонтальной прямой, расположенной на произвольном расстоянии h от плоскости качения, увеличивается до некоторого значения, после которого уменьшается. Учитывая выражение (3), можно составить следующее уравнение:

Дифференцируя выражение (4) с учетом того, что ϕ является функцией L, и приравнивая первую производную к нулю, можно определить значение угла ϕ_h, при котором x_h имеет экстремум:

откуда

или

Множество точек С (см. фиг.3) для различных величин h при положении оси зубца, задаваемом углом ϕ_h, составляет кривую профиля стенки отпечатка. Абсцисса l_h или плечо профиля при этом определяется выражением:

или после преобразований и с учетом (6)

Уравнение (7) позволило нам построить гамму профилей стенки отпечатка при различных параметрах рабочего органа R, α и H. Расчет произведен с помощью компьютерной программы инженерных расчетов на базе языка программирования "Фортран". На фиг.3 в качестве примера приведены профили для вариантов с контрастной градацией значений радиуса R (1100 и 550 мм) при углах заострения α, равных 45, 60 и 90°. Максимальная высота зубца принята равной 200 мм. Из диаграммы видно, что с уменьшением радиуса R склон профиля становится существенно положе при одинаковом угле заострения зубца. Это означает, что создание отпечатка с одинаковыми геометрическими характеристиками профиля в этом случае возможно при меньших значениях угла α, чем обеспечивается снижение сопротивления почвы внедрению зубца и, соответственно, возможность уменьшения массы орудия.

Очевидно, что точки профиля второй половины отпечатка расположены симметрично относительно вертикальной оси. При значении h, равном высоте зубца H, уравнение (7) позволяет определить ширину отпечатка на поверхности почвы, которая равна удвоенному значению l_П. Угол γ*, вычисленный при , задает величину угла максимального откоса стенки отпечатка.

Другой важной характеристикой, позволяющей оценить водоудерживающую способность отпечатка, является относительный коэффициент вместимости формируемого углубления К_v, определяемый делением площади поперечного сечения отпечатка S на ширину его на поверхности почвы. Площадь сечения S при изменении высоты зуба (величины заглубления) определялась численным интегрированием уравнения (7) по переменной h методом трапеций. Коэффициент вместимости интерпретируется как высота водяного столба осадков, приходящихся на площадь отпечатка, созданного зубцом призматической формы, и полностью заполняющих его. Для пирамидального зубца значение этого коэффициента в два раза меньше. В таблице даны расчетные значения некоторых характеристик профиля отпечатка при изменении конструктивных параметров рабочего органа.

Из приведенных в таблице цифр следует, что с увеличением высоты зубца коэффициент вместимости возрастает при всех значениях радиуса R. В то же время, величины К_v отпечатков, создаваемых рабочим органом малого и большого радиуса, при высотах зубца 120-160 мм отличаются незначительно (в пределах 3-7%). Изменение угла заострения зубца в пределах 45-60° при одном и том же радиусе также мало сказывается на величине К_V.

С целью определения углов наклона боковой стенки локального углубления, при которых разбрасываемые семена перемещаются по стенке углубления на его дно, были проведены лабораторные исследования указанного процесса. Исследования показали, что семена злаковых трав (пырей ползучий, житняк гребенчатый) при сбрасывании с высоты 4-5 см не задерживаются на почвенной поверхности, отклоненной от горизонтали на угол, больший 40°. При реализации заявленного способа посева семян указанное значение рекомендуется в качестве базового для угла отклонения касательной к верхней точке сечения профиля локального углубления от горизонтали.

Использование: в сельском и лесном хозяйстве, в частности в технологиях посева трав и кустарников для создания агроценозов в аридной зоне. Способ включает последовательное выполнение следующих технологических операций: образование локальных углублений, высев семян и их заделку. Локальные углубления производят деформацией верхнего слоя почвы. Каждое углубление имеет пересекающиеся криволинейные боковые поверхности. Последние образованы перемещением плоскости по направляющей, в качестве которой использована циклоида. Величина угла отклонения касательной к кривой профиля локального углубления в точке его пересечения с горизонтом верхнего слоя почвы от горизонтали больше угла трения высеваемых семян о боковые поверхности локального углубления. Боковые поверхности локального углубления, образующие в точках пересечения приямок, обладают тавтохронными свойствами. Эти свойства обеспечивают полное смещение семян в приямки за промежуток времени, определяемый из выражения где g - ускорение свободного падения, Н - высота углубления. Использование способа позволит создать устойчивые растительные агроценозы с высоким биопотенциалом, продуктивностью и кормовыми качествами. 5 ил., 1 табл.

Способ посева семян трав и кустарников для создания аридных пастбищ, включающий образование локальных углублений деформацией верхнего слоя почвы, высев семян и их заделку, отличающийся тем, что каждое локальное углубление имеет эвольвентные боковые поверхности, образованные перемещением плоскости по направляющей, в качестве которой использована циклоида, описываемая параметрическими уравнениями вида x=R(ϕ-Sinϕ); у=R(1-Cosϕ), где R - радиус качения окружности, точки которой образуют циклоиду; ϕ - угол поворота производящей окружности циклоиды, при этом величина угла отклонения касательной к кривой профиля локального углубления в точке его пересечения с горизонтом верхнего слоя почвы от горизонтали больше угла трения высеваемых семян о боковые поверхности локального углубления, которые обладают тавтохронными свойствами, обеспечивающими полное смещение семян трав и кустарников в приямок, находящийся на линии пересечения этих боковых поверхностей, за промежуток времени, определяемый из выражения где g - ускорение свободного падения, Н - высота углубления.