Способ предпосевной обработки почвы и посева семян и устройство для его осуществления
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технологиям посева сельскохозяйственных культур и сельскохозяйственному машиностроению. Способ посева семян заключается в том, что сначала осуществляют предпосевное рыхление приповерхностного слоя почвы. Затем образуют борозды для семян во взрыхленной почве. Потом формируют на дне борозды на нетронутой почве уплотненное ложе. После чего осуществляют высев семян в борозду и их заделку взрыхленным слоем почвы из междурядий. Предпосевное рыхление приповерхностного слоя почвы осуществляют на глубину не более 7 см. Борозду и уплотненное ложе в ней формируют путем прокатывания катка. По взрыхленному слою почвы образуют борозду глубиной не более половины толщины взрыхленного приповерхностного слоя почвы и уплотненное ложе в виде гребня с острым углом при вершине, расположенной на дне борозды. Гребень формируют под давлением катка в нижней части взрыхленного слоя почвы. Основание гребня формируют на нетронутой почве. Устройство для посева семян выполнено в виде сеялки. Последняя включает бункер для семян, семявысевающий аппарат, бороздообразователь в виде одного или нескольких профильных катков. Они установлены на задней траверсе сеялки с расстоянием, равным расстоянию между рядами посевов. Сеялка также имеет заделывающий орган в виде загортача для засыпания семян мульчирующим слоем почвы. Он подсоединен к сеялке за профильными катками. Перед загортачем размещены высевающие трубки в одной вертикальной плоскости с профильными катками. Рабочая поверхность катков выполнена в виде клиновидного элемента. Высота клиновидного элемента составляет не менее 2 см. Ширина его вершинной части больше размера высеваемых семян. Отношение ширины катка к его диаметру составляет не более 1:30. Способ и устройство для его реализации позволяют создать малоэнергоемкую технологию посева семян, обеспечивающую увеличение урожайности зерновых за счет ускорения и увеличения полевой всхожести семян, создания оптимальных условий для роста и развития культурных растений и замедления всхожести сорняков. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к технологии предпосевной обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур и устройству для посева семян
Известны технология предпосевной обработки почвы и широкорядный способ посева семян (патент РФ №2086087, МПК А 01 С 7/00, опубл. 08.10.1997 г.)[1], включающий предварительную обработку почвы, образование в почве уплотненного ложа, укладку семян на уплотненное ложе, смещение с боков ложа почвы и ее вдавливание вместе с семенами в дно ложа, закрытие почвой ложа и уплотнение почвы катками с одновременным смещением в стороны верхнего слоя почвы и образование почвенных гребней.
Основным недостатком приведенного способа является глубокая заделка семян, что значительно снижает урожайность зерновых культур за счет нерационального использования энергетических запасов семян и создания условий для прорастания семян, аналогичных условиям прорастания сорняков в междурядьях. Кроме того, прикатывание почвы катками приводит к быстрому ее иссушению из-за отсутствия мульчирующего взрыхленного слоя почвы сверху уплотненного, в результате чего вегетативный период семян и растений происходит в недостаточно благоприятных условиях, что приводит к снижению всхожести семян и урожайности. Недостатком является высокая энергоемкость процесса.
Известен способ посева семян Ибрагимова (патент РФ №2185045, МПК А 01 С 7/00, опубл. 20.07.2002 г.) [2], включающий формирование борозд путем смещения почвы в сторону от направления движения на расстояние, равное расстоянию между семенами в рядке с образованием гребня, внесение в борозду удобрения, раскладку семян поштучно в образуемую в борозде щель, уплотнение почвы в борозде, смещение гребней в другую сторону от направления движения в ранее сформированную борозду с повторением операций образования борозд и гребней между ранее сформированными, внесение удобрений, раскладки семян и уплотнения, после чего поверхность почвы выравнивают, перемещая половину объема почвы из гребня в борозду для обеспечения посева семян в центре квадратной площади питания в уплотненное ложе.
Известно устройство для реализации вышеописанного способа посева семян (патент РФ №2185045, МПК А 01 С 7/00, опубл. 20.07.2002 г.) [3], включающее зернотуковый ящик, тукосемявысевающие аппараты и сообщенные с ними тукопроводы и семяпроводы, установленные на поводках два ряда рабочих органов в виде дисков, загортачи, размещенную за рабочими органами секцию катков и устройства для подъема. Диски имеют сферическую форму, попарно соединены осями и расположены параллельно друг другу с расстоянием, равным двухкратному расстоянию между семенами высеваемой культуры, и с углом атаки относительно направления движения, причем диски заднего ряда установлены с зеркальным углом атаки относительно дисков переднего ряда, при этом устройство дополнительно снабжено секцией катков, расположенной за передним рядом дисков, а загортачи смонтированы на оси основной секции катков, причем на поводках переднего ряда дисков смонтированы опорные колеса на каждую пару дисков.
Способ и устройство имеют следующие недостатки. Для культурного растения и для сорняков, расположенных в междурядьях, создаются одинаково благоприятные условия, так как плоское уплотненное ложе формируют по всей ширине рядов посевов. При таком способе посева осуществляются глубокая заделка семян в почву и слабая их аэрация в процессе прорастания вследствие вдавливания семян катком в искусственно уплотненное ложе.
Известен другой способ посева семян (патент РФ №2070370, МПК А 01 В 79/02, А01 С 7/00, опубл. 20.12.1996 г.) [4], включающий образование гребнистого профиля на нетронутой почве, укладку на вершины гребней семян, которые мульчируются тонким слоем, причем глубина гребнистого профиля равна расстоянию между вершинами соседних гребней.
Основным недостатком приведенного способа является то, что при формировании гребнистого профиля, при любых углах вершин гребней всегда происходит разрушение нетронутой почвы за счет сил трения сошняков о почву и зерно будет ложиться на взрыхленный грунт, а не на нетронутую почву. Кроме того, плотность нетронутой почвы, особенно на поверхности, куда укладывают семена, не всегда достаточно уплотнена для эффективного поднятия влаги по капиллярам к поверхности, так как на поверхности всегда имеются растительные остатки и мульчирующий слой, вследствие чего наблюдается недостаточный контакт семян с увлажненным капиллярным слоем почвы и, таким образом, плохое их снабжение влагой особенно в засушливый период.
Известен способ широкорядного посева семян (патент РФ №2143793, МПК А 01 В 79/02, 49/06, А 01 С 7/00, опубл. 10.01.2000 г.)[5], включающий образование гребнистого профиля на нетронутой почве, укладку на вершины гребней семян, которые вдавливают в вершины гребней с образованием уплотненного слоя почвы и мульчирование семян тонким слоем почвы. Причем угол при вершине гребня составляет 90-120 градусов.
Однако вышеприведенный способ имеет следующие недостатки. Уплотненный слой почвы (ложе) с зернами на каждом гребне имеет недостаточную плотность для обеспечения эффективного подвода влаги по капиллярной системе из-за большой ширины прикатывающих катков. Кроме того, к вдавленным в почву зернам резко уменьшается доступ воздуха вследствие того, что угол при вершине каждого гребня составляет 90-120 градусов. Другие геометрические параметры гребня (с более острой вершиной) и более плотным ложем для семян указанным способом создать сложно, т.к. формируемый гребень будет подвергаться разрушению.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ предпосевной обработки почвы и посева семян (авторское свидетельство СССР №1764544, МПК А 01 С 7/00, опубл. 30.09.92 г.) [6], включающий обработку поверхностного слоя почвы боронованием, образование борозды для семян путем сдвигания слоя почвы в межленточное пространство с одновременным подрезанием слоя почвы в межленточном пространстве без оборота пласта, уплотнение ложа, высев семян и их заделку путем обратного переноса смещенной в межленточное пространство почвы с образованием над семенами почвенного слоя высотой 4-5 см, который затем шлейфуют и прикатывают.
Основным недостатком приведенного способа-прототипа является глубокая заделка семян, что значительно снижает урожайность зерновых культур за счет нерационального использования энергетических запасов семян и создания неблагоприятных условий для проростания семян по сравнению с сорняками в междурядьях. Кроме того, прикатывание почвы катками приводит к быстрому ее иссушению из-за отсутствия мульчирующего взрыхленного слоя почвы сверху уплотненного, в результате чего вегетативный период семян и растений происходит в недостаточно благоприятных условиях, что приводит к снижению всхожести семян и урожайности.
Известно устройство для посева семян (патент РФ №2143793, МПК А 01 В 79/02, 49/06, А 01 С 7/00, опубл. 10.01.2000 г.) [7], содержащий сеялку точного высева и плоскорежущие лапы для рыхления почвы в междурядьях, установленные на поперечном брусе сеялки, ножи-гребнеобразователи для формирования скелетного гребнистого профиля слежавшейся почвы (с образованной в ней капиллярной системой) и установленные перед семяпроводами вдавливающие профилированные каточки, установленные на сошниках секций.
Однако вышеприведенное устройство имеет следующие недостатки. Вдавливающие каточки высевающего устройства должны иметь значительную ширину, иначе трудно попасть на гребень с уложенными зернами. В этой связи плотность грунта на гребне в уплотненном слое почвы с зернами недостаточна для обеспечения эффективного подвода влаги по капиллярной системе. Кроме того, к вдавленным в почву зернам резко уменьшается доступ воздуха вследствие того, что формируемый угол гребня при его вершине составляет 90-120 градусов. Другие геометрические параметры гребня (с более острой вершиной) и более плотным ложем для семян указанным устройством создать сложно, т.к. формируемый гребень будет подвергаться разрушению.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является сеялка (авторское свидетельство СССР №1445580, МПК А 01 С 7/00, опубл. 23.12.1988 г.) [8], включающая бункер для семян, семявысевающий аппарат, бороздообразователь, выполненный в виде одного или нескольких профильных катков, установленных на задней траверсе сеялки с расстоянием между катками, равным расстоянию между рядами посевов, и заделывающий орган в виде загортача для засыпания семян мульчирующим слоем почвы, подсоединенного к сеялке за профильными катками, перед которым размещены высевающие трубки семяпроводов в одной вертикальной плоскости с профильными катками.
Однако рабочая поверхность профильных катков сеялки-прототипа не обеспечивает формирования уплотненного ложа в виде гребня с острым углом при вершине, расположенной на дне борозды в нижней части взрыхленного слоя почвы и основанием гребня - на нетронутой почве, что приводит к нерациональному использованию энергетических запасов семян и созданию неблагоприятных условий для проростания семян по сравнению с сорняками в междурядьях. Плотность грунта в борозде на гребне в уплотненном слое почвы с зернами недостаточна для обеспечения эффективного подвода влаги по капиллярной системе.
Техническим результатом предлагаемых способа и устройства является увеличение урожайности растительных культур с низкими энергозатратами за счет уменьшения слоя предпосевного рыхления почвы, ускорения и увеличения полевой всхожести семян, создания оптимальных условий для роста и развития культурных растений, замедления всхожести сорняков и создания им в последующем неблагоприятных условий роста в междурядьях культурных растений.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе предпосевной обработки почвы и посева семян, включающем предпосевное рыхление приповерхностного слоя почвы, образование борозды для семян во взрыхленной почве, формирование на дне борозды на нетронутой почве уплотненного ложа, высев семян в борозду и их заделку взрыхленным слоем почвы из междурядий, согласно изобретению предпосевное рыхление приповерхностного слоя почвы осуществляют на глубину не более 7 см, борозду и уплотненное ложе в ней формируют путем прокатывания катка с рабочей поверхностью, выполненной в сечении в виде клиновидного элемента, по взрыхленному слою почвы с образованием борозды глубиной не более половины толщины взрыхленного приповерхностного слоя почвы и уплотненного ложа в виде гребня с острым углом при вершине, расположенной на дне борозды, гребень формируют под давлением катка в нижней части взрыхленного слоя почвы, а основание гребня - на нетронутой почве.
Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве для посева семян, выполненным в виде сеялки, включающей бункер для семян, семявысевающий аппарат, бороздообразователь, выполненный в виде одного или нескольких профильных катков, установленных на задней траверсе сеялки с расстоянием между катками, равным расстоянию между рядами посевов, и заделывающий орган в виде загортача для засыпания семян мульчирующим слоем почвы, подсоединенного к сеялке за профильными катками, перед которым размещены высевающие трубки семяпроводов в одной вертикальной плоскости с профильными катками, согласно изобретению рабочая поверхность катков выполнена в виде клиновидного элемента, высота которого составляет не менее 2 см, а ширина его вершинной части больше размера высеваемых семян, при этом отношение ширины катка к его диаметру составляет не более 1:30. Вес сеялки и каждого катка достаточен для заглубления его рабочего клиновидного элемента на глубину не более 3,5 см. Такое соотношение геометрических параметров катка обеспечивает оптимальные условия заглубления семян в почву. Заглубление рабочего клиновидного элемента на большую глубину нецелесообразно, т.к. семена при посеве попадают в менее благоприятные условия прорастания. Именно при таких условиях при прохождении катка стенки образовавшейся борозды не обрушиваются и зерно ложится на уплотненное ложе, образовавшееся от прохождения вершинной части клиновидного катка, соответствующей ширине зерен. Кроме этого, при таком заглублении зерен (глубина борозды не более 3,5 см) зерно сверху присыпается рыхлой почвой не более 2 см. Это позволяет сформироваться узлу кущения растения практически на поверхности, что приводит к значительной устойчивости растений к поражению грибковыми заболеваниями и гнилостными бактериями и обеспечивает увеличение урожайности. Практическое использование данной конструкции сеялки с вышеуказанными характеристиками катков с клиновидными элементами подтверждает заявленные существенные признаки изобретения.
Изобретение поясняется следующими графическими материалами. На фиг.1 показан культурный слой почвы: а - после формирования борозды с уплотненным ложем; б - после укладки семян; в - после заделки борозды мульчирующим слоем почвы. На фиг.2 представлена схема посевного агрегата. На фиг.3 изображен профилированный каток с рабочим клиновидным элементом. На фиг. 4 представлена схема загортача, выполненного в виде сети из металлических цепей, для заделки семян мульчирующим слоем почвы.
Способ осуществляют следующим образом.
Почву 1 предварительно обрабатывают путем взрыхления, например, культиваторами или тракторными боронами безотвальной вспашкой на глубину до 7 см. Далее по взрыхленному слою почвы 1 прокатывают каток 2 с рабочей поверхностью, выполненной в сечении в виде клиновидного элемента 3, с образованием борозды 4 глубиной не более половины толщины взрыхленного приповерхностного слоя почвы 1 и уплотненного ложа в виде гребня 5 с острым углом при вершине, расположенной на дне борозды. Гребень 5 сформирован под давлением катка 2 в нижней части 6 взрыхленного слоя почвы 1, а основание гребня 5 расположено на нетронутой почве 7. В борозду 4 высевают семена 8. Борозду 4 с семенами 8 заделывают мульчирующим взрыхленным слоем почвы 9 из междурядий и боковых стенок борозды, толщиной не более 1-2 см.
Ширина вершинной части клиновидного элемента 3 катка больше размера высеваемых семян. Например, для высева семян пшеницы ширина его составляет порядка 5 мм. Катки 2 создают на дно ложа давление порядка 5-20 кг на квадратный сантиметр, что позволяет сформировать под зернами профиль гребня 5 с мощной капиллярной системой. Гребень 5 опирается на нетронутую почву 7 с естественной капиллярной системой и естественной плотностью почвы. Плотность почвы в гребнях 5, возвышающихся над нетронутой почвой 7, постепенно возрастает от основания к его вершинам, так как давление катка 2 на вершину гребня 5 более чем в 10 раз превышает давление на нетронутую поверхность почвы 7. Таким образом, в гребнях 5 формируется концентрированная капиллярная система, которая особенно плотно располагается под посеянными семенами, а в междурядьях остается лежать взрыхленная почва 1 с разрушенной капиллярной системой. Все вышеперечисленное создает благоприятные условия для прорастания высеянных семян, а в последующем способствует развитию культурных растений с одной стороны и формирует неблагоприятные условия для развития сорняков в междурядьях.
В вышеперечисленных способах-аналогах [4 и 5] влага также собирается со всей ширины оснований гребня нетронутой почвы, но в предлагаемом способе за счет более уплотненного гребня 5 с острым углом при его вершине сформирована более мелкая капиллярная система, которая собирает влагу с большой площади и направляет более активно к каждому семени. Кроме того, в предлагаемом способе семена не вдавлены в уплотненное ложе, а лежат на нем, постоянно контактируя с влагой, что гораздо эффективней обеспечивает аэрацию семян в процессе прорастания и дальнейшего их роста по сравнению с вышеприведенными аналогами. Создание в предлагаемом способе значительно больших градиентов плотностей почвы в междурядьях и в гребнях 5 приводит к тому, что почва имеет гораздо большие градиенты теплопроводности и теплоемкости, что создает лучшие условия для конденсирования влаги из атмосферы днем и выпадения росы ночью. Роса является основным поставщиком не только воды для растений, но и питательных веществ из воздуха. Сверху семена прикрыты мульчирующим слоем, который не создает большого сопротивления всходам при прорастании и не дает испаряться влаге, концентрирующейся на глубине порядка 1-2 см. Причем площадь полос с семенами, на которых концентрируется влага, не превышает 7% от общей площади почвы. В междурядьях капиллярная система разрушена, поэтому находящиеся там семена сорняков прорастать не будут. Этот слой высыхает и является главным источником свежего воздуха, который является поставщиком дневной влаги, азота, углекислого газа и кислорода. Перед посевом почву взрыхляют на глубину до 7 см, потому что семена основной части сорняков (более 50%) располагаются на глубине до 7 см, а семена сорняков, лежащих в междурядьях ниже данной глубины, естественно будут отставать в развитии от культурных растений. Предлагаемый способ позволяет хорошо развиваться растению не только во время засухи, но и при обильных осадках, не лишая культурные растения доступа воздуха к его корневой системе. Кроме того, все вышеперечисленные факторы позволяют создавать благоприятные условия для развития как аэробных, так анаэробных почвенных бактерий, грибов и других микроорганизмов, что также приводит к увеличению урожайности полезных культур и повышению плодородия почвы.
Проведенные четырехлетние эксперименты на пшенице, ячмене и ржи подтверждают вышеприведенные доводы:
- всхожесть приблизилась к 100% теоретической всхожести семян;
- скорость проростания составляла не более 4-х дней даже в засушливый 2003 год;
- сокращена норма высева более чем на 20%, но при этом урожайность возросла в сравнении с контрольными посевами не менее чем на 30%.
Для реализации предлагаемого способа в части посева семян использовалось описываемое ниже устройство.
Устройство для посева семян выполнено в виде сеялки 10, включающей бункер 11 для семян, семявысевающий аппарат 12 с совмещенными семяпроводами и тукопроводами, соединенными с высевающими трубками 13, и бороздообразователь, выполненный в виде одного или нескольких профильных катков 14, установленных на задней траверсе 15 сеялки. Заделывающий орган выполнен в виде загортача, который представляет собой сетку 16, изготовленную из металлических цепей, ширина которой соответствует ширине сеялки (для засыпания семян мульчирующим слоем почвы), подсоединенным к сеялке за профильными катками 14. Каждая высевающая трубка 13 размещена перед загортачем за профильным катком 14 в одной с ним вертикальной плоскости. Расстояние между катками 14 соответствует расстоянию между рядами посевов. Рабочая поверхность профильных катков 14 выполнена в сечении в виде клиновидного элемента 17. Ширина катка 14 соответствует ширине формируемой борозды, а высота рабочего клиновидного элемента 17 катка соответствует глубине формируемой борозды.
Отношение ширины (В) катка (фиг.3) к его диаметру (Д) составляет не более 1:30, высота (Н) рабочего клиновидного элемента 17 катка составляет не менее 2 см, а ширина (с) вершинной части клиновидного элемента катка больше размера высеваемых семян. Вес сеялки и каждого катка 14 достаточен для заглубления его рабочего клиновидного элемента 17 на глубину не более 3,5 см. Такое соотношение геометрических параметров катка обеспечивает оптимальные условия заглубления семян в почву. Заглубление рабочего клиновидного элемента на большую глубину нецелесообразно, т.к. семена при посеве попадают в менее благоприятные условия прорастания.
Конкретный пример выполнения устройства. Для этого взята сеялка зернотуковая прессовая СЗП-3.6 А, в которой убраны дисковые сошники, вместо которых установлен бороздообразователь: ряд катков 14 с рабочими клиновидными элементами. За каждым катком 14 на поперечине закреплены высевающие трубки 13 семяпроводов, расположенных в створе катков 14. За катками 14 на кронштейнах прикреплен загортач, выполненный из цепей СЗЮ 01.030 или СЗЮ 01.100, который обычно использовался при работе сеялки СЗП-3.6 А 1 (без прикатывающих катков).
Устройство (сеялка) работает следующим образом. Засыпанные в зерновое отделение зернотукового ящика 11 семена и в туковое отделение - удобрения заполняют самотеком приемные камеры высевающих аппаратов 12. При движении сеялки 10 (по предварительно вспаханному полю на глубину не более 7 см) с включенным сцеплением катушки зерновых и туковых высевающих аппаратов 12, вращаясь, захватывают семена и удобрения и выбрасывают их в воронки семяпроводов. По семяпроводам семена и удобрения поступают в высевные трубки 13 и затем, скатываясь, попадают на дно борозд, образуемых клиновидными катками 14 в почве. Заделка семян и удобрений производится осыпью почвы со стенок борозд и с междурядий загортачем, выполненным в виде сетки 16 из цепей.
С помощью описанной выше сеялки может быть осуществлен посев не только зерновых культур, но и семян кормовых трав, семян бобовых культур, семян моркови, свеклы и картофеля. Посадка картофеля клубнями потребует конструктивного изменения размеров сеялки, которые не связаны с ее принципиальной кинематической схемой.
Предлагаемое изобретение может быть использовано как в крупных, так и в мелких фермерских хозяйствах.
1. Способ предпосевной обработки почвы и посева семян, включающий предпосевное рыхление приповерхностного слоя почвы, образование борозды для семян во взрыхленной почве, формирование на дне борозды на нетронутой почве уплотненного ложа, высев семян в борозду и их заделку взрыхленным слоем почвы из междурядий, отличающийся тем, что предпосевное рыхление приповерхностного слоя почвы осуществляют на глубину не более 7 см, борозду и уплотненное ложе в ней формируют путем прокатывания катка с рабочей поверхностью, выполненной в сечении в виде клиновидного элемента, по взрыхленному слою почвы с образованием борозды глубиной не более половины толщины взрыхленного приповерхностного слоя почвы и уплотненного ложа в виде гребня с острым углом при вершине, расположенной на дне борозды, причем гребень формируют под давлением катка в нижней части взрыхленного слоя почвы, а основание гребня - на нетронутой почве.
2. Устройство для посева семян, выполненное в виде сеялки, включающей бункер для семян, семявысевающий аппарат, бороздообразователь, выполненный в виде одного или нескольких профильных катков, установленных на задней траверсе сеялки с расстоянием между катками, равным расстоянию между рядами посевов, и заделывающий орган в виде загортача для засыпания семян мульчирующим слоем почвы, подсоединенный к сеялке за профильными катками, перед которым размещены высевающие трубки семяпроводов в одной вертикальной плоскости с профильными катками, отличающееся тем, что рабочая поверхность катков выполнена в виде клиновидного элемента, высота которого составляет не менее 2 см, а ширина его вершинной части больше размера высеваемых семян, при этом отношение ширины катка к его диаметру составляет не более 1:30.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вес сеялки и катков достаточен для заглубления его рабочего клиновидного элемента на глубину не более 3,5 см.
