Гусеничные системы помогают ноутильщикам решать проблему переуплотнения почв

Модельная линейка гусеничных систем для сельскохозяйственных машин постоянно расширяется. Если 15 лет назад в основном продавались гусеничные системы для комбайнов, то сейчас нередко встречается переоборудование гусеничным ходом тракторов, прицепов и других типов техники. Тем не менее, прогресс не имеет точки завершения, и гусеничное оборудование для новых типов сельскохозяйственных машин продолжает появляться по всему миру с завидным постоянством.
Европейские, российские, азиатские аграрии используют системы гусеничного хода главным образом для повышения проходимости своих самоходных машин. Однако, исторически сложилось так, что наиболее широкое распространение гусеничные системы получили в Северной Америке. Дело в том, что именно в Северной Америке наиболее активно используется выращивание сельскохозяйственных культур по технологии no-till, а гусеничные системы действительно помогают фермерам, практикующим no-till сохранять качество почв и повышать урожайность.
Для аграриев, использующих технологию no-till, решение проблемы переуплотнения почв имеет определяющее значение. Причина очевидна. Работая по данной технологии, сельхозпроизводители не производят вспашку своих полей. Постоянное использование тяжелой техники приводит к тому, что почвы подвергаются серьезному давлению и переуплотняются в местах прохода тракторов, комбайнов и т.д. в большей степени, чем почвы, подвергающиеся вспашке и глубокому рыхлению. Известны случаи, когда за 7-8 лет обработки полей по технологии no-till  на колесной технике почва полностью утрачивала свою структурность, а вместе с ней способность впитывать влагу и проводить воздух. Нет необходимости говорить, что такая почва абсолютно непригодна для сельскохозяйственного производства. Это очевидно.
Негативное влияние уплотнения почвы на урожайность, недостаточное развитие корневой системы растений и слабое усвоение ими питательных веществ повсеместно вызывает растущую обеспокоенность у сельхозпроизводителей вне зависимости от того, какие технологии выращивания сельхозкультур они используют, особенно с учетом продолжающегося «утяжеления» сельскохозяйственного оборудования.
Если после Второй мировой войны немногие сельскохозяйственные машины весили более 4,5 тонн, то сегодня тракторы весом 15–20 тонн не являются редкостью. Загруженный одноосный зерновой бункер на 45 кубометров легко опрокидывает стрелку весов за значение в 20 тонн.
«В некоторых случаях эти тяжелые машины могут уплотнять почву на глубину до 1,2 м», - говорит преподаватель Университета Миннесоты Джоди Де Джонг-Хьюз. «Это скрытое глубокое уплотнение может быть постоянным, и оно может влиять на урожайность в течение многих лет».
«Исследования, проведенные в Северном кукурузном поясе США в 1988-2002 гг., показали, что из-за глубоко уплотненных почв урожайность кукурузы и сои снижалась на 5-6% в течение 12 лет по сравнению с неуплотненным контрольным участком, даже несмотря на то, что в течение этих двенадцати лет дальнейшего уплотнения не было», - говорит сельскохозяйственный консультант Рэндалл Ридер, инженер-консультант Университета штата Огайо в отставке.
В другом четырехлетнем полевом исследовании, проведенном в Индиане компанией The Mosaic Co., урожайность сравнивалась между уплотненным полем и смежным неуплотненным. Процентное снижение урожайности кукурузы, связанное с уплотнением, составило 55% (!!!) в первый год, и еще 4% спустя 4 года.
«Глубокая обработка почвы может снять часть проблем, связанных с уплотнением», - объясняет Ридер, но он говорит, что до 80% эффекта уплотнения в полевых условиях возникает за один проход тяжелой техники. “И, если в поле возобновится работа колесных машин, то к концу второго года большая часть имевшегося уплотнения будет восстановлена”.
Де Джонг-Хьюз говорит, что исследования, проведенные в Миннесоте, показывают, что движение сельскохозяйственной техники весом менее 10 тонн на ось обычно создаёт поверхностное уплотнение, затрагивающее верхние 15-20 см пахотного слоя, которое может быть  устранено путем поверхностной обработки почвы, сокращения количества проходов техники по полю и посадкой глубоко укореняющихся бобовых покровных культур.
Почвоведы утверждают, что, несмотря на тот факт, что некоторые типы почв являются более стойкими к уплотнению по сравнению с другими, тем не менее, все почвы могут подвергнуться значительному уплотнению, особенно, если они подвергаются обработке, будучи влажными.
“Вода действует как смазка, позволяя давлению сдвигать частицы почвы”, говорит Де Джонг-Хьюз. “Наибольшее уплотнение происходит, когда влажность почвы близка нормальной полевой влагоёмкости, или при содержании влаги около 22%”.

Что такое уплотнение?
Уплотнение является сокращением порового пространства между структурными единицами почвы: частицами глины, ила и песка. Данное увеличение объемного веса почвы уменьшает объем циркуляции воздуха в её верхних слоях и снижает уровень содержания кислорода, необходимого для интенсивного роста корней, а также для жизнедеятельности здоровых почвенных микроорганизмов.
Кроме того, когда частицы почвы уплотняются, скорость инфильтрации и дренажа воды значительно снижается, в результате чего почва не способна удерживать количество воды, достаточное для снабжения сельскохозяйственных культур питательными веществами в засушливые периоды.
Уплотненные почвы также являются плохо дренированными, что приводит к  их высокой насыщенности влагой, особенно, во влажные периоды года. В это время анаэробные бактерии разрушают азот почвы, высвобождая его из корневой зоны путем денитрификации.
«Плохо осушенные почвы также более подвержены эрозии в условиях сильного поверхностного стока», - говорит Рэнди Рапер, инженер по сельскому хозяйству и директор сельскохозяйственной экспериментальной станции государственного университета Оклахомы.
“Пропорции твердых частиц, воды и воздуха в данном образце почвы зависят от текстуры почвы, но, как правило, илисто-глинистая почва составляет около 50% твердых частиц и 50% пустого пространства для воздуха и воды. Когда поле сильно уплотнено, эта пустота для воздуха и воды может составлять всего 10%. Зачастую такого сокращения пор почвы достаточно, чтобы вызвать значительную потерю урожая », - говорит Рапер.
Большинство почвоведов согласны с тем, что поверхностное и глубокое уплотнения имеют разные причины, но оба типа уплотнения почв связаны с движением тяжелой техники по полям. Де Джонг-Хьюз говорит, что неглубокое уплотнение является в основном результатом контактного приложения силы, воздействующей непосредственно на почву шинами или гусеницами самоходной техники.
В этой статье мы даже не будем сравнивать гусеничные системы с сельскохозяйственными шинами обычной конструкции. Давление, создаваемое такими шинами в 8 раз больше давления гусеничных движителей. Совсем другое – современные шины. Они были созданы как конкуренты гусеницам. Давайте разберёмся, кто выиграл на этом конкурентном поле.
“Как показывает практика, давление в шинах современной радиальной конструкции равно контактному давлению шины на почву. Трактор с давлением в шинах  0,84 кг/см² будет оказывать давление примерно 0,84 кг/см²  на почву в зоне покрытия шины.
“Аналогично, контактное давление гусеничного транспортного средства будет рассчитываться по общему весу в килограммах собственно транспортного средства и веса навесного оборудования, которое оно может нести на своей трёхточке, деленному на общее число квадратных сантиметров посадочной площади гусениц», - говорит Де Джонг-Хьюз.
«В качестве примера можно привести трактор весом 8 000 кг на гусеничном ходу размером 56x215 см, который оказывает контактное давление на почву в 0,34 кг/см², по сравнению с трактором с таким же весом на сдвоенных шинах, который обеспечивает давление на почву 1,48 кг/см². Эта разница была выявлена в наших исследованиях по уплотнению». Однако глубокое уплотнение грунта больше связано с нагрузкой на ось, чем с контактным давлением, говорит Шурд Дуйкер, доцент кафедры возделывания почвы и прикладной физики почвы в Университете штата Пенсильвания.
Глубокое уплотнение, являющееся обычно постоянным, формируется, когда осевые нагрузки сельскохозяйственных транспортных средств составляют больше, чем 10 тонн на ось — и не важно, оборудована машина шинами или гусеницами, говорит он.
«Чтобы избежать уплотнения грунта, поддерживайте нагрузку меньше, чем 10 тонн на ось, а лучше – меньше, чем 6 тонн», - пишет он в рекомендациях по управлению уплотнением в полях.

Что может быть сделано?
Существует ряд рекомендаций по управлению уплотнением, но почвоведы говорят, что предотвращение проблемы является наиболее эффективным способом защиты урожайности и здоровья почвы. После облегчения уплотнения многие производители активно управляют уплотнением с помощью своего оборудования, переключаясь на гусеничные системы.
Конечно, современные технологии производства шин сократили прежний значительный разрыв в характеристиках между гусеничными и колесными сельскохозяйственными машинами.
На недавнем Дне Поля в штате Оклахома проводилась демонстрация грунтовых ям для наблюдения за поверхностным и глубоким уплотнением. Посетители демонстрации увидели сравнение воздействия на почву гусеничной тележки объемом 25 кубометров, загруженной зерном и аналогичных тележек, катящихся на радиальных шинах 800 / 65R32 или шинах с диагональным кордом 30.5-32. Тележка на гусеничных системах продемонстрировала контактное давление 1,13 кг/см², колесные аналоги, «обутые» в наиболее прогрессивные шины низкого давления, показали контактное давление до 2,11 кг/см², что практически в два раза больше. То есть, эксперимент доказал, что гусеничный движитель создал меньшее уплотнение в верхних 1,5 м почвы, чем колесные тележки.
«Эти результаты - то, чего мы ожидали», - объясняет инженер из Университета штата Оклахома Рэнди Тейлор. «Мы полагаем, что гусеницы, вероятно, уменьшают также глубокое уплотнение по сравнению с шинами, но у нас пока нет исследований по этому вопросу». Тейлор говорит, что с точки зрения общего уплотнения, он, как правило, отдает предпочтение  гусеницам перед всеми системами шин.
“Сдвоенные и строенные шины, конечно, тоже могут более равномерно распределить нагрузку, но при этом они также увеличивают площадь уплотнения, в то время как гусеницы распределяют тот же вес по более длинной и узкой полосе гусеничной ленты», - объясняет он.
Аналогичные исследования проводились в Голландии в Вагенингенском университете при участии Уппсальского университета Швеции. Опытным путем там сравнивалось контактное давление радиальных шин и гусеничных систем на глубине до 20 см. Старший научный сотрудник Вагенингенского университета Ян ван ден Аккер говорит, что даже современные шины создают более высокое давление на почву по всей глубине, на которой проводился эксперимент.
Несмотря на уменьшение разницы в силе уплотнения между современными радиальными шинами и гусеницами, существует еще ряд причин, по которым многие сельхозпроизводители продолжают покупать гусеницы. Некоторые из них это:
•    Более высокая проходимость;
•    Лучшие ходовые качества;
•    Лучшая эффективность использования топлива.

Более того, производители самоходной и прицепной сельскохозяйственной техники в США видят постоянный устойчиво растущий спрос на свою машины на съёмных гусеничных системах, и выставки, проходящие в Северной Америке, Европе и Азии, показывают, что в многие из мировых гигантов активно внедряют гусеничные системы для всё более широкого ряда моделей наиболее крупных тракторов, комбайнов и различных типов прицепной техники.