Прикатывание почвы: когда, как, чем и зачем?

Технологический процесс прикатывания предусматривает выполнение операций, направленных на изменение физико-механических свойств почвы с целью создания благоприятных условий для развития растений или сохранения влаги в почве.
Целью прикатывания может быть:
– разрушение почвенной корки; 
– уплотнение почвы (создание плотного ложа для семян, плотной прослойки почвы, предотвращающей испарение влаги или прижатие семян к плотному ложу для обеспечения дружных всходов);
– дробление комков на пашне; 
– прикатывание зеленых удобрений;
– выравнивание поверхности почвы.
Прикатывание почвы после основной обработки и культивации применяется для разрушения крупных комков, выравнивания поверхности поля, создания влагосберегающей структуры почвы (уменьшает испарение влаги, особенно в засушливую погоду, когда преобладает конвекционно-диффузное движение влаги). Прикатывающий каток является частью практически каждого почвообрабатывающего орудия. 
Для создания уплотненного ложа на глубине заделки семян и выравнивания поверхности поля (это необходимо для неглубокого и равномерного посева семян и предотвращения оседания почвы после посева) используется предпосевное прикатывание.
Основное назначение послепосевного прикатывания – создание благоприятных условий для прорастания семян. От послепосевного прикатывания зависит полнота и дружность всходов культурных растений.
Во многом эффективность прикатывания как агроприема определяется влажностью, типом и механическим составом почвы. Так, на тяжелых глинистых почвах с избыточным увлажнением прикатывание оказывает негативное влияние, так как способствует образованию корки. По данным Л. С. Роктанэна, на черноземных почвах эффективность прикатывания выше, чем на солонцеватых. Если прикатывать спелую почву, то не произойдет разрушения ее структуры. В случае, когда запасы влаги в почве близки к капиллярной влагоемкости (что бывает при раннем посеве яровых культур), прикатывание усиливает испарение влаги из-за роста гребнистости и приводит к переуплотнению посевного горизонта. Важно не допускать прикатывания переувлажненных почв, так как при этом образуется толстая почвенная корка, которая препятствует прорастанию растений. Малоэффективно прикатывание сухой и песчаной почвы. Единственным плюсом в этих условиях может быть выравнивание поверхности поля, но при этом увеличивается ее распыление.
Важной является роль прикатывания при посеве зерновых культур, в уплотненном слое. Благодаря притоку влаги и повышению температуры происходит быс-трое и одновременное набухание и прорастание семян. Наиболее благоприятные условия: семена лежат на твердом ложе, а сверху прикрыты менее плотным слоем почвы (рисунок 1). В таких условиях к плотному ложу по капиллярам энергично поступает влага из нижних слоев, а верхний, менее плотный слой почвы, благоприятствует проникновению воздуха к семенам и быстрому их прорастанию. При этом не наблюдаются явления оседания слоев почвы в зоне развития корневой системы. В засушливых условиях послепосевное прикатывание является обязательным агротехническим приемом. На прикатанных посевах наблюдается ускоренное появление всходов, увеличение полевой всхожести и, как следствие, прибавка урожая от 5 до 20% в сравнении с неприкатанными. 
Поэтому вид рабочих органов для прикатывания и технологический процесс, выполняемый ими, должны соответствовать способу посева и обеспечивать создание оптимальных условий для прорастания семян и дальнейшего развития культурных растений.
В зависимости от применяемой технологии обработки почвы и способа посева на посевных машинах для уплотнения почвы используются прикатывающие катки различных видов. Остановимся на их описании подробнее.
В традиционной почвозащитной и минимальной технологиях обработки почвы в Северном Казахстане наиболее распространенным является рядовой способ посева с шириной рядков 4-5 см и междурядьями 22,8-25 см. Он осуществляется сеялками культиваторного типа, когда одновременно с посевом выполняется предпосевная обработка почвы стрельчатыми лапами, установленными на сошниках. Для уплотнения почвы с семенами в рядках наиболее часто на сеялках используются клиновидные (или кольчатые) катки, благодаря простоте их конструкции (рис. 2). К таким сеялкам относятся сеялки-культиваторы советского периода СЗС-2,1, СЗС-6/12, СТС-6/12 и посевные комплексы многих крупных зарубежных производителей, оснащенные клиновидными катками («John Deere 1830, 1840», «Bourgault 8810», «Flexi Coil 5000», «Morris Maxim II», «Case ATX 400» и др.).
Клиновидные катки, перемещаясь за сошниками, уплотняют нижележащие слои почвы на ширину, большую ширины катков, так как их рабочие поверхности расположены под углом к горизонту, при этом одновременно формируя ребристую ветроустойчивую поверхность поля. Благодаря такой поверхности ростки культурных растений, находясь на дне бороздок, на первоначальном этапе развития частично защищены от воздействия суховеев, кроме того, бороздки аккумулируют влагу небольших дождей, которая в первую очередь достается культурным растениям.
При средней влажности почвы после прохода катков сухая почва с поверхности частично присыпает дно борозд, снижая испарение влаги. Во влажных же условиях клиновидные катки, уплотняя почву с поверхности, способствуют переуплотнению поверхностного слоя, что по мере его просыхания приводит к образованию корки, особенно на тяжелых почвах, которая затрудняет прорастание культурных растений. К тому же ребристая поверхность поля сохраняется до уборки, поэтому затрудняется работа комбайнов из-за вибрации и тряски, так как уборка проводится поперек направления посева.
Разновидностью клиновидных катков являются катки с полукруглым сечением обода и трапециевидные катки. Первые применяются на посевных комплексах «Esee On 7550», «Flexi Coil 5000», вторые на ПК «John Deere 1870», «Versatile C500 (-C600)» и др. Такие катки аналогично клиновидным прикатывают почву с поверхности, что во влажных условиях также способствует образованию поверхностной корки на тяжелых почвах. Но в отличие от клиновидных, трапециевидные катки и катки с полукруглым ободом в большей степени уплотняют нижележащие слои почвы и в меньшей – почву по боковым сторонам, что уменьшает ее излишнее уплотнение. К тому же они формируют менее выраженную ребристую поверхность поля, что несколько снижает защитные функции борозд от ветра, но повышает производительность комбайнов на уборке из-за меньшей тряски. Рабочие поверхности трапециевидных и полукруглых катков в большей степени подвержены залипанию почвой, чем клиновидных, поэтому в обязательном порядке для их очистки требуются чистики. 
Другой применяемый в рамках традиционной почвозащитной и минимальной технологиях обработки почвы – ленточный (полосной) способ посева. Ширина лент рассева варьируется в пределах 10-18 см, междуследие (расстояние между центрами смежных лент) – 22,8-30 см. Ленточный способ посева осуществляется сеялками культиваторного типа. Задача прикатывающих катков при таком посеве – уплотнить слой почвы на всю ширину ленты семян и обеспечить им равную глубину заделки, оставляя поверхностный слой более рыхлым. Для уплотнения почвы с лентами высеянных семян в странах СНГ наиболее широко применяется однорядный кольчато-шпоровый каток, устанавливаемый на сеялках семейства СКП-2,1 «Омичка» (рис. 3). Кольчато-шпоровые катки являются катками подповерхностного прикатывания, так как в процессе работы шпоры катков, проникая в почву, уплотняют нижележащий слой и рыхлят поверхностный слой, снижая потери влаги. К тому же они достаточно неплохо выравнивают поверхность поля в пределах своей ширины. В настоящее время кольчато-шпоровые катки наиболее полно выполняют требования к ленточному способу посева.

1 – умеренно рыхлый слой; 2 – уплотненный слой 
с семенами; 3 – плотный слой (ложе)
Рисунок 1 – Оптимальное строение посевного слоя почвы (продольный разрез)



1 – умеренно рыхлый слой; 2 – уплотненный катками слой с семенами; 3 – плотный слой (ложе)
Рисунок 2 – Рядовой посев с прикатыванием клиновидными катками, поперечный разрез посевного слоя



1 – умеренно рыхлый слой; 2 – уплотненный катками слой с семенами; 3 – плотный слой (ложе)
Рисунок 3 – Ленточный посев с прикатыванием однорядными кольчато-шпоровыми катками, поперечный разрез посевного слоя

Следует отметить, что наряду с достоинствами у таких катков есть и недостатки. Во-первых, катки своими шпорами заделывают стерню в почву, снижая ветроустойчивость поверхности и, во-вторых, во влажных условиях рабочие поверхности катков, особенно между шпорами, залипают почвой, что приводит к нарушению процесса прикатывания, при этом даже очистка катков чистиками не всегда помогает. Поэтому применение сеялок с кольчато-шпоровыми катками имеет ограничение по влажности почвы.
На посевных комплексах производства России и стран дальнего зарубежья для уплотнения ленточных посевов находят применение катки с пневматическими шинами с использованием серийных сельскохозяйственных или автомобильных шин. В отличие от кольчато-шпоровых, катки с пневматическими шинами благодаря эластичности шин, которые в процессе работы деформируются и восстанавливают первоначальную форму, самоочищаются от почвы во влажных условиях, сохраняя работоспособность в широких пределах изменения влажности почвы. Но для создания влагосберегающей структуры почвы после прохода пневматических катков рекомендуется проводить рыхление поверхностного слоя боронами.
В районах с достаточно хорошим увлажнением наиболее эффективным способом посева в рамках традиционной почвозащитной и минимальной технологий обработки почвы является разбросной (или подпочвенно-разбросной). При данном посеве семена распределяются равномерно по всей площади поля. Разбросной посев осуществляется сеялками культиваторного типа с сошниками со стрельчатыми лапами и распределителями семян. Задача прикатывающих катков при таком посеве – равномерно уплотнить слой почвы с семенами, оставляя более рыхлым поверхностный слой, и выровнять поверхность поля для обеспечения равной для всех семян глубины заделки. С этой задачей наиболее полно справляются двухрядные кольчато-шпоровые катки (рис. 4). 
Во-первых, являясь катками подповерхностного прикатывания, они уплотняют слой почвы с семенами, во-вторых, рыхлят шпорами поверхностный слой, в-третьих, благодаря двухрядной установке уплотняют и выравнивают всю площадь поля и, в-четвертых, из-за «шахматной» расстановки лучше самоочищаются от влажной почвы.
На некоторых сеялках для сплошного прикатывания используются катки с пневматическими шинами, установленными в два ряда. Поскольку такие катки являются катками поверхностного уплотнения, поверхностный слой почвы во влажных условиях переуплотняется, что приводит к образованию корки по мере просыхания почвы. Поэтому после прохода таких катков рекомендуется рыхление поверхностного слоя боронами.
Так как в Северном Казахстане еще имеется солидный парк сеялок-культиваторов рядового посева СТС-6/12, ряд хозяйств переоборудует их на разбросной способ посева путем установки только сошников с распределителями семян, не обращая внимания на прикатывающие катки. На рисунке 5 приведены результаты посева такими переоборудованными сеялками. Клиновидные катки формируют ребристый рельеф поверхности, поэтому семена, даже заделанные в почву на одинаковую глубину, оказываются на разном расстоянии от дневной поверхности. А поскольку ростки стремятся по кратчайшему пути к теплу, растения на поверхности располагаются загущенными полосами, оставляя свободное место для сорняков. Кроме того, семена, не попавшие в зону уплотненной катками почвы, лишены хорошего притока влаги по капиллярам, поэтому хуже прорастают и развиваются. Несколько лучшая ситуация при применении однорядных кольчато-шпоровых катков, так как они шире клиновидных и лучше выравнивают поверхность, но даже в этом варианте не все растения будут находиться в равных условиях. Поэтому для достижения максимального эффекта от разбросного посева рекомендуется сеялки СТС-6/12 оборудовать не только сошниками с распределителями, но и двухрядными кольчато-шпоровыми катками, а при невозможности этого поля после посева необходимо выравнивать и прикатывать кольчато-шпоровыми катками 3ККШ-6. 
В рамках технологии нулевой обработки почвы применяется прямой посев в необработанную стерню. Посев выполняется рядовым способом с шириной рядков 2-3 см и междурядьем 20-30 см сеялками с дисковыми или анкерными сошниками. Поскольку одним из основных требований к таким сеялкам является минимальное рыхление почвы при посеве, то и катки должны уплотнять только слой почвы в пределах ширины разрыхленных посевных борозд, т. е. осуществлять так называемое «адресное» прикатывание почвы.
Это требование современными сеялками реализуется по-разному.
Так, австралийские сеялки компаний «Rogro», «Gyral» и др. оборудуются узкими пневматическими или полупневматическими катками с трапециевидным профилем (рис. 6), ширина которых не превышает ширины посевной борозды. Такие катки уплотняют почву только в посевных бороздках. Это связано с тем, что в Австралии в условиях дефицита влаги применяется ярко выраженный бороздковый посев, когда сошники для заделки семян во влажный слой идут на глубине до 18-20 см, а узкие катки, перемещаясь в посевных бороздах, формируют над семенами слой почвы 4-8 см, обеспечивая оптимальную глубину для семян. При этом ростки растений, располагаясь в бороздках, защищены от воздействия суховеев и в первую очередь потребляют влагу небольших дождей.

1 – умеренно рыхлый слой; 2 – уплотненный катками слой с семенами; 3 – плотный слой (ложе)
Рисунок 4 – Разбросной посев с прикатыванием двухрядными кольчато-шпоровыми катками, поперечный разрез посевного слоя



1 – умеренно рыхлый слой; 2 – уплотненный катками слой с семенами; 3 – плотный слой (ложе)
Рисунок 5 – Разбросной посев с прикатыванием клиновидными катками, поперечный разрез посевного слоя



1 – необработанная почва; 2 – уплотненный катками слой почвы с семенами; 3 – плотный слой почвы
Рисунок 6 – Прямой посев анкерными сошниками с прикатыванием узкими катками, поперечный разрез посевного слоя

В сеялках производства Канады и США применяются достаточно широкие пневматические катки 10-15 см с клиновидным, полукруглым или специальным профилем, которые уплотняют почву на ширину, превышающую ширину посевных борозд (рис.7). При этом глубина посева не превышает 6-8 см, а рельеф поверхности имеет слабо выраженный ребристый профиль. Это связано с тем, что в условиях США и Канады выпадает существенно большая сумма осадков, чем в зерносеющих регионах Казахстана, и они оптимальнее распределены по периоду вегетации культурных растений. В этом случае отпадает необходимость заделывать семена на значительную глубину и применять адресные катки для уплотнения почвы, поэтому достаточно поверхностного, менее «агрессивного» уплотнения почвы с семенами более широкими катками.
В условиях Северного Казахстана в период посевной почвенная влага достаточно быстро испаряется, и ко второй половине посевных работ влажные слои почвы располагаются достаточно глубоко, что заставляет в поисках влаги заделывать семена глубже. В таких условиях прикатывающие катки должны обеспечивать надежный контакт семян с влажной почвой. Этого можно добиться, следуя по «австралийскому пути», т. е. применять узкие «адресные» прикатывающие катки, уплотняющие почву непосредственно только в посевных бороздах.
В этом плане следует отметить, что конструкцией многих посевных комплексов дальнего зарубежья культиваторного типа («John Deere», «Bourgault», «Flexi Coil», «Morris» и др.) предусмотрена установка вместо стрельчатых лап анкерных сошников, что позволяет их применять для прямого посева. Но при этом следует особое внимание обратить на используемые прикатывающие катки – если они широкие, то рекомендуется их заменить на более узкие, учитывая вышесказанное. Узкие прикатывающие катки имеются в ассортименте сменных рабочих органов практически у любой компании, выпускающей сеялки.
В ряде хозяйств имеющиеся сеялки-культиваторы СТС-6/12 с клиновидными катками, а иногда и сеялки-культиваторы СКП-2,1 с кольчато-шпоровыми катками переоборудуют на прямой посев путем замены сошников со стрельчатыми лапами на сошники с анкерными наральниками шириной 2-3 см. Такое переоборудование является половинчатым решением, так как клиновидные катки, а тем более кольчато-шпоровые, не являются оптимальным решением для уплотнения почвы в узких посевных бороздах. Из рисунка 8 видно, что основная часть обода таких катков перекатывается по необработанной почве (фактически по поверхности поля), и только центральная часть катков оказывает уплотняющее воздействие на взрыхленную почву в посевной борозде. При малой глубине заделки семян такого уплотнения достаточно, но в случае, когда требуется сеять глубже, уплотняющего воздействия таких катков недостаточно. Для надежного уплотнения почвы с семенами мы рекомендуем применять узкие катки с полукруглым ободом шириной 5-6 см или штатные клиновидные катки с наваренной по внешнему диаметру ребордой шириной 3 см (рис. 9). В первом варианте узкий каток полностью перекатывается в посевной борозде, а во втором – в борозде перекатывается цилиндрическая реборда, обеспечивая необходимое уплотнение почвы с семенами.

1 – необработанная почва; 2 – уплотненный катками слой почвы с семенами; 3 – плотный слой почвы
Рисунок 7 – Прямой посев анкерными сошниками с прикатыванием широкими катками, поперечный разрез посевного слоя



а – клиновидный каток СТС-2; б – кольчато-шпоровый каток СКП-2,1; 1 – необработанная почва; 2 – уплотненный катками слой почвы;
3 – плотный слой почвы; 4 – рыхлый слой почвы с семенами
Рисунок 8 – Нерекомендуемые катки для стерневых сеялок, переоборудованных для прямого посева



а – каток с полукруглым ободом шириной 5 см; б – клиновидный каток с уплотняющей ребордой шириной 3 см; 1 – необработанная почва;
2 – уплотненный катками слой почвы с семенами; 3 – плотный слой почвы
Рисунок 9 – Рекомендуемые катки для стерневых сеялок, переоборудованных для прямого посева

В производстве прикатывание используется не только после посева. Данный технологический процесс активно применяется в процессе мелкой обработки почвы (культивации) после прохода рыхлящих рабочих органов для разрушения образовавшихся комков, выравнивания поверхности поля и создания влагосберегающей структуры почвы. Применяется, как правило, сплошное прикатывание, для чего используют прутковые или спиральные катки, обеспечивающие сплошную проработку почвы по всей ширине захвата орудий. Кроме уплотняющего воздействия данные виды катков производят разрушение крупных комков, выравнивание и вынос на поверхность сорных растений. Катки входят в состав комбинированных культиваторов и почвообрабатывающих орудий и выполняют «финишную» обработку почвы. При этом основными показателями качества прикатывания являются: плотность поверхностного слоя почвы, величина мульчирующего слоя, величина комьев, выравнивание поверхности поля. При обработке почвы в засушливых условиях прикатывание позволяет сохранить 15-25% влаги, теряющейся из-за испарения, за счет создания влагосберегающей структуры.
Прутковые катки для сплошного прикатывания устанавливаются на почвообрабатывающих агрегатах для основной обработки АПК-3; 6; ПЩК-3,8 и др. Здесь основное назначение прикатывания – дробление крупных комков и выравнивание поверхности почвы. 
В почвозащитной системе земледелия к технологическому процессу прикатывания предъявляются следующие агротехнические требования: 
– плотность почвы в слое 5-10 см должна составлять 1,00-1,20 г/см3;
– верхний 0-5 см слой должен быть рыхлым p=0,90-0,95 г/см3, он предотвращает излишнее испарение влаги;
– количество эрозионно-опасных частиц в верхнем слое почвы 0-5 см не должно возрастать более чем на 5%;
– сохранение стерни после прохода катков должно составлять не менее 70%;
– после прохода катков должна обеспечиваться выровненная, ветроустойчивая поверхность поля;
– процесс прикатывания почвы не должен способствовать разрушению ее структуры и нарушать требования, предъявляемые к основному технологическому процессу в разных почвенно-климатических условиях.
Возможность качественного прикатывания почв различной влажности и механического состава зависит от формы обода и материала рабочей части катка. Наиболее распространенными до настоящего времени являются клиновидные катки – жесткие (металлические) и с эластичным ободом (обрезиненные). Первые более распространены благодаря простоте конструкции. Клиновидная форма обода способствует самоочищению катков от налипающей почвы при ее средней влажности (16-20%), что способствует нормальному выполнению технологического процесса. Но клиновидные катки, особенно с жестким ободом, уплотняют почву с поверхности, что во влажных условиях приводит к переуплотнению поверхностного слоя, а на тяжелых почвах к появлению почвенной корки. Клиновидные спиральные катки из стального проката квадратного сечения сложнее в изготовлении и более подвержены залипанию во влажных условиях (свыше 20%). Катки с полукруглым сечением обода могут быть жесткими (металлические) или с обрезиненным ободом. Катки с эластичным ободом дороже, но лучше самоочищаются за счет упругой его деформации при перекатывании, в то время как для жестких катков требуются специальные чистики. Катки с полукруглым ободом, в отличие от клиновидных, в большей степени уплотняют нижележащий слой почвы и меньше – почву по боковым сторонам, что уменьшает ее излишнее уплотнение. Узкие катки формируют практически такую же ребристую поверхность поля, как и клиновидные, но с меньшей глубиной борозд за счет осыпания более рыхлой почвы с боковых сторон борозд. После широких полукруглых катков формируется менее выраженный волнистый рельеф. Поскольку полукруглые катки уплотняют почву с поверхности, во влажных условиях поверхностный слой также переуплотняется с образованием в дальнейшем корки на тяжелых почвах, особенно после прохода узких катков.
Трапециевидные катки могут быть как с жестким ободом, так и с ободом из эластичного материала (обрезиненные). Последние получают все большее распространение, так как они лучше самоочищаются на влажных почвах. Катки с трапециевидной поверхностью применяются для прикатывания рядового посева, поэтому их ширина обычно не превышает 8-10 см.
Уплотняющее воздействие катков в большей степени направлено на нижележащие слои почвы и в меньшей степени на почву по боковым сторонам катков. Трапециевидные катки уплотняют почву с поверхности, что во влажных условиях приводит к переуплотнению поверхностного слоя и образованию корки на тяжелых почвах по мере просыхания. Металлические кольчато-шпоровые катки просты по конструкции и нашли применение в основном в странах ближнего зарубежья. Опыт применения данных катков показывает, что шпорами они заделывают стерню в почву, а во влажных условиях рабочие поверхности катков, особенно между шпорами, залипают почвой, что приводит к нарушению процесса прикатывания, при этом даже очистка катков чистиками не всегда помогает. Поэтому применение сеялок с кольчато-шпоровыми катками имеет ограничение по влажности почвы.
На многих зарубежных сеялках для посева по стерневым фонам в качестве уплотняющих рабочих органов используются пневматические шины. При работе на тяжелых почвах они стабильно выполняют технологический процесс и практически не залипают. Такие катки, как и многие другие, производят уплотнение почвы с поверхности, что во влажных условиях приводит к переуплотнению верхнего слоя и коркообразованию по мере его просыхания. Пневматические катки существенно сложнее и дороже, чем другие виды катков, и к тому же уязвимы при наличии на полях и дорогах инородных предметов. Тем не менее, катки с пневматическими шинами или шинами атмосферного давления в перспективе будут наиболее распространенными прикатывающими устройствами на сеялках, применяемых в Северном Казахстане.
Прежде всего, качество прикатывания зависит от параметров катков: диаметра и массы. Масса катка принимается из расчета 3-4 кг на 1 см захвата, или 0,3-0,4 кг на 1 см2 (больше – на легких почвах с меньшими запасами влаги и меньше – на тяжелых и более влажных). Каток с малым диаметром действует преимущественно на поверхностные слои, тогда как катки с большим диаметром равномерно уплотняют и глубокие слои почвы. При увеличении диаметра катка уменьшается его тяговое сопротивление и наблюдается более равномерное движение по почве. Диаметр основных видов прикатывающих катков составляет от 450 до 550 мм. Также влияние на качество прикатывания оказывает скорость движения катка: так, при снижении скорости движения агрегата давление катка на почву и степень уплотнения увеличиваются.
В целом выбор типа катка для послепосевного прикатывания зависит от технологии и способа посева, типа и физико-механических свойств почвы.