.jpg/1280px-Child_and_ox_ploughing,_Laos_(1).jpg)
Плуг или ( США ) плуг (оба произносятся как / п л аʊ / ) — сельскохозяйственный инструмент для рыхления или обработки почвы перед посевом семян или посадкой. [1] Традиционно плуги тянули быки и лошади, но современные плуги тянут тракторы. Плуг может иметь деревянную, железную или стальную раму с прикрепленным лезвием для резки и рыхления почвы. Он был основой сельского хозяйства на протяжении большей части истории. [2] Самые ранние плуги не имели колес; такой плуг был известен римлянам как аратрум . Кельтские народы впервые начали использовать колесные плуги в римскую эпоху. [3]
Основная цель вспашки — перевернуть верхний слой почвы [4] , вынося свежие питательные вещества на поверхность [5], одновременно закапывая сорняки и остатки урожая, чтобы они разложились . Траншеи, проделанные плугом, называются бороздами. В современном использовании вспаханное поле обычно оставляют сохнуть, а затем боронуют перед посадкой. Вспашка и культивация почвы выравнивают содержимое верхнего слоя почвы толщиной от 12 до 25 сантиметров (от 5 до 10 дюймов), где растет большинство корней , питающих растения.
Первоначально плуги приводились в движение людьми, но использование сельскохозяйственных животных значительно эффективнее. Самыми первыми рабочими животными были быки. Позже во многих областях использовались лошади и мулы . С промышленной революцией появилась возможность использовать паровые двигатели для тяги плугов. Их, в свою очередь, вытеснили тракторы с двигателем внутреннего сгорания в начале 20-го века. Плуг Petty был заметным изобретением для вспашки полос фруктовых садов в Австралии в 1930-х годах.
Использование традиционного плуга сократилось в некоторых районах, которым угрожает повреждение почвы и эрозия . Вместо этого используется более мелкая вспашка или другая менее инвазивная консервационная обработка почвы .
Плуг появляется в одном из древнейших сохранившихся образцов письменной литературы, датируемом 3-м тысячелетием до н. э., где он олицетворяется и спорит с другим инструментом, мотыгой , о том, что лучше: шумерская поэма-диспут, известная как « Дебаты мотыги и плуга» . [6]
В древнеанглийском языке, как и в других германских языках , плуг традиционно был известен под другими названиями, например , древнеанглийское sulh (современное диалектное sullow ), древневерхненемецкое medela , geiza , huohilī(n) , древнескандинавское arðr ( шведское årder ) и готское hōha , все из которых, по-видимому, относятся к ard (скребковый плуг).
Современное слово происходит от древнескандинавского plógr и , следовательно, является германским, но оно появляется относительно поздно (оно не засвидетельствовано в готском языке ) и считается заимствованием из одного из северных италийских языков . Немецкое родственное слово — «pflug», голландское — «ploeg» и шведское — «plog». Во многих славянских языках и в румынском языке это слово — «plug». Слова с тем же корнем появились со связанными значениями: в Raetic plaumorati «тяжелый колесный плуг» ( Плиний , Nat. Hist. 18, 172), а в латинском plaustrum «фермерская телега», plōstrum, plōstellum «телега» и plōxenum, plōximum «ящик для телеги». [7] [8] Слово, должно быть, изначально относилось к тяжелому колесному плугу, распространенному в римской северо-западной Европе к V веку нашей эры. [9]
Многие рассматривают plough как производное от глагола * plehan ~ * plegan «брать на себя ответственность» (ср. немецкое pflegen «ухаживать, ухаживать»), что объясняет, например, древневерхненемецкое pfluog с его двойным значением «плуг» и «средства к существованию». [10] [11] [12] Гус Кроонен (2013) [13] предлагает vṛddhi -производное от * plag/kkōn «дерн» (ср. голландское plag «дерн», древнескандинавское plagg «ткань», средневерхненемецкое pflacke «тряпка, заплатка, пятно»). Наконец, Владимир Орел (2003) [14] предположительно относит плуг к праиндоевропейской основе * blōkó- , которая предположительно дала древнеармянское peɫem «копать» и валлийское bwlch «трещина», хотя само слово может быть и не индоевропейского происхождения. [15]
Основными частями современного плуга являются:
Другие части включают в себя лягушку (или раму), полоз, полевой брус, голень, отбойник и ходули (ручки).
На современных плугах и некоторых старых плугах отвал отделен от лемеха и бегуна, поэтому эти детали можно заменить без замены отвала. Абразия со временем изнашивает все части плуга, которые соприкасаются с почвой.
Когда сельское хозяйство только развивалось , почву переворачивали с помощью простых ручных палок-копалок и мотыг . [4] Они использовались в высокоплодородных районах, таких как берега Нила , где ежегодный разлив омолаживает почву, для создания борозд (борозд), в которые можно было сажать семена. Палки-копалки, мотыги и мотыги не были изобретены в каком-то одном месте, и мотыжное земледелие, должно быть, было распространено везде, где практиковалось сельское хозяйство. Мотыжное земледелие является традиционным методом обработки почвы в тропических или субтропических регионах, которые отмечены каменистыми почвами, крутыми уклонами, преобладающими корнеплодами и грубыми зерновыми, выращиваемыми через большие интервалы. Хотя мотыжное земледелие лучше всего подходит для этих регионов, оно используется в той или иной форме повсюду.
Некоторые древние мотыги , такие как египетский mr , были заостренными и достаточно прочными, чтобы очищать каменистую почву и делать сеялки , поэтому их называют ручными ардами . Однако одомашнивание быков в Месопотамии и цивилизации долины Инда , возможно, еще в 6-м тысячелетии до н. э., обеспечило человечество тягловой силой, необходимой для разработки более крупного, запряженного животными настоящего арда (или плуга). Самые ранние сохранившиеся свидетельства вспашки датируются 3500–3800 гг. до н. э. и находятся на месте в Бубенече , Чешская Республика. [16] [ требуется проверка ] Вспаханное поле, датируемое примерно 2800 г. до н. э., также было обнаружено в Калибангане , Индия. [17] Терракотовая модель ранних ардов была найдена в Банавали , Индия, что дает представление о форме используемого инструмента. [18] В случае повреждения щиток можно было легко заменить и легко скопировать. [19]
Самым ранним был лук ард, который состоял из дышла (или балки), пронзенного более тонкой вертикальной заостренной палкой, называемой головой (или телом), один конец которой был ходулей (ручкой), а другой - лемехом (режущим лезвием), протаскиваемым через верхний слой почвы, чтобы прорезать неглубокую борозду, подходящую для большинства зерновых культур. Арка не очень хорошо очищает новую землю, поэтому приходилось использовать мотыги или мотыги, чтобы выдергивать траву и подлесок, а также можно было сделать ручную, похожую на сошник лопату, чтобы прорезать более глубокие борозды перед лемехом. Поскольку арка оставляла полоску нетронутой земли между бороздами, поля часто перепахивали поперек в продольном и поперечном направлении, что, как правило, приводило к образованию квадратных кельтских полей . [20] : 42 Ард лучше всего подходит для суглинистых или песчаных почв, которые естественным образом удобряются ежегодными наводнениями, как в дельте Нила и Плодородном полумесяце , и в меньшей степени для любого другого региона выращивания зерновых с легкой или тонкой почвой.
Когда-то считалось, что для регулярного выращивания урожая в менее плодородных районах почву необходимо переворачивать, чтобы вывести питательные вещества на поверхность. Крупным достижением этого типа земледелия стал поворотный плуг, также известный как отвальный плуг (Великобритания), отвальный плуг (США) или рамный плуг. [21] Сошник (или скейт) можно было добавить для вертикального врезания в землю прямо перед лемехом (перед лягушкой), клиновидный режущий край в нижней передней части отвального щита с полевой стороной рамы, поддерживающей нижний лемех (подземный компонент). Тяжелый железный отвальный плуг был изобретен в китайской империи Хань в 1-м и 2-м веках, а оттуда он распространился в Нидерланды , которые возглавили аграрную революцию. [22] : 20 Отвальный плуг, представленный в 18-м веке, был крупным достижением в технологии. [4]
Китайские плуги со времен Хань прекрасно выполняют все эти условия эффективности, что, вероятно, является причиной того, что стандартная команда плуга Хань состояла всего из двух животных, а более поздние команды обычно состояли из одного животного, а не из четырех, шести или восьми тягловых животных, распространенных в Европе до введения изогнутого отвала и других новых принципов дизайна в 18 веке. Хотя отвальный плуг впервые появился в Европе в раннем средневековье, если не в позднеримские времена, отвалы до восемнадцатого века обычно были деревянными и прямыми (рис. 59). Огромный труд, необходимый для вытягивания такой неуклюжей конструкции, требовал больших плужных команд, и это означало, что большие площади земли приходилось резервировать под пастбища. В Китае, где требовалось гораздо меньше силы животных, не было необходимости поддерживать смешанную пахотно-пастбищную экономику, типичную для Европы: можно было сократить количество паров и расширить пахотную площадь, и можно было содержать значительно большее население, чем на том же количестве земли в Европе. [23]
— Франческа Брей
Верхние части рамы несут (спереди) сцепку для движущей силы (лошадей), сошник и раму полевой стороны. В зависимости от размера орудия и количества борозд, которые оно предназначено для вспашки за один раз, может быть добавлена передняя тележка с колесом или колесами (известная как бороздное колесо и опорное колесо) для поддержки рамы (колесный плуг). В случае однокорпусного плуга есть одно колесо спереди и ручки сзади для того, чтобы пахарь мог маневрировать им. [24]
При протаскивании через поле сошник врезается в почву, а лемех режет горизонтально от предыдущей борозды до вертикального разреза. Это освобождает прямоугольную полосу дерна, которую нужно поднять лемехом и перенести отвалом вверх и вниз, так что полоса дерна ( слой верхнего слоя почвы ), которая срезается, поднимается и перекатывается по мере того, как плуг движется вперед, падая обратно вверх дном в борозду и на перевернутую почву от предыдущего прохода по полю. Каждый зазор в земле, где почва была поднята и перемещена поперек (обычно вправо), называется бороздой. Поднятый из нее дерн лежит под углом около 45 градусов в соседней борозде, вверх по задней части дерна от предыдущего прохода. [25]
Серия вспашек, проведенных по полю, оставляет ряд дерна частично в бороздах, а частично на земле, поднятой ранее. Визуально, поперек рядов, слева находится земля, борозда (половина ширины удаленной полосы почвы) и удаленная полоса, почти перевернутая, лежащая примерно на половине предыдущей полосы перевернутой почвы, и так далее по полю. Каждый слой почвы и желоб, из которого он пришел, образуют классическую борозду. Отвальный плуг значительно сократил время, необходимое для подготовки поля, и, таким образом, позволил фермеру обработать большую площадь земли. Кроме того, полученный рисунок низких (под отвальным плугом) и высоких (рядом с ним) гребней в почве образует водные каналы, позволяя почве дренироваться. В районах, где накопление снега вызывает трудности, это позволяет фермерам засевать почву раньше, так как сток талой воды стекает быстрее. [26]
Отвальный плуг состоит из пяти основных частей:
Лемех , полевая доска и отвал крепятся болтами к крестовине, которая представляет собой неровный кусок чугуна в основании корпуса плуга, к которому крепятся болтами детали, изнашиваемые почвой. [ 27]
Лемех — это край, который делает горизонтальный надрез, чтобы отделить бороздку от почвы под ней. Обычные лемехи имеют форму, позволяющую эффективно проникать в почву: кончик направлен вниз, чтобы втянуть лемех в землю на регулярную глубину. Клиренс, обычно называемый всасыванием или всасыванием вниз, варьируется в зависимости от марок и типов плугов. Конфигурация лемеха связана с типом почвы, особенно всасыванием вниз или вогнутостью его нижней поверхности. Обычно различают три степени зазора или всасывания вниз: обычный для легкой почвы, глубокий для обычной сухой почвы и двойной глубины для глинистых и гравийных почв. [28]
По мере износа лемеха он становится тупым, и плугу потребуется больше мощности, чтобы протащить его через почву. Корпус плуга с изношенным лемехом не будет иметь достаточного «засасывания», чтобы обеспечить вскапывание земли на полную рабочую глубину.
Кроме того, лемех имеет горизонтальное всасывание, связанное с величиной, на которую его острие отогнуто от линии земли. Всасывание вниз заставляет плуг проникать на нужную глубину при движении вперед, в то время как горизонтальное всасывание заставляет плуг создавать желаемую ширину борозды. Лемех представляет собой плоскую часть трапециевидной формы. Он режет почву горизонтально и поднимает ее. Распространенными типами являются обычный, крылатый, стержневой и лемех с установленным или сварным острием. Обычный лемех сохраняет хороший срез, но рекомендуется для почв без камней. Крылатый лемех используется на тяжелой почве с умеренным количеством камней. стержневой лемех может использоваться в экстремальных условиях (твердые и каменистые почвы). Лемех с установленным острием находится где-то между двумя последними типами. Производители разработали лемехи различных форм (трапеция, ромб и т. д.) с болтовым острием и крыльями, часто заменяемыми отдельно. Иногда режущая кромка лемеха размещается далеко впереди отвала, чтобы уменьшить измельчающее действие почвы. [30]
Отвал — это часть плуга, которая получает бороздный пласт от лемеха. [4] Он отвечает за подъем и поворот бороздного пласта, а иногда и за его разрушение в зависимости от типа отвала, глубины вспашки и почвенных условий. Интенсивность этого зависит от типа отвала. Для соответствия различным почвенным условиям и требованиям к культурам отвалы были спроектированы в разных формах, каждый из которых создает свой собственный профиль борозды и отделку поверхности, но по сути они все еще соответствуют исходной классификации корпуса плуга. Различные типы традиционно классифицируются как общего назначения, копающие и полукопающие, как описано ниже. [31]
Полевая сторона — это плоская пластина, которая прижимается и передает боковой толчок днища плуга к стенке борозды. Она помогает противостоять боковому давлению, оказываемому бороздным срезом на отвал. Она также помогает стабилизировать плуг во время работы. Задний нижний конец оползня, который трётся о подошву борозды, известен как пятка. Пяточное железо прикручено к концу задней части полевой стороны и помогает поддерживать заднюю часть плуга. Полевая сторона и лемех расположены так, чтобы давать «лидерство» в направлении невспаханной земли, тем самым помогая поддерживать правильную ширину борозды. Полевая сторона обычно изготавливается из цельной среднеуглеродистой стали и очень короткая, за исключением задней нижней части плуга. Пятка или задний конец задней полевой стороны могут подвергаться чрезмерному износу, если заднее колесо не отрегулировано, поэтому часто используется пяточная часть из закаленного железа. Это недорого и легко заменяется. Сторона земли крепится к крестовине болтами плуга. [ необходима цитата ]
Крестовина (стандартная) — это центральная часть днища плуга, к которой крепятся остальные компоненты днища. Это неровный кусок металла, который может быть изготовлен из чугуна для чугунных плугов или из сварной стали для стальных плугов. Крестовина — это основание днища плуга. Она принимает на себя удары, возникающие при ударе о камни, и поэтому должна быть прочной и крепкой. Крестовина, в свою очередь, крепится к раме плуга. [ необходима цитата ]
Полоз , простирающийся от лемеха к задней части плуга, контролирует направление плуга, поскольку он удерживается против нижнего угла со стороны земли новой формируемой борозды. Удерживающая сила — это вес дерна, когда он поднимается и вращается на изогнутой поверхности отвала. Из-за этого полоза отвал плуга сложнее развернуть, чем скребковый плуг, и его введение привело к изменению формы полей — от в основном квадратных полей до более длинных прямоугольных «полос» (отсюда и введение фарлонга ) . [ необходима цитата ]
Прогрессом базовой конструкции стал железный лемех, сменная горизонтальная режущая поверхность, установленная на кончике лемеха. Самые ранние плуги со съемным и сменным лемехом датируются примерно 1000 г. до н. э. на Древнем Ближнем Востоке , [32] а самые ранние железные лемехи примерно 500 г. до н. э. в Китае. [33] Ранние отвалы представляли собой клинья, которые располагались внутри разреза, образованного сошником, переворачивая почву в сторону. Лемех распространял разрез горизонтально под поверхностью, так что когда отвал поднимал его, переворачивалась более широкая область почвы. Отвалы известны в Британии с конца 6-го века и далее. [34]
Существует несколько типов плугов. [35]
Когда плуг сталкивается с камнем или другим твердым препятствием, это может привести к серьезным повреждениям, если только плуг не оснащен каким-либо предохранительным устройством. Повреждения могут заключаться в погнутых или сломанных лемехах, погнутых стойках, балках или распорках. [ необходима цитата ]
Три основных типа предохранительных устройств, используемых на отвальных плугах, — это пружинное устройство освобождения в дышло плуга, конструкция спусковой балки на каждом днище и конструкция с автоматическим сбросом на каждом днище. [ необходима ссылка ]
В прошлом пружинный расцепитель использовался почти повсеместно на плугах прицепного типа с одним, тремя или четырьмя днищами. Он непрактичен для больших плугов. При столкновении с препятствием пружинный расцепитель в сцепке позволяет плугу отсоединиться от трактора. Когда на плуге используется гидравлический подъемник, гидравлические шланги также обычно автоматически отсоединяются при отсоединении плуга. Большинство производителей плугов предлагают автоматическую систему сброса для сложных условий или каменистых почв. Механизм сброса позволяет каждому корпусу двигаться назад и вверх, чтобы проходить без повреждений через препятствия, такие как камни, скрытые под поверхностью почвы. Тяжелый листовой или пружинный механизм, который удерживает корпус в рабочем положении в нормальных условиях, возвращает плуг в исходное положение после прохождения препятствия. [ необходима цитата ]
Другой тип механизма автоматического сброса использует масляный (гидравлический) и газовый аккумулятор. Ударные нагрузки заставляют масло сжимать газ. Когда газ снова расширяется, нога возвращается в рабочее положение пахоты после прохождения через препятствие. Самый простой механизм — это разрывной (срезной) болт, который необходимо заменить. Срезные болты, которые разрываются, когда корпус плуга сталкивается с препятствием, являются более дешевым устройством защиты от перегрузки. [ необходима цитата ]
Плуги с траверсой сконструированы с шарнирной точкой в балке. Обычно она расположена на некотором расстоянии выше верхней части днища плуга. Дно удерживается в нормальном положении пахоты пружинной защелкой. При столкновении с препятствием все днище освобождается и откидывается назад и вверх, чтобы преодолеть препятствие. Необходимо отдать трактор и плуг назад, чтобы переустановить днище. Эта конструкция используется для защиты отдельных днищ. Конструкция с автоматическим сбросом была введена только недавно [ когда? ] на американских плугах, но широко использовалась на европейских и австралийских плугах. Здесь балка шарнирно закреплена в точке почти над точкой лемеха. Дно удерживается в нормальном положении набором пружин или гидравлическим цилиндром на каждом дне. [ нужна цитата ]
При столкновении с препятствием днище плуга откидывается назад и вверх таким образом, чтобы преодолеть препятствие, не останавливая трактор и плуг. Дно автоматически возвращается в нормальное положение вспашки, как только препятствие пройдено, без прерывания движения вперед. Автоматическая конструкция сброса обеспечивает более высокую эффективность работы в поле, поскольку остановка из-за камней практически исключена. Это также снижает затраты на сломанные лемеха, балки и другие детали. Быстрое действие сброса помогает производить более качественную работу по вспашке, поскольку не остается больших площадей невспаханной земли, как это происходит при подъеме плуга над камнем. [ необходима цитата ]
Ручная вспашка лой была формой, используемой на небольших фермах в Ирландии, где фермеры не могли позволить себе больше, или на холмистой местности, которая исключала лошадей. [37] Она использовалась вплоть до 1960-х годов на более бедных землях. [38] Она подходила для влажного ирландского климата, так как траншеи, образованные путем переворачивания дерна, обеспечивали дренаж. Она позволяла выращивать картофель на болотах (торфяных болотах) и на иных необрабатываемых горных склонах. [39] [40]
В базовом отвальном плуге глубина резания регулируется путем подъема против полоза в борозде, что ограничивает вес плуга тем, что пахарь может легко поднять. Это ограничивает конструкцию небольшим количеством древесины (хотя металлические края были возможны). Эти плуги были довольно хрупкими и не подходили для более тяжелых почв северной Европы. Введение колес для замены полоза позволило увеличить вес плуга, и, в свою очередь, использовать более крупный отвал, облицованный металлом. Эти тяжелые плуги привели к большему производству продуктов питания и, в конечном итоге, к заметному росту населения, начиная примерно с 1000 г. н. э. [41]
До династии Хань (202 г. до н. э. – 220 г. н. э.) китайские плуги изготавливались почти полностью из дерева, за исключением железного лезвия лемеха. Это были V-образные железные детали, установленные на деревянных лезвиях и ручках. [22] : 18 К периоду Хань весь лемех был сделан из чугуна . Это самые ранние известные тяжелые отвальные железные плуги. [33] [42] Впоследствии были разработаны несколько усовершенствований, таких как трехкорпусный плуг, орудие плуга и сохи и борона. К концу династии Сун в 1279 году китайские плуги достигли уровня развития, который не будет наблюдаться в Голландии до 17-го века. [22] : 18
Римляне изобрели тяжелый колесный отвальный плуг в конце 3-го и 4-го века н. э., археологические свидетельства чего появляются, например, в Римской Британии . [43] Греческие и римские отвалы обычно привязывались к нижней части вала кусками веревки, что делало их более хрупкими, чем китайские, а железные отвалы не появлялись в Европе до 10-го века. [22] : 17 Первое бесспорное появление после римского периода содержится в североитальянском документе 643 года. [20] : 50 Старые слова, связанные с тяжелым плугом и его использованием, появляются в славянском языке , что предполагает возможное раннее использование в этом регионе. [20] : 49ff Общее принятие тяжелого плуга каррука в Европе, по-видимому, сопровождало принятие трехпольной системы в конце 8-го и начале 9-го веков, что привело к повышению производительности сельского хозяйства на единицу земли в Северной Европе. [20] : 69–78 Это сопровождалось более крупными полями, известными по-разному: карукатесами , пашнями и плужными воротами.
Базовый плуг с сошником, лемехом и отвалом использовался в течение тысячелетия. Основные изменения в конструкции широко распространились в эпоху Просвещения , когда наблюдался быстрый прогресс в дизайне. Джозеф Фолджамбе в Ротереме , Англия, в 1730 году использовал новые формы, основанные на плуге Ротерема, который покрывал отвал железом. [44] В отличие от тяжелого плуга, плуг Ротерема, или поворотный плуг Ротерема, состоял полностью из сошника, отвала и рукояток. Он был намного легче более ранних конструкций и стал распространенным в Англии. Возможно, это был первый плуг, широко производившийся на фабриках и имевший там коммерческий успех. [45]
В 1789 году Роберт Рэнсом , литейщик чугуна в Ипсвиче , начал отливать плужные лемехи в заброшенной солодовне в канавах Сент-Маргарет. Сломанная форма в его литейном цехе привела к контакту расплавленного металла с холодным металлом, что сделало поверхность металла чрезвычайно твердой. Этот процесс, литье в охлажденном виде, привел к тому, что Рэнсом рекламировал как «самозатачивающиеся» плуги. Он получил патенты на свое открытие. [46]
Джеймс Смолл еще больше усовершенствовал конструкцию. Используя математические методы, он в конечном итоге пришел к форме, отлитой из цельного куска железа, усовершенствованию шотландского плуга Джеймса Андерсона из Хермистона . [47] Цельный чугунный плуг был также разработан и запатентован Чарльзом Ньюболдом в Соединенных Штатах. Его снова усовершенствовал Джетро Вуд , кузнец из Сципиона, штат Нью-Йорк , который сделал трехсекционный шотландский плуг, который позволял заменять сломанную часть. В 1833 году Джон Лейн изобрел стальной плуг. [48] Затем в 1837 году Джон Дир представил стальной плуг; он был настолько прочнее железных конструкций, что мог обрабатывать почву в районах США, которые ранее считались непригодными для земледелия.
Усовершенствования в этой области последовали за развитием металлургии: стальные сошники и лемехи с более мягкими железными отвалами для предотвращения поломок, закаленный плуг (ранний пример стали с поверхностной закалкой ) [49] и, в конечном итоге, отвалы с поверхностями, достаточно прочными, чтобы обойтись без сошника. [ необходима цитата ]
К началу 1900-х годов стальной плуг имел множество применений, форм и названий. «Двухконный плуг» имел наконечник и крыло, которые использовались для разрушения поверхности почвы и выворачивания грязи наружу и вверх. [50] «Лопаточный плуг» использовался для прокладки рядов. [50] «Плуг-борона» использовался для прикрытия посаженных семян. [50] «Скребущая» или «geewhiz» использовалась для удаления сорняков или обработки урожая. [50] «Буллтонг» и «сваи» использовались для вспашки середины рядов. [50] Все эти металлические наконечники плуга требовали повторной заточки примерно каждые десять дней из-за их использования на неровной и каменистой почве. [50]
Первые отвальные плуги могли переворачивать почву только в одном направлении ( традиционно вправо), как того требовала форма отвальной доски; поэтому поле приходилось вспахивать длинными полосами, или землями . Плуг обычно обрабатывался по часовой стрелке вокруг каждой земли, вспахивая длинные стороны и волочась по коротким сторонам без вспашки. Длина полосы ограничивалась расстоянием, на котором волы (позже лошади) могли комфортно работать без отдыха, а их ширина — расстоянием, на которое плуг можно было удобно волочить. Эти расстояния определяли традиционный размер полос: фарлонг ( или «длина борозды», 220 ярдов (200 м)) цепью ( 22 ярда (20 м)) — площадь в один акр (около 0,4 гектара); отсюда и произошло акр . Одностороннее действие постепенно перемещало почву с боков к центральной линии полосы. Если полоса каждый год находилась на одном и том же месте, почва образовывала гребень, создавая рельеф из гребней и борозд, который до сих пор можно увидеть на некоторых древних полях. [ необходима цитата ]
Поворотно-заворотный плуг позволяет производить вспашку в любую сторону. Отвал съемный, поворачивается вправо для одной борозды, затем перемещается на другую сторону плуга для поворота влево. (Сошник и лемех закреплены.) Таким образом, соседние борозды можно вспахивать в противоположных направлениях, что позволяет вести вспашку непрерывно вдоль поля и избегать рельефа гребень-борозда. [ необходима цитата ]
Реверсивный (или переворачивающийся) плуг имеет два отвальных плуга, установленных спина к спине, один поворачивается направо, другой налево. Пока один обрабатывает землю, другой переворачивается в воздухе. В конце каждого ряда парные плуги переворачиваются, так что другой может быть использован вдоль следующей борозды, снова обрабатывая поле в постоянном направлении. [51]
Эти плуги появились еще во времена парового двигателя и лошади. При почти повсеместном использовании на фермах они имеют правые и левые отвалы, что позволяет им работать вверх и вниз по одной и той же борозде. Оборотные плуги могут быть как навесными, так и полунавесными, они тяжелее и дороже правосторонних моделей, но имеют большое преимущество, оставляя ровную поверхность, что облегчает подготовку семенного ложа и сбор урожая. Перед началом вспашки требуется совсем немного разметки; холостой ход на поворотной полосе минимален по сравнению с обычными плугами. [ необходима цитата ]
Вождение трактора с колесами со стороны борозды на дне борозды обеспечивает наиболее эффективную линию тяги между трактором и плугом. Также легче управлять трактором; вождение с передним колесом у стенки борозды будет поддерживать переднюю борозду на правильной ширине. Это менее удовлетворительно при использовании трактора с широкими передними шинами. Хотя они лучше используют мощность трактора, шины могут уплотнить часть последнего слоя борозды, обработанного на предыдущем проходе. Проблема решается путем использования расширителя борозды или более длинного отвала на заднем корпусе. Последний перемещает почву дальше к вспаханной земле, оставляя больше места для колес трактора на следующем проходе. [ необходима цитата ]
Вождение всеми четырьмя колесами по невспаханной земле — еще одно решение проблемы широких шин. Полунавесные плуги можно сцепить таким образом, чтобы трактор мог двигаться по невспаханной земле и тянуть плуг в правильном положении без бокового смещения (краббинга). [ необходима цитата ]
Ранние стальные плуги были шагающими плугами, которыми управлял пахарь, держащий рукоятки по обе стороны плуга. Стальные плуги было настолько легче тянуть через почву, что постоянная регулировка лезвия для работы с корнями или комьями больше не была нужна, так как плуг мог легко их прорезать. Вскоре после этого появились первые верховые плуги, чьи колеса удерживали плуг на регулируемом уровне над землей, в то время как пахарь сидел на сиденье, а не шел. Направление теперь контролировалось в основном через тягловую команду, с рычагами, позволяющими выполнять точную регулировку. Это быстро привело к появлению верховых плугов с несколькими отвалами, что значительно увеличило производительность вспашки. [ необходима цитата ]
Одна тягловая лошадь обычно может тянуть однобороздный плуг на чистой легкой почве, но на более тяжелых почвах нужны две лошади, одна идет по земле, а другая в борозде. Плуги с двумя или более бороздами требуют больше двух лошадей, и обычно одна или несколько должны идти по вспаханному дерну, что для них тяжело, и означает, что они утаптывают свежевспаханную землю. Обычно таким лошадям дают отдохнуть каждые полчаса в течение примерно десяти минут. [52]
Джон Дир , кузнец из Иллинойса , заметил, что вспашка многих липких, непесчаных почв может выиграть от изменений в конструкции отвала и используемых металлов. Полированная игла будет входить в кожу и ткань с большей легкостью, а полированные вилы также потребуют меньше усилий. В поисках полированной, более гладкой поверхности для плуга он экспериментировал с частями пильных полотен и к 1837 году изготавливал полированные, литые стальные плуги. [53]
Изобретение мобильного парового двигателя позволило применять паровую энергию для вспашки примерно с 1850 года. В Европе почвенные условия часто были слишком мягкими, чтобы выдерживать вес тягового двигателя . Вместо этого противовесные колесные плуги, известные как балансировочные плуги , тянулись тросами по полям парами пахотных двигателей на противоположных краях поля или одним двигателем, тянущим прямо к нему на одном конце и отводящим от него через шкив на другом. Балансировочный плуг имел два набора противолежащих плугов, расположенных таким образом, что когда один находился в земле, другой поднимался в воздух. При тяге в одном направлении задние плуги опускались на землю натяжением троса. Когда плуг достигал края поля, другой двигатель тянул противоположный трос, и плуг наклонялся (балансировался), помещая другой набор лемехов в землю, и плуг работал обратно по полю. [ необходима цитата ]
Один комплект плугов был правосторонним, а другой левосторонним, что позволяло вести непрерывную вспашку вдоль поля, как в случае с поворотно-захватными и реверсивными плугами. Человеком, которому приписывают изобретение пахотного двигателя и связанного с ним балансировочного плуга в середине 19-го века, был Джон Фаулер , английский сельскохозяйственный инженер и изобретатель. [54] Однако братья Фискен продемонстрировали (и запатентовали) балансировочный плуг примерно за 4 года до Фаулера. [55] Одним из известных производителей паровых плугов был Дж. Кемна из Восточной Пруссии, который стал «ведущей компанией по производству паровых плугов на европейском континенте и проник в монополию английских компаний на мировом рынке» [56] в начале 20-го века. [ необходима цитата ]
Плуг с пнями был изобретен в 1876 году австралийцем Ричардом Боуером Смитом вместе со своим братом Кларенсом Гербертом Смитом . Он предназначен для разбивания новых сельскохозяйственных угодий, которые содержат пни деревьев и камни, удаление которых обходится дорого. [57] Он использует подвижный груз для удержания лемеха в нужном положении. Когда встречается пень дерева или камень, лемех отбрасывается от препятствия, чтобы избежать поломки его упряжи или тяги. [58] Вспашка может продолжаться, когда груз возвращается на землю. [59]
Более простая, более поздняя система использует вогнутый диск (или пару дисков), установленный под большим углом к направлению движения, используя вогнутую форму для удержания диска в почве — если только что-то твердое не ударит по окружности диска, заставив его перекатиться через препятствие. Когда он тянется вперед, острый край диска режет почву, а вогнутая поверхность вращающегося диска поднимает и отбрасывает почву в сторону. Он не работает так же хорошо, как отвальный плуг (но это не считается недостатком, поскольку он помогает бороться с ветровой эрозией), но он поднимает и разбивает почву ( см. дисковая борона ). [ требуется цитата ]
Современные плуги обычно многооборотные, монтируемые на трактор с трехточечной навеской . [60] Обычно они имеют от двух до семи отвалов, а полунавесные плуги (подъем которых осуществляется с помощью колеса, расположенного примерно на полпути по их длине) могут иметь до 18 отвалов. Гидравлика трактора используется для подъема и реверсирования орудия и для регулировки ширины и глубины борозды. Плугу по-прежнему необходимо устанавливать тяговую навеску с трактора, чтобы плуг сохранял правильный угол в почве. Этот угол и глубину могут автоматически контролироваться современными тракторами. В качестве дополнения к заднему плугу на передней части трактора может быть установлен двух- или трехотвальный плуг, если он оснащен передней трехточечной навеской. [ требуется цитата ]
Чизельный плуг является распространенным инструментом для глубокой обработки почвы (подготовленной земли) с ограниченным нарушением почвы. Его основная функция заключается в рыхлении и аэрации почвы, при этом пожнивные остатки остаются на поверхности. Этот плуг можно использовать для уменьшения последствий уплотнения почвы и для помощи в разрушении плужной подошвы и твердой подошвы . В отличие от многих других плугов, чизель не переворачивает и не переворачивает почву. Эта особенность сделала его полезным дополнением к методам земледелия с нулевой и минимальной обработкой, которые пытаются максимизировать преимущества предотвращения эрозии, сохраняя органические вещества и пожнивные остатки, присутствующие на поверхности почвы в течение всего года. Таким образом, чизельный плуг считается некоторыми [ кто? ] более устойчивым, чем другие типы плугов, такие как отвальный плуг.
Чизельные плуги становятся все более популярными в качестве основного орудия обработки почвы в районах пропашного земледелия. По сути, чизельный плуг представляет собой мощный полевой культиватор, предназначенный для работы на глубине от 15 см (5,9 дюйма) до 46 см (18 дюймов). Однако некоторые модели могут работать гораздо глубже. [ необходимо уточнение ] Каждый отдельный плуг или стойка обычно устанавливается на расстоянии от 230 мм (9 дюймов) до 360 мм (14 дюймов) друг от друга. Такой плуг может столкнуться со значительным сопротивлением почвы: требуется трактор достаточной мощности и тяги. При вспашке чизельным плугом требуется 10–20 лошадиных сил (7,5–14,9 кВт) на стойку в зависимости от глубины. [ необходима цитата ]
Чизельные плуги прицепного типа производятся с рабочей шириной от примерно 2,5 метров (8 футов 2 дюйма) до 13,7 метров (45 футов). Они монтируются на трактор, а рабочая глубина регулируется гидравлически. Плуги шириной более примерно 4 метров (13 футов) могут быть оснащены складными крыльями для уменьшения транспортной ширины. Более широкие машины могут иметь крылья, поддерживаемые отдельными колесами и шарнирными соединениями, что позволяет изгибать машину на неровной поверхности. Более широкие модели обычно имеют по колесу с каждой стороны для управления рабочей глубиной. Устройства с трехточечной навеской производятся шириной от примерно 1,5 до 9 метров (от 4 футов 11 дюймов до 29 футов 6 дюймов).
Культиваторы часто похожи по форме на чизельные плуги, но их цели различны. Зубья культиватора работают вблизи поверхности, обычно для борьбы с сорняками, тогда как стойки чизельного плуга работают глубоко под поверхностью; поэтому культивация требует гораздо меньше мощности на стойку, чем чизельная вспашка.
Сельский плуг — это наклонный плуг. [61] Самый распространенный плуг в Индии, [62] рекомендуется для таких культур, как арахис, после использования трактора. [63]
Гребнеобразующий плуг используется для таких культур, как картофель или зеленый лук, выращиваемых в гребнях почвы, с использованием техники, называемой гребнеобразованием или окучиванием . Гребнеобразующий плуг имеет два гребнеобразующих отвала, расположенных спина к спине, которые прорезают глубокую борозду за каждый проход с высокими гребнями по обе стороны. Этот же плуг может использоваться для разделения гребней для сбора урожая.
Этот тип гребневого плуга примечателен тем, что имеет лезвие, направленное в сторону оператора. Он используется исключительно человеческим усилием, а не с помощью животных или машин, и тянется назад оператором, что требует больших физических усилий. Он особенно используется для вторичного рыхления почвы и посадки картофеля. Он встречается на Шетландских островах, в некоторых западных фермерских хозяйствах и реже в Центральной Шотландии, как правило, на участках, слишком маленьких или бедных, чтобы заслуживать использования животных.
Это устройство, функционально работающее как пила, но тянущееся как плуг, было создано в 19 веке и в основном использовалось в Скандинавии как часть индустрии экспорта льда, где создавались блоки льда для отправки в Великобританию. [64]
Кротовый плуг позволяет устанавливать дренаж без траншей или разбивает глубокие непроницаемые слои почвы, которые ему препятствуют. Это глубокий плуг с торпедовидным или клиновидным наконечником и узким лезвием, соединяющим его с корпусом. При протаскивании по земле он оставляет глубоко под собой канал, который действует как дренаж. Современные кротовые плуг также могут закапывать гибкую перфорированную пластиковую дренажную трубу по мере продвижения, создавая более постоянный дренаж, или могут использоваться для прокладки труб для водоснабжения или других целей. Подобные машины, так называемые трубо- и кабельно-укладочные плуги , используются даже под водой для прокладки кабелей или для подготовки земли для гидролокатора бокового обзора в процессе, используемом при разведке нефти .
Уплотнение образца размером с теннисный мяч с глубины кротования вручную, а затем проталкивание карандаша через него — простая проверка того, находится ли подпочва в подходящем состоянии для кротового плуга. Если отверстие остается целым, а мяч не раскалывается, почва находится в идеальном состоянии для кротового плуга.
Тяжелая почва требует осушения, чтобы снизить содержание воды до уровня, эффективного для роста растений. Тяжелые почвы обычно имеют систему постоянных дренажей, использующих перфорированные пластиковые или глиняные трубы, которые сливаются в канаву. Небольшие туннели (кротовые дрены), которые формируют кротовые плуги, залегают на глубине до 950 мм (37 дюймов) под углом к трубчатым дренажам. Вода из кротовых дрен просачивается в трубы и стекает по ним в канаву.
Кротовые плуги обычно прицепляются и тянутся гусеничным трактором, но также производятся более легкие модели для использования на трехточечной навеске мощных полноприводных тракторов. Кротовый плуг имеет прочную раму, которая скользит по земле, когда машина работает. Тяжелая нога, похожая на ногу глубокорыхлителя, прикреплена к раме, а круглая секция с расширителем большего диаметра на гибком соединении прикручена к ноге. Пулевидный лемех образует туннель в почве диаметром около 75 мм (3,0 дюйма), а расширитель выдавливает почву наружу, образуя долговечный дренажный канал.
Параплуг, или параплуг, разрыхляет уплотненные слои почвы на глубину от 3 до 4 дм (от 12 до 16 дюймов), сохраняя при этом высокий уровень остатков на поверхности. [65] Это основное орудие для обработки почвы для глубокой вспашки без переворачивания.
Лопатный плуг предназначен для разрезания почвы и ее переворачивания на бок, что сводит к минимуму ущерб дождевым червям, почвенным микроорганизмам и грибкам. Это повышает устойчивость и долгосрочное плодородие почвы.
Используя брус с квадратными лемехами, установленными перпендикулярно, и поворотную точку для изменения угла бруса, плуг-переключатель позволяет пахать в любом направлении. Лучше всего он подходит для ранее обработанных почв, так как лемехи предназначены больше для переворачивания почвы, чем для глубокой обработки. На поворотной полосе оператор поворачивает брус (и, следовательно, лемехи), чтобы перевернуть почву в противоположную сторону от направления движения. Плуги-переключатели обычно легче, чем плуги-переключатели, и для их работы требуется меньше лошадиных сил.
Вспашка отвальным плугом в холодном и умеренном климате на глубину до 20 см (7,9 дюйма) аэрирует почву, разрыхляя ее. Она включает в себя пожнивные остатки, твердые удобрения, известняк и коммерческие удобрения вместе с кислородом, сокращая потери азота путем денитрификации, ускоряя минерализацию и увеличивая краткосрочную доступность азота для превращения органического вещества в гумус. Она стирает следы колес и колеи от уборочной техники. Она контролирует многие многолетние сорняки и задерживает рост других до весны. Она ускоряет весеннее прогревание почвы и испарение воды из-за меньшего количества остатков на поверхности почвы. Она облегчает посев более легкими семенами, контролирует многих врагов сельскохозяйственных культур ( слизней , долгоножек , личинок кукурузных мух, бобовых мух , сверлильщиков) и увеличивает количество «поедавших почву» дождевых червей (эндогических), но отпугивает вертикально живущих дождевых червей (анекических). [ необходима цитата ]
Вспашка оставляет мало остатков урожая на поверхности, что в противном случае могло бы уменьшить как ветровую, так и водную эрозию. Чрезмерная вспашка может привести к образованию твердого слоя почвы . Обычно фермеры разбивают его с помощью глубокого рыхлителя , который действует как длинный острый нож, разрезающий затвердевший слой почвы глубоко под поверхностью. Возможна эрозия почвы из-за неправильного использования земли и плуга. Контурная вспашка смягчает эрозию почвы путем вспашки поперек склона, вдоль линий возвышения. Альтернативы вспашке, такие как метод нулевой обработки , имеют потенциал для создания уровней почвы и гумуса. Они могут быть подходящими для небольших интенсивно возделываемых участков и для ведения сельского хозяйства на бедных, неглубоких или деградированных почвах, которые вспашка еще больше ухудшит. [ требуется цитата ]
спор [TR FOW/CO5/116-137] в основном касается дела в Канцелярии 1863 года между Джоном Фаулером и его патентными правопреемниками в трасте против Джеймса и Фредерика Говарда из Бедфорда за предполагаемое нарушение его патентов при производстве балансировочных плугов.
