Технологии и средства механизации для противоэрозионной обработки склоновых почв Кабардино-Балкарской Республики

На рис. 9 представлена динамика интегрального смыва почвы для различных вариантов обработки, а на рис. 10 - динамика интегрального приведенного смыва почвы. Средневзвешенный диаметр выносимых со стоком почвенных агрегатов колеблется в основном в пределах 0,4-0,6 мм.

Полученные данные свидетельствуют о том, что шероховатость поверхности почвы была практически одинаковой для всех вариантов обработки. Однако после дождевания она уменьшилась примерно в два раза. Шероховатость после дождевания зависит от размера водопрочных агрегатов. И то, что она оказалась одинаковой, говорит о том, что варианты обработки почвы не повлияли на размер водопрочных агрегатов, что подтверждается и средним размером смываемых агрегатов, который практически одинаков. Размыв в гидролотке почвенных монолитов по методике ВНИИЗЗПЭ, взятых с участков при разных вариантах обработки почвы, показал, что их противоэрозионная стойкость в пределах точности измерения была одинаковой.

Рис. 9. Зависимость интегрального смыва почвы от эрозионной характеристики А

Рис. 10. Зависимость приведенного смыва почвы от эрозионной характеристики дождя

Таким образом, по сравнению со вспашкой для противоэрозионных вариантов обработки почвы уменьшение ее смыва примерно на 50 % обусловлено только увеличением впитывания воды в почву.

При проектировании противоэрозионных мероприятий рассчитываются среднемноголетние потери почвы. Чтобы оценить эти потери для почвозащитной обработки использована имитационная модель дождевой эрозии. По данным дождевания была проведена идентификация параметров модели, а затем смоделирован эрозионный процесс за многолетний период для условий КБР. В результате получено, что почвозащитная обработка по сравнению со вспашкой уменьшает среднемноголетний смыв почвы примерно на 25 %.

Рис. 11. Динамика стока

Рис. 12. Динамика интегрального смыва почвы

Динамика стока и динамика интегрального смыва почвы (рис. 11 и 12) показывает высокую эффективность мульчирования, которое существенно уменьшает сток (увеличивает впитывание). Наличие мульчи привело к снижению концентрации почвы в стоке и уменьшению среднего диаметра смываемых почвенных агрегатов (рис. 13 и 14). Мульчирование заметно изменило фракционный состав смытой почвы. Практически полностью отсутствуют фракции размером более 1 мм.

Рис. 13. Динамика концентрации почвы в стоке

Рис. 14. Средний диаметр смываемых почвенных агрегатов

Средний диаметр частиц на вариантах с мульчированием не превышал 0,4 мм. На контрольных вариантах размер смытого материала оказался значительно выше и достигал 1 мм. Основываясь на полученных результатах, можно сделать вывод, что для условий КБР мульчирование способно надежно защитить почву от дождевой эрозии.

Критерием для выбора оптимальных параметров закрытого дренажа является время отвода почвенно-грунтовых вод пахотного и подпахотного горизонтов почвенного профиля на склоновых землях в критические периоды при поверхностном стоке. Поэтому возникает необходимость в разработке таких методов определения параметров дренажа, которые позволили бы за короткий срок, в условиях конкретного объекта, путем непосредственных измерений определить зависимость между временем отвода избыточной воды из почвы и основными параметрами дренажа (расстояниями между дренами и глубиной их закладки).

На основании анализа результатов экспериментальных исследований получена зависимость изменения междренного расстояния от коэффициента фильтрации и перепада напора с учетом интенсивности дождя (рис. 15).

Кроме того, прогнозирование динамики уровня верховодки в корнеобитаемом слое для условий КБР для проектировщиков представляет большой интерес. Особенно важным в малопроницаемых грунтах с продолжительными осадками является выбор оптимальных междренных расстояний, глубины закладки дрен для отвода отфильтрованных вод через дренажные каналы в специальный водоем. Эти параметры легли в основу проекта инженерных почвозащитных сооружений на склоновых землях, разработанного Севкавгипроземом и внедренного в хозяйствах КБР, а также при разработке конструкции противоэрозионного агрегата (рис. 16). Установлены рациональные значения основных параметров и режимов работы противоэрозионного агрегата: толщина ножа _н = 6 см; диаметр дренера d = 8,7 см; длина троса, соединяющего дренер с ножом _т = 25 см, глубина прокладки дренажного канала 50-55 см, скорость передвижения агрегата 8-12 км/ч.

Рис. 15. Изменение междренного расстояния при различном перепаде напора: 1 - 1 м; 2 - 1,25 м; 3 - 1,5 м

Рис. 16. Противоэрозионный агрегат в работе

В пятой главе «Формирование технологии и состава средств для противоэрозионной обработки склоновых почв» приведены результаты обоснования комплекса мер по защите почв от водной эрозии. Полученные результаты исследований позволили предложить технологическую схему энергосберегающей обработки почвы под озимые и яровые зерновые после разных предшественников (табл. 1).

Для определения количественного и марочного состава машинно-трак-торного парка хозяйства разрабатывается сводный план механизированных работ. Критерием оценки различных вариантов комплектования МТА в условиях сельскохозяйственных товаропроизводителей является полная себестоимость механизированных работ, основу которой составляют эксплуатационные затраты. Определив себестоимость работ в зависимости от наработки для различных вариантов энергомашин, получили марочный состав машинно-тракторного парка хозяйства (рис. 17). Эффективное использование энергонасыщенных тракторов классов 30 и 50 кН целесообразно при обеспечении их годовой загрузки не менее 1250-1500 усл. эт. га. Для неэнергонасыщенных тракторов класса 30 кН граница эффективной нагрузки снижается до 750-850 усл. эт. га, а для остальных тракторов - до 500-650 усл. эт. га.

Сравнительная оценка стоимости механизированных работ для различных марок тракторов в пределах их эффективной годовой загрузки показывает, что они меньше у неэнергонасыщенных тракторов классов 14, 20 и 30 кН, имеющих значительно меньшую стоимость и более высокую годовую загрузку (рис. 18). Непропорционально высокая стоимость энергонасыщенных тракторов по отношению к производительности снижает эффективность их использования.

Таблица 1 - Технологическая схема энергосберегающей обработки почвы под озимые и яровые зерновые после разных предшественников

Рис. 17. Себестоимость С механизированных работ ВТ-100 в зависимости от годовой наработки W_г: 1 - амортизация; 2 - заработная плата; 3 - топливно-смазочные материалы; 4 - ТО и ремонт; 5 - сумма эксплуатационных затрат

Рис. 18. Сравнительная оценка себестоимости механизированных

работ в зависимости от годовой наработки W_г тракторов:

1 - К-701; 2 - ВТ-175С (Т-150); 3 - ДТ-75М; 4 - ЛТЗ-155;

5 - МТЗ-80; 6 - Т-70С; 7 - ЛТЗ-55

Затраты КСХП «Красная Кабарда» при производстве зерновых по обычным и предлагаемым ресурсосберегающим технологиям составили соответственно 7236,4 и 5937 тыс. р., структура которых приведена на рис. 19.

Количественный состав машинно-тракторного парка хозяйства определен на основании экономически целесообразной продолжительности выполнения технологических операций, полученной (рис. 20) по минимуму интегральных затрат, включающих капиталовложения на приобретение машин, прямые производственные расходы, накладные расходы и возможный ущерб от потерь с.-х. продукции при продолжительности работ сверх установленной оптимальным агросроком.

Для определения экономически целесообразной продолжительности уборки зерновых колосовых культур использована нелинейная зависимость потерь зерна от продолжительности уборки. При действующих на данный момент рыночных ценах на технику и зерно, экономически целесообразный срок проведения уборки зерновых колосовых может составлять 14 дней. Аналогичная расчетно-аналитическая работа проводится по всем технологическим операциям наиболее напряженных периодов работ и устанавливаются пределы, в которых есть возможность, изменяя продолжительность выполнения работ, снижать пиковые нагрузки на технику. Результаты определения количественного состава парка тракторов для оптимальных и экономически целесообразных сроков выполнения работ для хозяйств Кабардино-Балкарской республики приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Рациональный состав парка тракторов и комбайнов хозяйства

Полученные результаты обоснования рационального количественного и марочного состава парка тракторов по экономическим критериям указывают на целесообразность применения в производственно-экономических условиях сельскохозяйственными товаропроизводителями КБР тракторов типа Т-150 и ВТ-100 (30 кН) и МТЗ-80/82 (14 кН).

В пятой главе «Эффективность использования результатов исследований» приведены результаты оценки агротехнической эффективности почвозащитных технологических мероприятий.

Рис. 20. Зависимость интегральных затрат (З_и) от продолжительности (Т) выполнения работ при уборке зерновых колосовых: 1 - приведенные капиталовложения; 2 - издержки от потерь зерна; 3 - прямые производственные затраты; 4 - общепроизводственные затраты; 5 - интегральные затраты

В результате трехлетних исследований влияния предлагаемых технологических мероприятий установлено, что без этих мероприятий объемная масса почвы естественным путем не восстанавливает показателей, отмеченных на опытном участке. На участках без обработки на третий год объемная масса верхнего (дернового) слоя уменьшилась на 2-4 %, а на участках, обработанных предлагаемым агрегатом, увеличилась на 13 см в слое 0-10 см и на 3 % в более глубоком горизонте.

В первый год предлагаемые технологические мероприятия способствуют уменьшению объемной массы верхнего слоя почвы на 6-17 %. При этом на второй год после закладки опыта разница в плотности почвы между обработанным и необработанным участками в дерновом слое почвы составила 5-8 %, а на третий год - 2,5-3 %. То есть значимое влияние предлагаемых технологических мероприятий на склоновых землях наблюдается в течение двух лет и не выходит за пределы достоверной разницы на третий год.

Анализ результатов исследований показал, что твердость почвы после применения почвозащитных технологических мероприятий уменьшилась в несколько раз. Так, в первый год после обработки твердость почвы уменьшилась в 3,5 раза в слое до 10 см и в 2,5 раза в слое 11-20 см. В более глубоких слоях заметных изменений твердости почвы не выявлено.

Анализ влажности по глубине отбора образцов показывает, что этот показатель в зависимости от фона обработки достаточно заметно изменяется только в первый год (в летний сезон). В других ситуациях доказуемого влияния предлагаемых технологических мероприятий на влажность почвы не установлено. В данной главе приведены также результаты оценки экономической эффективности использования результатов исследований. Расчеты показали, что годовой экономический эффект от использования результатов исследований по КБР составил 5 млн. р.

Общие выводы

1. Главными направлениями противоэрозионных исследований в перспективе должна стать разработка высокоэффективных почво- и ресурсосберегающих технологий сохранения и восстановления плодородия эродированных земель (в первую очередь, земель, подверженных смыву), основанных на глубоком изучении условий и факторов возникновения и развития эрозионных процессов на склоновых землях (климат, рельеф местности, наличие растительности, физико-механические свойства почвы и др.). Реализация этих технологий, наряду с сохранением структуры почв, позволяет существенно минимизировать издержки на производство сельскохозяйственной продукции, затраты на топливно-смазочные материалы.

2. Для противоэрозионной обработки склоновых почв необходима разработка специальных противоэрозионных машин, производство которых сдерживается их значительным удорожанием, низкой нагрузкой в течение года и другими факторами. Поэтому целесообразна модернизация существующих почвообрабатывающих машин по разработке и внедрению комбинированных агрегатов, выполняющих одновременно несколько технологических операций за один проход.

Применение различных вариантов энергомашин требует технико-экономического обоснования на основе их стоимости, производительности, эксплуатационных затрат и других факторов. Основным критерием обоснования и выбора машин и формирования машинно-тракторных агрегатов является полная себестоимость механизированных процессов и работ.

3. Для изучения смыва почвы целесообразно использовать полученное уравнение разрушения почвы, в котором впервые учтены размывающая скорость водного потока, комплекс физико-механических и химических свойств почвогрунтов и влияние на почву фактора перегрузки, т.е. отношения максимальных пульсационных скоростей и средних скоростей течения в точке близ дна. Это положение характеризует смыв почвы со склоновых земель и может быть использовано при разработке противоселевых сооружений, что также является актуальной проблемой для КБР в период паводков.

4. В основу определения количественного и марочного состава машинно-тракторного парка сельскохозяйственных товаропроизводителей должны быть положены экономически целесообразные сроки выполнения механизированных работ, которые позволяют обосновано сглаживать пиковые нагрузки на МТП и снижать на 15-24 % потребность в машинах.

5. Для прогнозирования динамики уровня верховодки в корнеобитаемом слое для гидрогеологических условий КБР получена теоретическая зависимость, которая позволяет дополнительно определять оптимальные глубины закладки дрен и нормы интенсивного орошения, выбирать конструкцию дренажа с учетом усиления интенсивности отвода грунтовых вод в маловодопроницаемых грунтовых зонах при продолжительных осадках.

6. Для моделирования естественных осадков не обязательно задавать точно такую же интенсивность дождя, так как результаты дождеваний, проведенных с различными по интенсивности осадками, описываются практически одной зависимостью от эрозионной характеристики дождя.

7. При проведении дождевания, как и при переносе полученных результатов на натурные условия, необходимо учитывать, что исходная влажность почвы оказывает существенное влияние на сток и смыв почвы.

8. Для уменьшения смыва почв на склоновых землях целесообразно вместо применяемых обычных технологий основной обработки почв, базирующихся на традиционной отвальной вспашке, применять ресурсосберегающие противоэрозионные технологии на основе использования комбинированных технических средств для дренирования и плоскорезной обработки. Это обусловлено необходимостью увеличением степени впитывания воды в почву, что соответственно, сокращает сток воды и уменьшает смыв почв.

9. С целью снижения концентрации почвы в стоке и уменьшения ее смыва необходимо проведение мульчирования почвы для получения смываемых почвенных агрегатов со средним диаметром более 1 мм.

10. Полученные параметры дренажных каналов использованы при строительстве инженерных почвозащитных сооружений на склоновых землях хозяйств КБР, а также при создании конструкции противоэрозионного агрегата для проведения щелевания с одновременным дренированием со следующими параметрами и режимами работы: толщина ножа 6 см, диаметр дренера 8,7 см, длина троса для крепления дренера к ножу 25 см, глубина прокладки дренажных каналов 50-55 см, рабочая скорость 8-12 км/ч.

11. Применение предлагаемых научно обоснованных технологических почвозащитных мероприятий позволяет значительно повысить пористость почвы, что создает условия для улучшения впитывания воды и уменьшения ее стока и смыва почвы. Это подтверждается уменьшением объемной массы верхнего (дернового) слоя на третий год на 2-4 %. В то же время по фону обработки противоэрозионным агрегатом объемная масса увеличилась на 13 г/см³ в слое 0-10 см и на 3 % в более глубоком горизонте. Анализ влажности по глубине отбора образцов показал, что в зависимости от фона обработки она достаточно заметно изменяется только в первый год (в летний сезон).

12. Для повышения эффективности производственно-хозяйственной деятельности сельскохозяйственных товаропроизводителей их МТП должен комплектоваться экономичными для конкретных условий эксплуатации и объемов работ энергомашинами и, в первую очередь, тракторами классов 30 и 14 кН.

13. Внедрение разработанной методики проектирования использования машинно-тракторного парка сельскохозяйственных товаропроизводителей КБР позволяет снизить потребность в технике для противоэрозионной обработки склоновых почв в 1,5 раза, что обеспечивает снижение капиталовложений для условий республики на сумму около 110,0 млн р.; годовых эксплуатационных затрат по машинно-тракторному парку хозяйств на 1,6 млн. р. Годовой экономический эффект от повышения урожайности зерновых на склоновых почвах составит по КБР около 5 млн. р.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Пазова Т.Х. Результаты применения энергосберегающих технологий и технических средств для обработки склоновых почв [Текст] /Т.Х.Пазова, Л.И.Кушнарев //Нива Поволжья. - 2008. - № 4. - С. 44-47.

2. Пазова Т.Х. Выбор машин для обработки склоновых почв [Текст] /Т.Х.Пазова// Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 11. - С. 19-20.

3. Пазова Т.Х. Оценка эффективности почвозащитных инженеpных мелиоpативных меpопpиятий [Текст] /Т.Х.Пазова. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 5 - № 9. С. 14-16.

4. Пазова Т.Х. Обоснование технологии и средств механизации для противоэрозионной обработки склоновых почв Кабардино-Балкарской Республики [Текст] : науч. изд. /Т.Х.Пазова - М.: [МГАУ им. В.П. Горячкина], 2007. - 230 с., ил. - 20 см - Библиогр.: с. 212-230 (213 назв.).

5. Пазова Т.Х. Технологические параметры комбинированного противоэрозионного аппарата [Текст] /Т.Х.Пазова //Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. - № 10. - С. 19-21.

6. Пазова Т.Х. Обоснование паpаметpов для модеpнизации мелиоpативных дpенажных машин [Текст] /Т.Х.Пазова //Ремонт, восстановление и модернизация. - 2007. - № 11. - С. 46-48.

7. Пазова Т.Х. Оценка экономической эффективности противоэрозионной обработки склоновых почв [Текст] /Т.Х.Пазова //Экономика с.-х. и перерабатывающих предприятий. - 2007. - № 10. - С. 44-46.

8. Пазова Т.Х. Алгоритм организационно-экономического проектирования эксплуатации культуртехнических комплексов в АПК [Текст] / Т.Х.Пазова, Л.И.Кушнарев // Вестн. Моск. гос. агроинженер. ун-та: науч. журнал. Вып. 5(25). Экономика и организация производства в агропромышленном комплексе, 2007 - С. 101-104.

9. Пазова Т.Х. К оценке почвозащитных инженеpно-мелиоpативных меpопpиятий [Текст] /Т.Х.Пазова // Ремонт, восстановление и модернизация. - 2007. - № 9. - С. 32-34.

10. Пазова Т.Х. Минимальная обработка почв Кабардино-Балкарии [Текст] /Т.Х.Пазова // Сельский механизатор. - 2007. № 12. - С. 20-21.

11. Пазова Т.Х. Проектирование организации машиноиспользования в АПК КБР [Текст] /Т.Х.Пазова //Межвузовский сборник научных трудов «Перспектива - 2006». - Нальчик, 2006. - С. 66-67.

12. Пазова Т.Х. Организационно-экономическое проектирование использования машин в АПК [Текст] /Т.Х.Пазова //Вестн. Моск. гос. агроинженер. ун-та: науч. журнал. Вып. 5(20). Агроинженерия, 2006. - С. 123-125.

13. Пазова Т.Х. Обоснование основных параметров и режимов работы противоэрозионного агрегата [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Межвузовский сборник научных трудов. - Нальчик, 2004. - С. 44-45.

14. Пазова Т.Х. Оптимальные параметры дренажных систем для подпочвенного отвода сточных вод [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Межвузовский сборник научных трудов. - Нальчик, 2004. - С. 43-44

15. Пазова Т.Х. Исследование промерзания почвы террасированных склонов [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Тезисы доклада на 4-ой международной конференции. - Самара, 2003. - С. 75-76.

16. Пазова Т.Х. Влияние интенсивности дождя на развитие эрозионных процессов [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Тезисы доклада межрегиональной науч. конференции Ставрополь. - Северо-Кавказского гос. техн. ун-т, 2003. - С. 54-56.

17. Пазова Т.Х. Исследование влияния исходной влажности почвы на сток и смыв [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Тезисы доклада на III конференции молодых ученных КБНЦИ РАН. - Нальчик: КБНЦ РАН. - 2002. - С. 29-33

18. Пазова Т.Х. Исследование влияния интенсивности дождя на сток и смыв почвы [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Тезисы доклада на III конференции молодых ученных КБНЦИ РАН. - Нальчик: КБНЦ РАН. 2002. - С. 25-29.

19. Пазова Т.Х. Обоснование параметров модельного дождя [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Тезисы доклада на III конференции молодых ученных КБНЦИ РАН. - Нальчик: КБНЦ РАН, 2002. - С. 22-25.

20. Пазова Т.Х. Моделирование процесса водной эрозии на склоновых землях КБР [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Тезисы доклада II конференции молодых ученных. КБНЦ РАН. - Нальчик: КБНЦ РАН, 2002. - С. 28-30.

21. Пазова Т.Х. Моделирование процесса водной эрозии на склоновых землях и разработка мероприятий по уменьшению смыва почвы в условиях КБР [Текст] /Т.Х.Пазова, Ю.А.Шекахачев //Материалы юбилейной конференции посвященный 20-летию КБГСХА. - Нальчик: КБГСХА. 2001. - С. 54-56.

22. Пазова Т.Х. О влиянии ветра на характер и размеры дождевых капель [Текст] /Т.Х.Пазова, М.Х.Каскулов //Материалы научно-практической конференции посвященной 70-летию МГАУ. М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000.- С. 122-124.

Размещено на Allbest.ru