Агроэкологическое обоснование рациональной технологии ухода за почвой террасированных склонов

№56-1,

Технические науки

В работе проведено обоснование технологии ухода за террасированными склонами с позиции защиты почв от деградационных процессов. Установлено, что агропроизводственные характеристики склоновых земель существенно отличаются от таковых равнинных земель, и главное отличие состоит в том, что склоновые земли являются эрозионноопасными и вся система земледелия на этих землях обязательно должна быть почвозащитной. Показано, что существенный эффект можно обеспечить и за счет снижения собственной массы машины, применения специальных шин, уменьшения внутреннего давления в шинах, а также разработки и внедрения машин портального типа для обработки почвы.

Похожие материалы

Главной агрономической особенностью склоновых земель является большая пестрота по плодородию, т.е. наличию влаги и питательных веществ на различных элементах склона. С увеличением крутизны склонов возрастает различие между равнинными и склоновыми землями. Если на равнинных участках почвенный покров сравнительно одинаков, то на склонах происходит смена почв в связи с вертикальной зональностью и эродированностью, уменьшение почвенной влаги в результате поверхностного стока осадков и увеличение расхода воды на физическое испарение с эродированных почв. При работе на склонах уменьшается тяговое усилие тракторов, снижается производительность труда агрегатов, увеличивается расход горючего, быстрее изнашиваются машины и орудия, труднее управлять агрегатами, ухудшается качество проводимых работ.

На склоновых землях, в отличие от равнинных, всегда существует опасность проявления водной эрозии, снижения плодородия почвы, урожайности и повышения себестоимости продукции [1-3].

Следовательно, агропроизводственные характеристики склоновых земель существенно отличаются от таковых равнинных земель, и главное отличие состоит в том, что склоновые земли являются эрозионноопасными и вся система земледелия на этих землях обязательно должна быть почвозащитной.

Таким образом, основными причинами низкой эффективности горного садоводства, на наш взгляд, являются:

  • недостаточная разработанность научных основ по рациональному использованию биоклиматического потенциала горных районов с учетом охраны склоновых земель от эрозии;
  • недостаточная изученность технологических приемов возделывания плодовых культур на горных склонах;
  • отсутствие системы машин и необходимых технических средств к ним для комплексной механизации основных процессов в горном садоводстве.

Современная теория горного садоводства должна базироваться на познании закономерностей взаимодействия факторов жизни плодовых насаждений, эрозионных процессов, факторов урожая и решать следующие задачи:

  • оптимизация уровня агрохимических, агрофизических, агробиологических факторов плодородия почвы и продуктивности плодовых насаждений;
  • формирование урожайности в экстремальных условиях;

- создание условий эффективного использования мелиорантов, удобрений и пестицидов;

  • предупреждение проявления эрозии, дефляции и деградации почв;
  • повышение эффективности полезного действия энергоиспользования при выращивании плодовых насаждений.

Для изучения этих закономерностей современная сельскохозяйственная наука в научных исследованиях использует три основных подхода:

  • сравнительную оценку различных сочетаний приемов и факторов, воздействующих на процесс;
  • изучение целого явления;
  • рассмотрение явления как единого целого (системный подход).

Наиболее целесообразно при изучении почвозащитного горного садоводства третье направление - системный подход, который дает возможность целостного рассмотрения объекта и исследовать механизм взаимосвязей сложного явления для составления единой теоретической модели принятия решения. Применение системного подхода к изучению почвозащитного горного садоводства предполагает установление границ, в которых следует вести исследование, и выделение основных составляющих факторов, влияющих на процесс. При решении этой задачи с учетом практического опыта и имеющихся сведений, изложенных выше, можно выявить общие критерии и границы системы. Так, с учетом этого, нас не интересует смыв почвы со склонов крутизной свыше 300, водопроницаемость более 1,5 г/см3, содержание гумуса свыше 7%, так как выше этих значений в горном садоводстве не имеется.

Так же известно, что на эрозионную устойчивость почв значительное влияние оказывает пленочная и капиллярная вода, поэтому другие не имеет смысла рассматривать. Следовательно, в первую очередь необходимо изучать действие свободной воды.

Как правило, авторы научных статей и работ рассматривают не систему почвозащитной технологии, а противоэрозионную эффективность отдельных приемов. Кроме этого, они сосредоточивают внимание на действии основной обработки почвы, а такие элементы, как оптимизация агроландшафта, организация территории, почвенная экология плодовых культур, предпосадочная обработка, посадка, приемы ухода за почвой и другие, не учитываются.

Практика и опыт убеждают в том, что всестороннее изучение системы почвозащитного горного садоводства обычным путем потребует много времени и средств. Системный подход дает возможность избежать дорогостоящих опытов и длительных экспериментов.

Система агротехнических мероприятий по освоению склонов под промышленное садоводство должна обеспечивать высокую продуктивность плодовых насаждений, комплексную механизацию технологических процессов и, что самое главное, предотвращение эрозии почв.

Здесь необходимо отметить, что в связи с тем, что практически все почвы при определенных условиях могут подвергаться разрушению водой, ветром или машинами, зональные системы горного садоводства должны носить почвозащитный характер, т.е. обеспечивать защиту почв от эрозии, дефляции, загрязнения и других неблагоприятных процессов, снижающих почвенное плодородие [4-6].

Исходя из изложенного, совершенствование системы почвозащитного горного садоводства становится актуальной проблемой.

Системный подход в горном садоводстве предполагает анализ и формулирование возникшей проблемы, ее структуризацию на задачи различных уровней.

Система почвозащитного горного садоводства должна быть в первую очередь почвоводоохранной, что можно аргументировать следующим образом:

  • поскольку водная эрозия вызывается поверхностными стоками, то и защита почв от нее в условиях горного садоводства должна предусматривать меры по предупреждению или регулированию склонового стока;
  • главным лимитирующим фактором повышения урожайности плодовых насаждений на склоновых землях является влага, поэтому наиболее полное сохранение и использование для этих целей атмосферных осадков и вод орошения является важнейшей задачей системы ведения горного садоводства;
  • при обеспечении плодовых насаждений влагой повышается роль растительности, произрастающей в междурядьях сада в решении вопроса защиты почв от эрозии;
  • почвоводоохранная система горного садоводства должна иметь в виду и охрану от загрязнения вод, стекающих со склонов в речную сеть и водохранилища, что имеет важное значение для всего народного хозяйства.

Работы по дальнейшему совершенствованию почвозащитных систем ведения горного садоводства должны быть ориентированы на конечную цель - создание высокопродуктивного и устойчивого промышленного горного садоводства. В связи с этим необходимо осуществить следующее:

  • точнее определить природные и экономические возможности (потенциал) районов ведения горного садоводства для возделывания плодовых культур;
  • разработать основные параметры наращивания плодородия почв под планируемый урожай плодов, имея в виду бездефицитный баланс гумуса и минеральных элементов питания плодовых культур;
  • на базе найденных оптимальных параметров наращивания плодородия почв на склоновых землях разработать почвозащитные комплексы для ведения горного садоводства с учетом факторов, определяющих эрозионную опасность склоновых земель.

Почвозащитная система ведения горного садоводства должна обеспечивать решение следующих задач:

  • получение высоких урожаев высококачественных плодов с минимальными затратами труда и средств;
  • защиту почв от эрозии, снижение уплотнения почв, предотвращение поверхностного смыва со склонов удобрений, пестицидов и различных мелиорантов;
  • восстановление плодородия почв на склонах и сельскохозяйственное освоение бросовых эродированных склоновых земель.

При проведении исследований необходимо учитывать ряд особенностей ведения горного садоводства в регионе, а именно:

  • резкие различия отдельных частей территории Центральной части Северного Кавказа, определяемые наличием в хозяйствах земель, расположенных в разных высотных поясах и на большом удалении друг от друга;
  • большие различия в пределах природных зон, связанные с особенностями рельефа, создающие своеобразные условия для ведения горного садоводства;
  • разная степень доступности отдельных частей территории, ведущая к неравномерному их использованию.

Учет данных особенностей позволит разработать обоснованную систему ведения почвозащитного горного садоводства.

Интенсификация сельскохозяйственного производства связана с увеличением числа и массы машин, проходов их по полю.

Например, в 1963 г. самым мощным и тяжелым был трактор ДТ-75, масса которого была около 6 т. Сейчас же появились такие трактора, как К-701, масса которой более 13 т [1, 7-10].

Уплотнение почвы в результате уплотняющего воздействия на нее ходовых систем тракторов и сельхозмашин в последнее время стало основной проблемой в с/х производстве большинства стран мира. Например, в 1960 г. на 100 га с/х угодий ФРГ приходилось в среднем 6,7 трактора, а в 1982 г. - уже 11,7 трактора, что привело к существенному возрастанию уплотненности почв [1].

Меры, принимаемые для предотвращения этого явления, затрагивают многие аспекты: улучшение технологии возделывания плодовых культур, применение средств, повышающих способность почвы противостоять уплотняющим нагрузкам, конструкторские разработки, направленные на совершенствование ходовых систем машин, использование комбинированных агрегатов для уменьшения числа проходов сельскохозяйственных агрегатов по обрабатываемой почве и др.[1, 11-13].

Исследованиями [1] установлено, что наибольшее уплотнение по следу трактора происходит после первого прохода, повторные же изменяют сложение почвы в меньшей степени.

Существенный рост уплотнения почвы в зоне колеи и разрушение внутренней структуры грунта в конечном итоге оказывают негативное влияние на урожайность плодовых культур [14-18]. Степень уплотнения почвы определяется числом проходов по полю сельскохозяйственной техники и величиной удельного давления колес на почву. Последний параметр зависит от площади контакта шин с поверхностью почвы и нагрузки на колеса. Снижение уплотнения почвы может быть достигнуто совершенствованием технологии, повышением несущей способности почвы, совершенствованием конструкции сельскохозяйственной техники. Первое из названных направлений предусматривает использование комбинированных агрегатов, выполняющих за один проход несколько операций. Повышение несущей способности почвы может быть достигнуто за счет снижения интенсивности ее обработки или путем обработки почвы при низкой влажности.

Существенный эффект можно обеспечить и за счет снижения собственной массы машины, применения специальных шин, уменьшения внутреннего давления в шинах, а также разработки и внедрения машин портального типа для обработки почвы [1, 19-21].

Кроме этого, для уменьшения числа проходов тракторных агрегатов по полю применяются специальные сцепки для объединения орудий в единый агрегат [1].

В результате уплотнения почвы колесами тракторов ограничивается рост корней плодовых насаждений. На основе исследований зависимости между уплотнением почвы и ростом плодовых насаждений разработана концепция контролируемого движения сельскохозяйственной техники [22].

Исследования [1] показали, что для эффективного управления машинами с пневматическими шинами необходима сухая и плотная поверхность почвы. Однако урожайность обратно пропорциональна уплотнению почвы. Форма и ширина колеи тягового устройства - контактной поверхности почвы является важным фактором, влияющим на уплотнение почвы. Концепция контролируемого движения сельскохозяйственной техники особенно важна в садоводстве с интенсивным землепользованием.

Давление на почву техники в процессе ее использования ведет к уменьшению объема пор в почве, а с увлажнением почвы давление распространяется на большую глубину. Объем пор в почве при использовании техники уменьшается на 80% до глубины минимум 25 см при применении колесного трактора с шинами нормального давления, до 20 см - в случае применения трактора со сдвоенными шинами, до 15 см - при использовании гусеничного трактора [23-25].

К примеру, при нагрузке на колесо трактора 300 кг и давлении воздуха в шинах 0,8 бара на глубине почвы 42 см давление составляет 0,1. Эта величина давления фиксируется на глубине 55 и 67 см при увеличении нагрузки на колесо соответственно до 500 и 700 кг. При использовании трактора на влажной почве нагрузка на верхние слои увеличивается в 3...8 раз по сравнению с сухой почвой.

Возрастает и глубина уплотнения почвы, ведущая к образованию глубокой колеи, становящейся с течением времени очагом овражной эрозии на полотне террасы.

Например, в Кабардино-Балкарии работы по щелеванию склонов на глубину 40...50 см с расстоянием между щелями 90 см, при ширине щелей 3...4 см, увеличило весенний запас доступной влаги в метровом слое почвы на 350...600 т/га. Имеются сведения о том, что щелевая обработка на глубину 50 см (через 90 см) увеличивает запас воды при весеннем снеготаянии в 3...4 раза. При вспашке с кротованием почв с тяжелым механическим составом на склонах крутизной 3...40 по сравнению с обычной вспашкой урожайность повышается на 3...10%. Установлено также, что щелевание увеличивает водопроницаемость почвы в 1,5 раза, повышает урожайность на 20%. При этом эффективность щелевания проявляется в резком сокращении стока вод, смыва почвы [1].

Некоторые исследователи утверждают, что глубокое безотвальное рыхление в качестве основной обработки почвы на контурно организованной территории крутосклоновых земель (террасы) позволяет не только снизить опасность эрозии, смыва удобрений, но и полнее сохранить почвенную влагу [67] и что при контурной организации территории щелевание, проведенное осенью по необработанной стерне на глубину 35...40 см через 2...3 м, способствует лучшему сохранению почвенной влаги в весенний период [1].

Замечено, что кротователи позволяют задерживать ливневые воды, предотвращая одновременно эрозию почвы, причем лучшие результаты имеют место при сочетании этих кротователей с щелерезами, так как под действием дренажа в почвах исчезает гравитационная влага в нижних горизонтах. Влажность почвы на протяжении большой части теплого периода оказывается высокой. Благодаря дренажу в осушенных почвах образуются новые по составу конкреционные новообразования. Это позволяет заключить, что дренаж является новым фактором эволюции почв.

Что касается мульчирования растительности необходимо отметить, что в настоящее время известны такие способы удаления растительности, как химический, термический, электромагнитный, электрический, биологический, механический.

Химизация - наиболее экологически опасное направление интенсификации сельскохозяйственного производства, так как предусматривает применение пестицидов, ретардантов и других продуктов химической промышленности, опасных для окружающей среды. Химический метод позволяет почти полностью уничтожить растительный покров. Однако следует отметить такие негативные последствия использования этого метода, как:

  • загрязнение почвы;
  • разрушение микрофлоры почвенного покрова;
  • опасность для жизни человека и животных.

Как отмечал академик А.Н. Каштанов, химические методы следует применять в тех случаях, когда нет других способов борьбы или они мало эффективны. При постоянном применении гербицидов происходит образование устойчивых популяций сорной растительности.

Термический способ удаления растительности предусматривает их сжигание. Этот способ позволяет почти полностью уничтожать растения, их семена и сельскохозяйственных вредителей в обрабатываемой зоне. Одним из первых начал решать проблему сжигания растительности термическим способом ГрузНИИГиМ, где в 1950 году был создан первый травосжигатель, работающий на дизельный топливе [1].

Недостатками применения данного способа являются:

  • ограниченность применения;
  • при наличии крупной растительности появляется необходимость в извлечении механическим или иным путем оставшихся корневых остатков;
  • существует опасность повреждения открытым огнем кроны и штамба плодовых деревьев;
  • происходит неизбежное уничтожение микроорганизмов, населяющих почвенный покров.

Со временем стали появляться более экологически безопасные способы и методы удаления растительности, так как стало ясно, что без их разработки немыслимо выживание человечества, сохранение генетического здоровья последующих поколений.

Определенной экологической безопасностью обладает электромагнитный способ, заключающийся в воздействии на растительный покров электромагнитным полем сверхвысокой частоты (СВЧ-энергия).

Первые опыты стали проводиться в этом направлении во ВНИИ сахарный свеклы и сахара, которые дали некоторые положительные результаты. Однако нужно отметить, что применение СВЧ-энергии оказывает также и отрицательное воздействие на надземную часть деревьев и на корневую систему плодовых насаждений. Кроме всего прочего, данный метод малопроизводителен и дорогостоящ.

Электрический способ удаления растительности предполагает подведение к растениям повышенного напряжения (6 кВ, 20 А). Подводимый электрический ток резко нагревает растение, что приводит к разрушению его тканей в результате испарения воды. Данный метод не нашел широкого применения, так как установки достаточно дорогостоящи, метод сам малопроизводителен. Кроме того, существует опасность для жизни оператора.

Большей экологической безопасностью по сравнению с предыдущими обладает биологический метод удаления растительности. Работы в этом направлении ведутся как у нас в стране, так и за рубежом (США, Австралия, Канада и др.). Установлена возможность использования в качестве гербицидов продуктов жизнедеятельности живых микроорганизмов, которые экологически более безопасны, чем синтетические химические препараты. Сотрудниками Службы сельскохозяйственных исследований МСХ США (шт. Миссури) получены микроорганизмы, которые продуцируют соединения, подавляющие рост сорных растений. В настоящее время в США выпускается микогербицид Девин. В перспективе будут использованы микроорганизмы из морских водорослей, папоротника. В Англии, США, Японии и других странах планируется наладить производство активных штаммов бактерий, грибов и актиномицетов с использованием методов генной инженерии.

В нашей стране данный метод не нашел широкого применения для целей удаления и мульчирования растительности ввиду дефицита и дороговизны существующих биологических средств.

Большой перспективностью для целей мульчирования растительности обладает механический способ, предполагающий использование различных механических средств, причем наибольший эффект от мульчирования растительности в условиях садоводства достигается при применении косилочных устройств и устройства для плющения растительности. Это объясняется главным их преимуществом: исключением гибели микроорганизмов почвы и снижением эрозионных процессов.

Кроме того, использование указанных средств позволяет наиболее полно реализовать дерново-перегнойную систему содержания почвы в садах.

Список литературы

  1. Шекихачев Ю.А. Механико-технологическое обоснование технических средств для ухода за почвой террасированных склонов в условиях горного садоводства (на примере центральной части Северного Кавказа) / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. – Нальчик, 2001. – 424 с.
  2. Шомахов Л.А., Шекихачев Ю.А., Балкаров Р.А. Машины по уходу за почвой в садах на горных склонах / Садоводство и виноградарство. – 1999. – № 1. – С. 7.
  3. Губжоков Х.Л., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Интегрированная система защиты плодовых культур в горных садоландшафтах / В сборнике: Научные открытия в эпоху глобализации // Сборник статей Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор Сукиасян Асатур Альбертович. – 2015. – С. 27–29.
  4. Шекихачев Ю.А., Шомахов Л.А., Пазова Т.Х., Балкаров Р.А., Алоев В.З., Шекихачева Л.З., Медовник А.Н., Твердохлебов С.А. Обоснование параметров искусственного дождя / Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2014. – № 99. – С. 650-659.
  5. Шекихачев Ю.А. Системный подход к проблеме повышения устойчивости склоновых земель // NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 1.– № 43. – С. 58–62.
  6. Шекихачев Ю.А. Классификация видов водной эрозии // NovaInfo.Ru.– 2016. – Т. 1. – № 43. – С. 17-21.
  7. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Фиапшев А.Г. Анализ факторов, влияющих на возникновение и развитие эрозионных процессов на склоновых землях / Инновационная наука. – 2016. – № 3-3. – С. 21–23.
  8. Шекихачев Ю.А., Карагулов М.Д., Бороков Л.М. Влияние метеорологических факторов на процесс разрушения почвы террасированных склонов / В сборнике: Теоретические и практические аспекты развития научной мысли в современном мире // Сборник статей Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор: Сукиасян Асатур Альбертович. – 2015. – С. 94–96.
  9. Шомахов Л.А., Бербеков В.Н., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Ресурсосберегающие технологические процессы и технические средства защиты плодовых насаждений от неблагоприятных метеорологических и агробиологических факторов / Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. – 2012. – № 3. – С. 178–184.
  10. Шекихачев Ю.А., Шомахов Л.А., Хажметов Л.М., Твердохлебов С.А., Бербеков В.Н., Афасижев Ю.С. Математическое моделирование траектории движения капли жидкости с поверхности вертикально вращающегося дискового распылителя / Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2011. – № 72. – С. 33-44.
  11. Шомахов Л.А., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А., Богатырева А.Э. Математическая модель траектории движения дождевальной струи на горном склоне с учетом ветра / Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2009. – № 20. – С. 284–287.
  12. Шекихачев Ю.А., Пазова Т.Х., Шекихачева Л.З. Расчет минимальной скорости склонового стока / Наука и Мир.- 2014.- Т. 1.- № 3 (7).- С. 219-222.
  13. Афасижев Ю.С., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Оптимизация качественных показателей дискового распылителя штангового опрыскивателя / Доклады Адыгской (Черкесской) Международной академии наук. 2011. Т. 13. № 2. С. 103-104.
  14. Шекихачев Ю.А., Шомахов Л.А., Шекихачева Л.З. Математическое моделирование процесса падения дождевой капли и ее воздействия на поверхностный слой почвы / Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. – 2000. – № 1. – С. 77.
  15. Шекихачев Ю.А., Пазова Т.Х., Шекихачева Л.З. Моделирование процесса водной эрозии на склоновых землях Кабардино-Балкарской республики / Наука и Мир. – 2014. – Т. 1. – № 2 (6). – С. 193-194.
  16. Кушаева Е.А., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. К вопросу совершенствования дождевальных аппаратов для полива склонов / Символ науки. – 2015. – № 9-1. – С. 87-89.
  17. Шекихачев Ю.А. Математическое моделирование процесса работы плющильного агрегата / Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. – 2015. – Т. 3. – № 7-3 (18-3). – С. 208-211.
  18. Афасижев Ю.С., Бербеков В.Н., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Оптимизация режима работы штангового садового опрыскивателя с дисковыми распылителями / Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2013. – № 1. – С. 29-32.
  19. Цымбал А.А., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М., Губжоков Х.Л., Бекалдиев P.P. Совершенствование опрыскивателей для горного садоводства / Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2006. – № 1. – С. 3-5.
  20. Губжоков Х.Л., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Ультрамалообъемный опрыскиватель с пневмоакустическими распылителями / В сборнике: Научные открытия в эпоху глобализации // Сборник статей Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор Сукиасян Асатур Альбертович. – 2015. – С. 30-32.
  21. Цымбал А.А., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М., Губжоков X.Л., Унежев Д.X. Оптимизация параметров пневмоакустического распылителя жидкости / Тракторы и сельхозмашины. – 2007. – № 11. – С. 29-32.
  22. Кушаева Е.А., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Классификация орошаемых земель в зависимости от уклона / Символ науки. – 2015. – № 9-1. – С. 90-92.
  23. Шекихачев Ю.А. Результаты производственных испытаний плющильного агрегата / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 1. – № 44. – С. 21-25.
  24. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Рациональные параметры и режимы работы комбинированного почвообрабатывающего агрегата / Известия Горского государственного аграрного университета. – 2016. – Т. 53. – № 2. – С. 138-143.
  25. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Рациональные параметры и режимы работы комбинированного почвообрабатывающего шлейфа / Известия Горского государственного аграрного университета. – 2016. – Т. 53. – № 2. – С. 146-151.