Введение к работе
Актуальность проблемы. Водной эрозии почв подвержено более 45% пахотных земель Российской Федерации, в том числе 81,3% земель Чувашской Республики. Она вызывает сокращение площадей удобных для сельскохозяйственного пользования, снижение их плодородия, ухудшение экологической обстановки и структуры почв, что в целом приводит к снижению продуктивности сельского хозяйства. В результате действия эрозионных процессов на территории России площади эродированных земель ежегодно возрастают на 400...500 тыс. га, десятки тысяч гектаров пашни ежегодно разрушаются оврагами. Общая площадь оврагов составляет более 2,5 млн. га. Если средние скорости роста оврагов в земледельческих областях центра России составляют 1,0...1,5 м/год, то максимальные скорости роста оврагов на территории Чувашии, Татарстана, Саратовской и Пермской областях и Алтайского края достигли 15.. .25 м/год.
Общие теоретические и практические основы проектирования про-тивоэрозионных технологий на эрозионно опасных землях изложены в работах Бараева А.И., Госсена Э.Ф., Докучаева В.В., Заславского М.Н., Каштанова А.Н., Н.В. Комова, С.Н. Волкова, Краснощекова Н.В., Макарова И.П., Милащенко Н.З., Нарциссова В.А., Сдобникова С.С., Скачкова И.А., Соболева С.С., Спирина А.П., Трегубова П.С., Baver L.D., Bennet N.N., De Ploey I., Foster G.R., Kirkby M.I., Mitchell I.K., Williams I. и многих других.
Теоретическое и экспериментальное изучение технологических процессов почвозащитных сельскохозяйственных машин и их рабочих органов базируется на работах основоположника земледельческой механики В.П. Горячкина и современное состояние характеризуется работами В.А. Желиговского, П.М. Василенко, Г.Н. Синеокова, И.М. Панова, Л.В. Гя-чева, Г.Е. Листопад, А.И. Любимова, П.Н. Бурченко, Х.А. Хачатрян, И.И. Гуреева, В.В. Кацыгина, А.С. Кушнарева, А.Д. Кормщикова, В.И. Медведева, В.А. Шмонина, А.П. Грибановского, М.Д. Подскребко, В.В. Бледных, Р.С. Рахимова, А.А. Князева, А.П.'Иофинова, Р.Л. Турецкого, И.Г. Шульгина, И.Т. Коврикова, А.К. Кострицына, Н.В. Грищенко, А.С. Бурякова, М.С. Хоменко, Д.Д. Прокопенко, В.В. Юдкина, А.А. Шишкина и других.
Современное состояние исследований по прогнозу эрозионных процессов определяется трудами И.П. Айдарова, Н.Н. Бобровицкой, В.Д. Иванова, М.А. Великанова, B.C. Казакова, М.С. Грушевского, В.Н. Гончарова, Н.В. Гришанина, В.Б. Гуссак, А.В. Караушева, B.C. Кноро-за, С.А. Кондратьева, И.И. Леви, А.В. Магомедовой, В.М. Маккавеева, Ц.Е. Мирцхулава, В.П. Герасименко, Г.А. Ларионова, В.В. Сурикова, Ю.П. Сухановского, T.G. Franti, G.R. Foster, R. Evans, LB. Thornes, M.I. Kirkby, I.R. Williams, W.H. Wischmeier, I.K. Mitchell и других.
В настоящее время известно множество способов и приемов, позволяющих существенно уменьшить потери от эрозионных процессов, путем организационно-хозяйственного планирования эрозионно опасных земель, применения агротехнических приемов, лесо- и гидромелиоративных способов защиты. Однако далеко не всегда проводимые мероприятия на конкретных стокоформирующих поверхностях достигают своей цели, поскольку разработчики этих мероприятий имеют дело с почвой - средой, характеристики которой весьма неопределенны и изменчивы в пространстве и во времени. Следовательно, расчеты, проводимые при проектировании и планировании противоэрозионных технологий, являются в той же мере неопределенными. Поэтому проводимые мероприятия в основном базируются на предшествующем опыте, а не на расчетах, что приводит к неоправданным затратам материальных средств.
Такое положение связано прежде всего с отсутствием изученных объективных критериев, характеризующих эрозионную стойкость почв. Многочисленные работы в этой области противоречивы, и их применение для практических расчетов ограничено из-за длительности определения исходных параметров, неадекватности результатов реальному процессу, невозможности сравнительной оценки различных почв и т.п. В связи с этим разработка единого интегрального критерия оценки эрозионной стойкости почвогрунтов и применение его для проектирования почвозащитных технологий и технических средств является актуальной.
Работа выполнялась по заданию О.сх. 109.04.06 ГКНТ СССР, а также заданий Министерства сельского хозяйства и продовольствия Чувашской Республики и Госкомзема Чувашской Республики.
Цель исследований. Сокращение смыва почвы со склоновых земель путем разработки единого интегрального критерия оценки эрозионной стойкости почвогрунтов и применения его для проектирования почвозащитных технологий и технических средств.
Научная новизна. Научную новизну работы составляют: - термодинамический подход к изучению эрозионных процессов на склонах для талых, мерзлых и оттаивающих почвогрунтов;
интегральный критерий оценки эрозионной стойкости почв -"потенциал эрозионной стойкости" (ПЭС), представляющий собой энергию, затраченную на разрушение и вынос единицы массы почвы;
обобщенные уравнения эрозионных процессов и их прогноз, включающий математические модели: почвенного и растительного покрова; хозяйственного использования земель; рельефа стокоформирую-щей поверхности; климатических факторов; транспортирования и аккумуляции смытых частиц почвы склоновым потоком;
- способы повышения ПЭС путем разрыхления уплотненного тех
ногенного подпахотного горизонта, улучшения агротехнических показа-
телей работы орудий для безотвальной обработки почвы, повышения равномерности внесения в почву жидких удобрений и мелиорантов.
Новизна способов и устройств для определения ПЭС почвогрунтов, почвозащитных технологических операций и сельскохозяйственных машин на склоновых эрозионно опасных землях защищена 21 авторским свидетельством СССР и патентом РФ и 1 положительным решением РОСПАТЕНТа.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Практическую ценность работы составляют: способы и методика для определения ПЭС и приборы для его измерения; методика проектирования противоэрозионных технологий на склоновых землях; алгоритмы расчетов эрозионных процессов.
На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и изготовлены следующие макетные и опытные образцы устройств и приборов для изучения эрозионных процессов, почвозащитных сельскохозяйственных машин и рабочих органов: пермиметр для определения гидрофизических свойств почвогрунтов в полевых условиях; лабораторный лоток для определения ПЭС почвогрунтов; лабораторный малый лоток для определения ПЭС почвогрунтов; устройство для определения ПЭС почвогрунтов с учетом инфильтрации; устройство для измерения ПЭС мерзлых и оттаивающих почвогрунтов; устройство для измерения ПЭС почвогрунтов в полевых условиях; рабочий орган плоскореза со стабилизаторами-рыхлителями; рабочий орган плоскореза с рыхлителями дна борозды; рабочий орган плоскореза с игольчатыми рыхлителями дна борозды; лабораторная установка для исследования равномерности распределения ЖКУ в подлаповом пространстве.
Материалы исследований и техническая документация на рабочий орган плоскореза со стабилизаторами-рыхлителями переданы НПО "Целинсельхозмеханизация" (1983 г.), Чувашской государственной с.-х. опытной станции (1983 г.). Материалы исследований и техническая документация на пермиметр, лабораторные лотки для определения ПЭС почвогрунтов, устройство для измерения ПЭС почвогрунтов в полевых условиях переданы Министерству сельского хозяйства и продовольствия Чувашской Республики (1993 г.), Государственному комитету Чувашской Республики по земельным ресурсам и землеустройству (1994, 1995 гг.). Разработанная методика проектирования почвозащитных технологий и устройства для изучения гидрофизических и эрозионных свойств почвогрунтов использованы на опытном полигоне колхоза "Ленинская искра" Ядринского района на площади 354 га и в опытном хозяйстве учхоза "Приволжское" Чувашской ГСХА на площади 100 га. Сменные рабочие органы плоскорезов-глубокорыхлителей (А.с. № 938772, 1107764) внедрены в сельскохозяйственных предприятиях Чувашской Республики и Кировской области. Результаты исследований по теме дис-
сертации используются в учебном процессе Чувашской ГСХА и Чувашском государственном университете.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: научных конференциях профессорско-преподавательского состава Чувашского сельскохозяйственного института в 1980...1995 гг., Чувашской государственной сельскохозяйственной академии в 1996 г. (г.Чебоксары); научных конференциях профессорско-преподавательского состава ЧИМЭСХа в 1980...1983 гг. (г.Челябинск); Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов в 1981 г. (г.Минск); научно-техническом совете НПО "Целинсельхозмеханизация" в 1983 г. (г.Кустанай); научно-техническом совете Всесоюзного НИИ земледелия и защиты почв от эрозии в 1983 г. (г.Курск); республиканской научно-технической конференции в 1988 г. (Уфа-Нефтекамск); научно-практической конференции "Развитие науки Чувашской Республики" в рамках международной выставки-презентации "Чувашия - новое время" в 1994 г. (г.Чебоксары); расширенном совещании представителей Роскомзема и кабинета Министров Чувашской Республики, глав администраций городов и районов Чувашской Республики, Госкомзема, Ги-прозема и представителей научно-исследовательских организаций республики в 1994 г. (г.Чебоксары); Волго-Вятской региональной научно-методической конференции в 1994 г. (г.Чебоксары); Татарской республиканской конференции по охране природы в 1995 г. (г.Казань); Чувашской республиканской конференции по охране природы в 1995 г. (г.Чебоксары); Чувашской республиканской конференции по земельным ресурсам и землеустройству в 1995 г. (г.Чебоксары); научно-технических советах МСХ и продовольствия и Госкомзема Чувашской Республики в 1993...1996 гг. (г.Чебоксары).
Опубликовано 57 печатных работ, в том числе 22 авторских свидетельства СССР и патентов Российской Федерации.
Защищаемые положения 1. Теоретические предпосылки определения ПЭС почвогрунтов, основанные на методе термодинамических потенциалов.
-
Методика определения ПЭС почвогрунтов.
-
Методика расчета эрозионных процессов на стокоформирующих поверхностях и их прогноз.
-
Методика проектирования противоэрозионных технологий на склонах.
-
Классификация противоэрозионных агротехнических приемов и способов их осуществления при обработке почвы.
-
Предложения по совершенствованию почвообрабатывающих орудий и их рабочих органов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, пять основных разделов, общие выводы и приложения. Содержит 250 страниц машинописного текста, 57 рисунков и 21 таблицу.
