Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние проблемы и задачи исследования .. 6
1.1. Тенденции развития горного садоводства на Северном Кавказе 6
1.2. Анализ факторов, причин возникновения, условий развития и последствий водной эрозии на террасированных склоновых землях 9
1.3. Основные методы борьбы с водной эрозией на террасированных склоновых землях и средств механизации для их реализации 23
1.4. Выводы по главе, цель и задачи исследования 26
ГЛАВА 2. Теоретические исследования плющильного агрегата 27
2.1. Природно-климатические и естественно-производственные условия выполнения работ по уходу за растительностью в междурядьях плодовых насаждении в горной и предгорной зоне 27
2.2. Обоснование способа регулирования микроклимата террасированного склона 34
2.3. Обоснование рационального способа содержания почвы на террасированных склонах 37
2.4. Обоснование рациональной технологии ухода за почвой на террасированных склонах 47
2.5. Обоснование конструктивной схемы плющильного агрегата 54
2.6. Исследование процесса работы плющильного агрегата 55
2.7. Влияние основных параметров плющильного агрегата на энергоемкость плющения растительности 63
2.8. Выводы по главе 65
ГЛАВА 3. Программа и методика экспериментальных исследований плющильного агрегата 67
3.1. Постановка задачи экспериментальных исследований 67
3.2. Аппаратура, установки и приборы для проведения экспериментальных исследований 67
3.3. Методика проведения и обработки результатов экспериментальных исследований 71
3.4. Выводы по главе 72
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований плющильного агрегата 74
4.1. Результаты статистического анализа результатов эксперимен тальных исследований 74
4.2. Оптимизация основных параметров плющильного агрегата 79
4.3. Результаты производственных испытаний плющильного агрегата... 87
4.4. Выводы по главе 92
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность результатов научных исследований 94
Общие выводы 106
Практические рекомендации 107
Список использованной литературы 108
Приложения 120
- Анализ факторов, причин возникновения, условий развития и последствий водной эрозии на террасированных склоновых землях
- Природно-климатические и естественно-производственные условия выполнения работ по уходу за растительностью в междурядьях плодовых насаждении в горной и предгорной зоне
- Аппаратура, установки и приборы для проведения экспериментальных исследований
- Результаты статистического анализа результатов эксперимен тальных исследований
Введение к работе
Проблема интенсификации производства сельского хозяйства стоит перед всеми ее отраслями. В нашей стране и за рубежом имеются весомые разработки по вопросам комплексного подхода к механизации садоводства, совершенствование технологических процессов в садоводстве, внедрение новых типов насаждений и совершенствование технологических процессов в садоводстве за счет новых средств механизации и автоматизации производства.
Садоводство является перспективной отраслью, поскольку спрос ее продукции опережает потребление. Основными препятствиями при достижении экономических результатов в горном и предгорном садоводстве является высокая себестоимость работ по производству продукции. Снижение себестоимости работ по уходу за плодовыми насаждениями возможно за счет инновационных проектов технологии и технического обеспечения, новых методов оценки эффективности с учетом рыночных условий.
Как отмечают многие ученые (Шомахов Л. А., Босой Е.С., Цымбал А.А., Резник Н.Е и др.) Российская система технологии и машин должна быть не просто перечнем машин под производство конкретной сельскохозяйственной продукции, но должна включать в себя все операции технологического процесса от начала производства до получения готовой продукции.
Механизация горного и предгорного садоводства является сложной технической и технологической задачей, остается одним из трудоемких отраслей сельского хозяйства. К технике предъявляются особые требования: маневренность, проходимость, мобильность, малый вес, высокие эксплуатационные показатели, безопасность и т.д. Механизация выполненных работ должна обеспечить повышения плодородия почвы, благоприятно влиять на экологию окружающей среды, уменьшения негативного влияния природных факторов.
Одной из наиболее трудоемких операций в горном и предгорном садоводстве является уход за почвой.
В сельскохозяйственном производстве в последние годы появляются новые методы обработки почвы - переход от истощающих к почвозащитным технологиям ухода за почвенным покровом. Эти технологии должны быть направлены не только эффективному использованию энергии и сохранения почвенного покрова, но и на ее восстановление и улучшение, особенно это сказывается в горном земледелии. Переход на новые технологии в большей мере зависит от системного подхода решения вопроса, совершенствования технологических процессов за счет новых средств механизации и автоматизации производства. В нашей стране и за рубежом имеются весомые разработки по вопросам совершенствования почвозащитных технологических процессов в сельском хозяйстве.
Применение мульчирующего покрытия является дополнительным сопротивлением переносу пара от поверхности почвы в атмосферу, приводит к снижению непродуктивного испарения воды почвой и как следствие к повышению водообеспечивания посевов и устойчивости урожаев возделываемых культур.
Скашивание в садах растительного покрова является эффективным способом поддержания плодородия почвы и почвозащитным мероприятием. Однако при этом существует опасность смыва скошенной растительности потоками дождевой и талой воды.
Исходя из изложенного выше, разработка новых способов ухода за почвой и устройств для их осуществления, значительно снижающих эрозионные процессы, способствующих повышению плодородия почвы является актуальной задачей.
Анализ факторов, причин возникновения, условий развития и последствий водной эрозии на террасированных склоновых землях
Почва - одно из важнейших природных богатств и материальная основа земледелия. Экономическая устойчивость страны зависит от плодородной, разумно, на научной основе используемой почвы, защищенной от потерь атмосферных осадков вследствие чрезмерного поверхностного стока, вызывающего смыв почвы. Природа эрозии заключается в том, что под влиянием определенных сил происходит отрыв частиц от монолита почвы или подстилающей породы и их перенос во взвешенном виде. Водная эрозия включает следующие подвиды: - смыв (элементарный поверхностный смыв, разрушение почвы энергией свободно падающих дождевых капель, капельная эрозия, сплывание почвы); - размыв (струйчатый размыв, бороздково-струйчатый, заравниваемые и не заравниваемые промоины, вымоины, овраги); подземная эрозия; - ирригационная эрозия; - волновая эрозия. Элементарный поверхностный смыв почвы происходит в результате воздействия на поверхность склона потока воды, обладающего энергией, превышающей силу сцепления почвенных агрегатов и их водопрочность. В результате разрушается верхний, наиболее плодородный слой почвы. Этот вид эрозии широко распространен и наносит огромный ущерб.
Поверхностный смыв происходит на легком суглинке уже при скоростях течения воды 0,4...0,9 м/с, а на плотной глине при 0,7...1,2 м/с. Такие критические скорости могут возникать на поверхностях с уклоном 1...1,5 при больших ливнях или бурном снеготаянии.
Капельная эрозия возникает при интенсивном выпадении капель, обладающих большой энергией, до 30% которой расходуется на разрушение агрегатов и их разбрызгивание, т.е. перемещение частиц почвы.
Сплывание почвы обычно наблюдается после очень влажной осени во время постоянного подтока талых вод или выпадении ранних весенних дождей. Сплыванию подвергается слой почвы 5...7 см, что может привести к оголению корневой системы плодовых деревьев, значительному их повреждению и гибели насаждений.
Струйчатый размыв почвы возникает при встрече на пути стока различных препятствий. Слой стока уже в начале развития расчленяется на струйки и ручейки. При этом глубина текущей воды возрастает до 5...7 см, а скорость течения увеличивается в 2...3 раза, что приводит к интенсификации эрозии в 6...7 раз. Струйки воды разрушают почву и образуют сеть извилистых узких русел, постепенно соединяющихся между собой внизу склона.
Струйчатый размыв можно заровнять при обработке почвы. Однако многократное повторение этой операции приводит в конечном счете к удалению наиболее плодородной части почвы, образованию ложбин.
Бороздково-струйчатый размыв образуется по следам прохождения средств механизации. Сток собирается в струйки и ручейки на дне бороздок или выше наклонных гребней, что обусловливает прямолинейный струйчатый размыв. При переливе воды из одной бороздки в другую возникают поперечные к ним размывы.
Поверхностно-струйчатый размыв - весьма опасный вид эрозии, т.к. происходит постепенно и незаметно на больших площадях. Он возникает в результате ежегодного перемещения по поверхности склона струйчатого размыва во многих местах. Многократно повторяющийся смыв и мелкоструйчатый размыв в одних и тех же местах приводят не только к быстрому разрушению почвы до подстилающих пород, но и образованию новых, а также углублению старых ложбин, что в свою очередь способствует усилению стока, смыва и размыва почвы [2].
Первое научное освещение вопроса о влиянии рельефа на почвообразование и эрозию почв принадлежит гениальному российскому ученному М.В. Ломоносову, который в своем размышлении о происхождении чернозема отмечал сортирующее действие почвенной эрозии, которая "...вымывает легкие черноземные частицы дождями и в даль сносит" [3].
Большое внимание поверхностным смывам уделяется и за рубежом. В.Ц. Лоудермилк [4] отмечал, что перенаселенная Европа в относительно короткий срок доставила Новому свету миллионы крепких людей, сумевших расчистить леса и поднять целину, охваченных жадностью, не проявляющих никакой заботы об осваиваемых землях. При этих условиях скорость сноса почвы под действием воды стала значительно превышать скорость почвообразования, что явилось верным признаком разрушения почвы.
Факторы, влияющие на возникновение и интенсивность эрозионных процессов, делятся на две группы: природные и антропогенные.
Современная эрозия, как правило, проявляется при сочетании обеих групп факторов. Природные факторы создают условия для проявления эрозии, а нерациональная производственная деятельность человека является основной причиной, вызывающей водную эрозию. К природным факторам водной эрозии относятся: климат, рельеф местности, растительность. Водная эрозия вызывается поверхностным стоком, поэтому важнейшими климатическими факторами, определяющими эрозионную опасность земель, являются дождевые осадки, а также режим снеготаяния.
Ведущая роль принадлежит осадкам, которые формируют поверхностный сток. Другие климатические факторы (температура, влажность) имеют косвенное значение.
Исследованиями [5] установлено, что развитие эрозионных процессов обусловлено в основном сильновыраженной неравномерностью распределения атмосферных осадков по месяцам и отдельным периодам года.
Интенсивность смыва зависит не только от общего количества осадков, выпавших за один дождь и за сутки, но и от повторяемости и интенсивности ливня. Некоторые ливневые дожди большой интенсивности смывают намного больше почвы, чем все дожди, выпадающие в течение месяца или даже года.
Общие черты ливневых осадков, имеющие важное значение для судеб почвенного покрова террасированных склонов, заключаются еще и в наличии ливневых зон и зон слабых осадков со скачкообразным переходом от одних к другим, в существенном снижении интенсивности с увеличением продолжительности осадков.
Рельеф местности - один из ведущих факторов эрозии, что обусловлено его ролью в формировании агроландшафтов, влиянием на технологию и географию сельского хозяйства и, главное, силой воздействия на процессы аккумуляции и смыва.
Природно-климатические и естественно-производственные условия выполнения работ по уходу за растительностью в междурядьях плодовых насаждении в горной и предгорной зоне
Северный Кавказ по своему географическому положению занимает обширную территорию Российской Федерации. Северная часть данной территории находится в пределах равнины, по которой проходит ряд холмов Средне-Русской равнины. По мере продвижения к югу высота низменности постепенно убывает, понижаясь у побережья Каспийского моря до 28 м. Рельеф местности в Северных частях и у побережья Каспийского моря носит относительно плоский характер, а у предгорий - волнистый. К югу они переходят в предгорные равнины, которые отличаются холмистым рельефом.
В Центральной части Северного Кавказа можно выделить три основные зоны, в которых развивается промышленное горное садоводство: предгорная, горно-лесная и горно-степная. Территория КБР может быть разделена на три основные зоны: равнинно-степную на северо-востоке, предгорную в форме вытянутой полосы с северо-запада на юго-восток, и на горную в пределах территориальных границ. Равнинно-степная зона характеризуется сглаженным рельефом с высотами до 400 м над уровнем моря. В пределах горной зоны пояс холмов с абсолютными высотами порядка 400...600 м. К горной зоне относится территория, имеющая высотные отметки до 5000 м при сильно расчлененном рельефе. Равнинная зона сложена мощной толщей рыхлых осадочных пород - чередующимися слоями глины, песков, галечника и конгломератов. Породы сверху перекрыты почти сплошным плащом пролювиально-делювиальных суглинков, мощность которых на севере и востоке республики превышает 20 м, уменьшаясь в сторону предгорий [48]. Необходимо учитывать, что каждая плодовая культура в горах имеет свою зону экологического оптимума. Эта зона для яблони находится на высоте 450...650 м над уровнем моря. Зоны экологического оптимума с увеличением континентальное климата поднимаются выше в горы. Изменение климатических характеристик в горных районах в большой степени подчинено орографическим факторам, среди которых первостепенную роль отводится экспозиции микросклонов. При исследовании климатических условий КБР следует учитывать, что каждая метеостанция характеризует помимо локальных и фоновые черты климата региона. Поэтому данные метеостанций с определенной степенью точности могут характеризовать климатические условия не только какой-то локальной точки, но и некоторой прилегающей к ней области. Размеры этой области могут значительно варьировать в зависимости от условий рельефа. Почти все метеостанции горных районов Кавказа расположены в долинах рек на различных высотах над уровнем моря. Метеостанции по КБР расположены на высоте от 250 м (Терек) до 813 м (Каменномостское, Нижний Чегем). Климат КБР формируется под влиянием таких основных климатообра-зующих факторов, как географическая широта, рельеф местности, направление господствующих ветров, подстилающая поверхность и др. Взаимосвязь и взаимодействие этих факторов определяет существование в регионе большого разнообразия природы: от жарких сухих степей на северо-востоке и востоке до вечных снегов и ледников на западе и юго-западе в высокогорьях Большого Кавказа. Запасы солнечной энергии, выражаемые величиной радиационного ба-ланса 50...55 ккал/см в год на равнинах, в горах (до высоты 2000...2500 м) годовые значения меняются незначительно, а по мере поднятия вверх быстро уменьшаются до 25 ккал/см в год (на высоте 3000...3500 м). В зоне вечных снегов годовые суммы радиационного баланса близки к нулю или отрицательны. Продолжительность солнечного сияния в равнинной и невысокой предгорной части составляет около 2000...2400 часов в год. Расположенные на границе умеренного и субтропического климатических поясов, Кавказские горы являются важным климаторазделом. Немаловажную роль в формировании климата играет и подстилающая поверхность: почвенный покров, растительность. Солнечная радиация, как известно, поглощается главным образом не атмосферой, а поверхностью почвы, которая преобразует лучистую энергию солнца в тепловую энергию и нагревается. Вследствие этого от структуры, цвета почвы зависит количество поглощаемой солнечной радиации. Растительный покров в сильной степени задерживает солнечную радиацию, поступающую на поверхность почвы. Количество радиации, задерживаемой покровом, зависит от характера растительности, высоты растений, густоты растительного покрова и т.д. Следует отметить, что изменение средней годовой температуры приземного воздуха за весь период инструментальных исследований (с 1891 г.) на территории бывшего СССР можно охарактеризовать как слабое потепление (коэффициент линейного тренда составляет 0,65С/100 лет) [48]. Наиболее существенное влияние на эрозионные процессы оказывают атмосферные осадки. Нужно отметить, что максимум осадков может наблюдаться в любой из месяцев года. Тем не менее, на большей части территории КБР он наблюдается в июне месяце. Кроме того, максимум может охватить до 3...4 месяцев. Важным фактором, предопределяющим режим осадков, является характер движения воздушных масс. С учетом этого следует отметить, что рассматриваемая территория находится в районе взаимодействия различных систем циркуляции. В этом районе воздушные массы могут различаться по своим физическим свойствам и происхождению: холодными (из Арктики), морскими (с Атлантики), сухими (из Казахстана), тропическими (со Средиземноморского бассейна и Ирана). К лету, особенно к его середине, усиливается засушливость, определяемая процессами трансформации континентального воздуха в тропический. Последний, сталкиваясь с более холодным континентальным из Западной Европы, создает ветвь полярного фронта, на котором развиваются циклоны, способствующие выпадению осадков. Анализ показывает, что в КБР величина осадков увеличивается с северо-востока на юго-запад от 350 до 800 мм. На распределение осадков оказывает влияние также экспозиция и крутизна склонов. Склоны, расположенные навстречу ветру, приносящему осадки, получают осадков больше, чем склоны противоположного направления. Чем круче склон на подветренной стороне, тем меньше осадков выпадает на единицу поверхности.
Аппаратура, установки и приборы для проведения экспериментальных исследований
Анализ природно-климатических условий ведения садоводства на склоновых землях КБР показал, что в данном регионе можно выделить три основные зоны, в которых развивается горное садоводство: предгорная, горно-лесная и горно-степная. Кроме того, в каждой республике выделяются свои основные зоны. Наиболее существенное влияние на эрозионные процессы оказывают атмосферные осадки.
К сельскохозяйственной технике, работающей в горной и предгорной зонах, предъявляются особые требования, вытекающие из специфических условий этих зон. Условия работы машин в садах в горной и предгорной зонах определяются такими факторами, как ширина междурядий, форма и размер надземной части деревьев. Для создания высокоэффективной и устойчивой АЭСТС необходимо поддерживать максимальное возможное многообразие биогеоценозов, создавая оптимальный ландшафт. Анализ различных способов содержания почвы на террасированных склонах позволил сделать вывод о том, что наиболее рациональной и доступной системой содержания почвы является задернение со скашиванием растительности на мульчу - дерново-перегнойная система.
Анализ различных технологий ухода за почвой на террасированных склонах показал, что 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 устройства для плющения растительности. Это объясняется главным его преимуществом: исключением гибели микроорганизмов почвы и снижением эрозионных процессов. Кроме того, при этом наиболее полно реализовывается дерново-перегнойная система содержания почвы в садах.
Определены рациональные значения основных параметров плющильного агрегата: диаметр вальцов - 0,2...0,3 м; скорость энергетического средства, с которым агрегатируется плющильный агрегат -1...3 м/с; угловая скорость вращения кривошипа - 37...57 с" .
Результаты статистического анализа результатов эксперимен тальных исследований
С целью проверки в производственных условиях результатов теоретических и экспериментальных исследований на заводе СКЭП г.Нальчика изготовлен плющильный агрегат для плющения растительности в междурядах плодовых насаждений на склоновых и галечниковых землях.
Для проверки правильности определения оптимальных значений основных параметров плющилки, надежности и работоспособности опытного образца и совершенствования конструктивных, кинематических и технологических параметров плющилка была испытана в СКНИИГПС на Затишин-ском и Долинском опытных полигонах (рис. 4.4). По результатам теоретических и экспериментальных исследований основными параметрами опытного образца плющилки (рис. 4.5) были выбраны следующие параметры: - транспортное средство - трактор МТЗ-80; - рабочая скорость агрегата (III-IY передачи трактора МТЗ-80), м/с -1,8; - диаметр вальца, м - 0,235 м; - угловой скорости вращения кривошипа, с"1 - 54,4. Плющильный агрегат изготовлен и испытана с учетом требований, при веденных в табл. 4.8. При проведении производственных испытаний проводились опыты по определению производительности и эффективности работы плющильного агрегата. Производственные испытания показали, что производительность плющильного агрегата для плющения растительности на корню в среднем составила 1,5-1,7 га/ч. Испытания показали, что сохранение равномерно сплющенной растительности на корню и более мощный травяной покров способствует оптимизации температурного режима почвы и тем самым улучшает условия жизнедеятельности плодовых растений. Сохраненный травяной покров под плодовыми насаждениями служит мощным природным фактором мелиорации га-лечниковых земель и является одним из важнейших особенностей технологии галечникового садоводства. Ограничение частоты скашивания травостоя и плющения на корню оказывает положительное влияние на водный и питательный режимы почв, обеспечивает усиление ростовых процессов у плодовых деревьев и повышение их урожайности. На варианте с плющением травы на корню урожайность яблони выше на 10-12 %, чем на варианте с частыми укосами. Результаты исследований и производственные испытания показали, что количественные и качественные показатели работы плющильного агрегата зависят от частоты амплитуды и частоты движения катков, скорости движения трактора и давления вальцов на металлические кольца. Испытания подтвердили результаты кинематических исследований процесса плющения растительности на корню в том плане, что разработанный плющильный агрегат плющит 96,3% естественного травостоя за один проход. Данное обстоятельство особенно значимо в условиях склонов выше 12 % и на галечниковых землях. При полных испытаниях оценивалось армирование почвы полученной мульчей на степень смыва почвы на склоновых участках. Помимо явного технологического преимущества разработанного способа перед традиционным скашиванием, его использование обеспечивает снижение в 2-3 раза энергозатрат при проведении работ, поскольку за вегетационный период вместо 5-6 разового скашивания растительности, плющение проводится всего 3-4 раза, при этом у самого агрегата потребная мощность меньше в 2 раза. Таким образом, достигается повышение производительности труда более чем в 2-3 раза (табл. 4.9). Проведенные испытания показали, что ведущим агроприемом в предупреждении развития эрозии почв является плющение растительности. Мульчирование поверхности почвы расплющенными растениями снижает сток в 4,4...10,7 раза, а смыв в более чем в 10 раз. На второй год после закладки опыта смыв практически прекратился. Акт производственных испытаний опытного образца плющильного агрегата приводится в приложении.
Похожие диссертации на Технология плющения растительности на корню в междурядьях садов, параметры и режимы работы плющильного агрегата (Для горного и предгорного садоводства)
