Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Abstract. The article presents the results of R&D and new units for the restoration of degraded mountain areas. The purpose of the study is the accelerated restoration of the natural phytocenosis and the implementation of measures to improve meadows using these aggregates. The object of the study is the technologies and units developed by the authors for the following operations: cutting bumps, raking stones, sowing grass mixtures with the simultaneous application of mineral fertilizers. The research objectives included: determining the initial floristic composition of a degraded mountain meadow; assessment of the impact of events and agricultural practices on the change in the floristic composition of the grass stand, its productivity and energy intensity; identification of the effectiveness of the application of the developed units when sowing herbs in turf and targeted application of mineral fertilizers. The novelty of the technical solution lies in the fact that new resource-saving methods have been developed to improve mountain fodder land using small-sized universal units. . The tests were carried out at a mountain hospital located on the southeastern exposition of the Dargavskiy depression of the North Ossetia-Alania, at an altitude of 1650 m above sea level with a slope of 10°, in six plots, with a recorded area of 360 m2. Three options in triplicate. The first option is natural seeding, and the second is grass seeding by the aggregate, the third option is grass seeding and low doses of N60P45K20 fertilizers. The plots are located across the slope randomized. It was found that at a concentration of 17.2 MJ of energy in 1 kg of dry matter of feed, the total collection in the control plot was 29.7 GJ, and in the seeded experimental field – 85.3 GJ; the crop of the aboveground fodder mass, when sowing grasses, in the first year of observations amounted to 21.8 c/ha of dry weight, which is 3 times higher than in the control. During the growing season of the third year of observations, the yield in the sown area was 39.2 c/ha of dry weight against 19.3 c/ha in the control.
aggregate, mountains, meadows and pastures, removing bumps, raking stones, replanting grasses.
Introduction (Постановка проблемы)
Условия ведения сельскохозяйственного производства в горных районах Центрального Кавказа существенно отличаются рядом характерных особенностей, накладывающих свой отпечаток на уровень экологической безопасности и целесообразного функционирования агросистем.
В сельском хозяйстве горной зоны преобладает животноводческое направление, относящееся к кластеру рискованного земледелия, и оно может быть рентабельно только при максимальном использовании дешевых и высокопитательных кормов из естественных многолетних трав. При этом продуктивность лугопастбищных трав определяется флористическим составом, который зависит от условий произрастания, динамичности среды обитания, от степени развития фитоценоза и интенсивности антропогенного воздействия Выпас скота на пастбищах – наиболее важный антропогенный фактор, влияющий на экологически безопасное функционирование горных агроэкосистем. Отсутствие надлежащего ухода, нерациональное и бессистемное использование пастбищ привело к ухудшению лугомелиоративного состояния, деградации, экологической неустойчивости угодий и пастбищной дегрессии [1, с. 9].
Эти негативные факторы наносят не только экономический ущерб республикам с горными территориями, но и приближают непоправимую экологическую катастрофу.
Актуальность решения возникших проблем обусловлена необходимостью ускоренного восстановления естественного фитоценоза – одного из основных факторов поддерживающих экологическую стабильность горных экосистем.
Целью исследований было решить возникшую проблему применением мероприятий поверхностного улучшения природных лугов с использованием агрегатов горной модификации, разработанных группой механизации совместно с отделом рационального использования горных кормовых угодий СКНИИГПСХ.
К мероприятиям поверхностного улучшения природных лугов относятся культуртехнические, гидротехнические, агротехнические. При этом совместное проведение данных мероприятий повышает эффективность применяемых приемов. Культуртехнические мероприятия являются основой дальнейшего технологического процесса восстановления деградированных горных кормовых угодий. Уничтожение кочек, кротовин, муравейников, образующихся в результате выпаса скота в сырую погоду, деятельности землероев, муравьев и зарастания камней травой проводится шлейфами и боронами, рельсовой волокушей РВ-4.7 или рельсовым планировщиком на жесткой раме. Эту операцию целесообразно проводить в том случае, когда поверхность почвы, предназначенная для улучшения, составляет не более 20–25 % от общей площади.
Методология и методы исследования (Methods)
Исследования проводились в лугостепном поясе Даргавской котловины РСО-Алания на травяном деградированном пастбище с проективным покрытием 48 % и следующим флористическим составом: колокольчик раскидистый (Campanula patula L.), подорожник средний (Plantago media L.), полынь Лессинга (Artemisia Lessingiana Bess), тысячелистник обыкновенный (Achillen millefolium L.), белоус торчащий (Nardus stricta L.), луговик (щучка) (Deschampsia flexuosa Tren), астрагал альпийский (Astragalus alpinus L.), свербига восточная (Bunias orientalis L.). Применение кочкореза, изготовленного лабораторией механизации СКНИИГПСХ ВНЦ РАН, позволило проводить сразу три операции: срезание кочек, нарезание щели и боронование. После проведения данных технологических операций на поверхности почвы появляется определенное количество камней, присутствие которых связано с постоянным разрушением горных пород и утаптыванием почвы животными при выпасе.
Это снижает продуктивность пастбищ и качество работы сельскохозяйственных машин, у которых изнашиваются и выходят из строя рабочие органы. Повышаются затраты на производство кормов до 42 ГДж/га [2, с. 32]. Применение на горных склонах серийных камнеуборочных машин УКП-0.6, УКС-0.7А, КУМ-1.2, РУБ-150 с изменением рельефа даже на незначительной площади неэффективно.
Нами разработан агрегат [3, с. 106] для сбора и утилизации мелких и средних камней, наиболее распространенных на горных пастбищах. Агрегат (рис. 1), снабженный рабочими органами для нарезания канала и гребенкой, обеспечивающей копирование рельефа почвы при сгребании камней, движется поперек склона сверху вниз. При этом камни, продвигаясь вдоль рабочей поверхности гребня, сдвигаются для утилизации в канал, поглощающий стоковые воды, предохраняя склоны от водной эрозии (Патент 2312477 РФ МПК АО1В 43/00. Способ сбора камней на склонах), [4, с. 186].
Ширина канала – 25–30 см. Производительность агрегата – 1,4 га/ч.
Рис. 1. Принципиальная схема агрегата для сбора и утилизации камней в горной местности: 1 – гребенка, 2 – опорные колеса гребенки, 3 – подвижная рама, 4 – гидроцилиндр, 5 – опорные колеса плуга, 6 – поворотное устройство, 7 – трактор МТЗ-82, 8 – навесное устройство, 9 – неподвижная рама, 10 – корпус плуга, 11 – пружинные стойки
Fig. 1. Schematic diagram of the unit for collecting and disposing of stones in mountainous areas: 1 – comb, 2 – support wheels of the comb, 3 – movable frame, 4 – hydraulic cylinder, 5 – support wheels of the plow, 6 – turning device, 7 – tractor MTZ-82, 8 – attachment device, 9 – fixed frame, 10 – plow body, 11 – spring struts
Результаты (Results)
Проведение культуртехнических мероприятий позволило в первый год наблюдений, увеличить количество корневищного разнотравья (лапчатки гусиной (Potentilla anserine L.), манжетки обыкновенной (Alchemilla vulgaris L.), черноголовника многобрачного (Poterium polygamum Waldst. & Kit.), первоцвета весеннего (Primula veris L.), золотарника обыкновенного (Solidago virgaurea L.) и др. до 480 шт/м2, снизив сорные виды однолетнего и двулетнего разнотравья. При этом сбор надземной массы вырос с 3,1 ц/га до 6,8 ц/га сухого вещества (СВ), накопление корневой массы до 10,9 ц/га, сбор валовой энергии (ВЭ) до 11,7 ГДж/га (таблица 1).
Таблица 1
Результаты поверхностного улучшения с применением агрегатов горной модификации
|
Технологические операции |
Количество побегов, шт./м2 |
Накопление биомассы, ц/га |
Сбор валовой энергии, ГДж/га |
|||||||||
|
Надземной |
Подземной |
|||||||||||
|
Годы |
||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
|
Культуртехнические мероприятия |
480 |
620 |
1270 |
6,8 |
14,9 |
19,3 |
10,9 |
25,3 |
40,5 |
11,7 |
25,5 |
33,0 |
|
Культуртехнические мероприятия + подсев травосмеси |
1240 |
1990 |
2300 |
21,8 |
47,6 |
63,4 |
39,2 |
95,2 |
133,1 |
37,8 |
81,4 |
108,4 |
|
Культуртехнические мероприятия + подсев травосмеси + удобрение |
1930 |
2270 |
2850 |
39,8 |
59,6 |
73,3 |
71,6 |
119,2 |
153,9 |
68,0 |
101,9 |
125,3 |
Table 1
The results of surface improvement using aggregates mining modification
|
Technological operations |
Number of shoots, PCs/m2 |
Biomass accumulation, c/ha |
The collection of gross energy, GJ/ha |
|||||||||
|
Overhead |
Underground |
|||||||||||
|
Years |
||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
|
Cultural and technical events |
480 |
620 |
1270 |
6.8 |
14.9 |
19.3 |
10.9 |
25.3 |
40.5 |
11.7 |
25.5 |
33.0 |
|
Cultural and technical events + overseeding mixtures |
1240 |
1990 |
2300 |
21.8 |
47.6 |
63.4 |
39.2 |
95.2 |
133.1 |
37.8 |
81.4 |
108.4 |
|
Cultural and technical events + overseeding mixtures + fertilizer |
1930 |
2270 |
2850 |
39.8 |
59.6 |
73.3 |
71.6 |
119.2 |
153.9 |
68.0 |
101.9 |
125.3 |
К концу третьего года наблюдений эти показатели незначительно увеличились. Количество побегов, хотя и выросло в 2,6 раза, но при этом проективное покрытие почвы травостоем не превысило 78 %. Причем доля рыхлокустовых злаков (овсяница красная (Festuca rubra L.), райграс пастбищный (Lolium perenne L.), лисохвост альпийский (Alopecurus alpinus Sm.), душистый колосок (Anthoxanthum odoratum L.), овсяница овечья (Festuca ovina L.) и др.) возросла до 27 %, а бобового компонента (клевер альпийский (Trifolium alpestra) и клевер белый (Trifolium repens)) до 4,3 %. Урожай СВ не превысил 19,3 ц/га при накоплении 40,5 ц/га СВ подземной массы.
Проведенные в различных горных областях опыты показали, что рыхление дернины луга не дает эффект, даже приводит как к отрицательным результатам, так и в редких случаях повышает урожай, а восстановительный дерновый процесс проходит в более длительный период [5, с. 266]. Это объясняется повреждением корневищ и вегетативных побегов. Поэтому культуртехнические мероприятия должны проводиться лишь в сочетании с другими мерами улучшения.
На лугах с выродившимся изреженным травостоем в целях ускоренного восстановления продуктивности и средообразующей значимости фитоценозов рекомендуется проводить подсев в дернину ценных лугопастбищных трав [6, с. 1396]. В связи со специфическими условиями (крутизной склонов, мелкоконтурностью рельефа и вероятностью каменистых выступов) на подсеваемом участке, применение стандартных сеялок промышленного производства невозможно.
Созданный авторами опытный образец агрегата для подсева трав на базе культиватора КЧГ-2.4 [7, с. 151] с учетом специфических условий горных территорий, максимально маневренный, эффективный на мелкоконтурных участках с уклоном поверхности луга до 16 (рис. 2). Агрегат, способный преодолевать каменистые выступы, копировать прикатывающими органами незначительные (до 5 см) неровности, обладающий функцией отключения посева трав и его включения по надобности гидросистемой. При этом, регулируя нормы высева от 4,0 до 45,0 кг/га и глубину заделки семян 2–3 см, агрегат выполняет операцию прикатывания, предотвращая снос семян потоками воздуха [8, с. 3].
Рис. 2. Агрегат для подсева семян трав на горные луга и пастбища с последующим прикатыванием
Fig. 2. Unit for sowing grass seeds on mountain meadows and pastures with subsequent rolling
Кроме того, для улучшения горных лугов и пастбищ сконструирован и опробован агрегат для подсева травосмесей: бобовых и злаковых (рис. 3).
Рис. 3. Агрегат для подсева травосмесей на горные луга и пастбища
Fig. 3. Unit for sowing grass mixtures on mountain meadows and pastures
Подсев многолетних трав – тимофеевки луговой (Phleum pratense) – 5–6 кг/га; райграса пастбищного (Lolium perenne L.) – 4–6 кг; костра безостого (Bromus inermis) – 6–8 кг; клевера красного (Trifolium rubens) – 4–5 кг – в первый же год наблюдений обеспечил повышение количества побегов до 1240 шт/га, что сопоставимо с плотностью травостоя в варианте с проведением культуртехнических мероприятий на третий год исследования [9, с. 3090]. При этом накопление надземной массы выросло, по сравнению с предыдущим вариантом, в 3,2 раза. Пропорционально повысилось и накопление подземной массы до 39,2 ц/га, против 10,9 ц/га, и сбор валовой энергии в 3,2 раза.
К концу третьего года наблюдений эти показатели возросли: густота травостоя – до 2300 шт/м2; накопление надземной массы до 63,4 ц/га и подземной до 133,1 ц/га; сбор валовой энергии до 108,4 ГДж/га.
Созданию высокопродуктивного травостоя сопутствует большой вынос количества питательных веществ, поэтому поддержание продуктивности и качества пастбищного корма может происходить в том случае, если в почве содержится достаточное количество элементов питания [10, с. 22], [11, с. 57].
В многолетних опытах лаборатории горного луговодства только внесение полной дозы минерального удобрения на горных лугопастбищах субальпийского пояса (N120P90K40) обеспечило стабильно высокий урожай (41,1 ц/га СВ), в то время как на неудобренных пастбищах продуктивность составляла 11,5–16,0 ц/га.
Удобрения вносились навесным тукоразбрасывателем НРУ-0.5, поэтому ветры, преобладающие в горах в дневное время, нарушали равномерное внесение, создавая мозаичность развития травостоя. В связи с этими проблемами специалистами СКНИИГПСХ был применен агрегат для внесения минеральных удобрений, разработанный авторами (рис. 4).
Рис. 4. Общий вид опытного образца агрегата для внесения минеральных удобрений с последующим прикатыванием
Fig. 4. General view of the prototype unit for applying mineral fertilizers with subsequent rolling
Многофункциональный агрегат горной модификации [12, с. 1] позволяет более равномерно вносить минеральные удобрения на мелкоконтурные участки лугов и пастбищ, что экономит количество вносимых удобрений до N60P45K20, т. е. до половинной нормы отранее рекомендованной.
Агрегат применяется после проведения культуртехнических мероприятий на склонах до 15°. Двигаясь поперек склона челночным способом, начиная с верхнего участка, он высевает минеральные удобрения штифтово-катушечным аппаратом, разбросным способом, обеспечивая равномерность внесения по ОСТ 10.7.1-2000.
Внесенные удобрения прикатываются катками. Аппарат оснащен устройством для отключения высева из кабины тракториста при разворотах и транспортировке. За счет опорных колес и включения гидравлики навесного устройства трактора агрегат обеспечивает копирование рельефа в плавающем режиме работы.
Емкость заправочного ящика обеспечивает 1–1,5 часа работы при скорости трактора (МТЗ-82Н; МТЗ-82М) V = 7–8 км/ч с шириной захвата агрегата L = 2,4.
Разбросные трубки подвешены к высевающему аппарату шарнирно, с возможностью сохранения вертикального положения при работе туковысевающего аппарата на склонах до 15°, что позволяет отклониться трубкам как влево, так и вправо от направления движения агрегата.
Разработанные функциональные особенности агрегата позволяют снизить ранее рекомендованные дозы минеральных удобрений в два раза. Этот агротехнический прием, применяемый совместно с культуртехническими мероприятиями и подсевом трав, обеспечил повышение количества побегов [13, с. 257] в первый год наблюдений до 1930 шт/м2, что выше, чем в варианте с применением только культуртехнических мероприятий и подсева, на 23,9 %. К третьему году наблюдений этот показатель увеличился до 2850 шт/м2, обеспечив 100 % проективное покрытие почвы, что положительно сказалось на накоплении биомассы[14, с. 714].
Динамика накопления биомассы по годам исследований выглядела следующим образом: надземной массы – 39,8–59,6–73,3 ц/га СВ; подземной массы – 71,6–119,2–153,9 ц/га СВ.
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
С учетом содержания органических веществ в корме и соответствующих им энергетических коэффициентов была определена концентрация валовой энергии с 1 га с учетом совокупных затрат, которые составили (по вариантам опыта) 3,1–11,7–23,2 ГДж. Дана всесторонняя энергетическая оценка, которая показала, что окупаемость затрат сбором энергии наивысшей была в первом варианте – АК-10,6; во втором – 9,3; в третьем – 5,4 раз. Однако удельные затраты антропогенной энергии на производство 1 ГДж ОЭ (обменная энергия корма) являются обратной величиной к показателю АК (агроэкологический коэффициент).
Следовательно, при восстановлении продуктивности деградированных горных кормовых угодий проведение культуртехнических мероприятий и агроприемов (удаление камней, подсев трав, внесение удобрений) с применением агрегатов горной модификации [15, с. 239], несмотря на повышение антропогенных затрат, увеличивает продуктивность пастбищ соответственно примененным приемам (по уровню к исходному – 6,8 ц/га) в 2,8–9,3–10,8 раза.
Накопление подземной массы в 3,7–12,2–14,1 раза способствует созданию прочной дернины, устойчивой к эрозионным процессам, повышающей почвенное плодородие и экологическую устойчивость окружающей среды [16, с. 658].
1. Soldatova I. E., Soldatov E. D. Sozdanie vysokoproduktivnyh senokosov i pastbisch v gornoy zone Severnogo Kavkaza // Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2017. T. 54. № 3. S. 9-14.
2. Metodika ocenki potokov energii v lugovyh agroekosistemah / A. A. Kutuzova [i dr.] 3-e izd. pererab. i dop. M.: Ugreshskaya tipografiya, 2015. 32 s.
3. Dzhibilov S. M., Gulueva L. R., Korobeynik I. A. Agregat dlya sgrebaniya kamney s odnovremennym avtomaticheskim podsevom trav na gornye luga i pastbischa Severnogo Kavkaza // Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. T. 55. № 1. S. 106-112.
4. Kudzaev A. B., Ridnyy S. D., Ridnyy D. S., Kuznecov D. I., Cgoev A. E. Kachestvo obrabotki plasta pochvy rabochimi organami mashiny dlya poiska krupnyh kamney // Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. T. 55. № 4. S. 186-198.
5. Zotov A. A., Hismatullin M. M. Uluchshenie i ispol'zovanie prirodnyh senokosov i pastbisch srednego Povolzh'ya: monografiya. Kazan': tipografiya «Zur Kazan», 2015. 266 s.
6. Mamiev D. M. Perspektivy razvitiya biologicheskogo zemledeliya v RSO-Alaniya. Nauchnaya zhizn'. 2019. T. 14. № 9 (97). S. 1396-1402. DOI:https://doi.org/10.35679/1991-9476-2019-14-9-1396-1402.
7. Dzhibilov S. M., Gulueva L. R., Bestaev S. G., Poraeva Z. H., Kumsiev E. I. Ustroystvo dlya avtomaticheskogo, adresnogo podseva semyan trav // Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016. T. 53. № 2. S. 151-156.
8. Dzhibilov S. M., Gulueva L. R. Sposob vosstanovleniya gornyh kormovyh ugodiy // Agrarnyy Vestnik Urala. 2018. № 7 (174). S. 3.
9. Scotton M. Mountain meadow restoration: the effect of seeding rates, climate and soil on plant density and cover // Science of the Total Environment. 2019. No. 651. Pp. 3090-3098. DOI:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.192.
10. Novoselov S. I., Kuz'minyh A. N., Eremeev R. V. Plodorodie pochvy i produktivnost' sel'skohozyaystvennyh kul'tur v zavisimosti ot osnovnoy obrabotki i sevooborota. Plodorodie. 2019. № 6 (111). S. 22-25. DOI:https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.111.06.
11. Akanova N. I., Vizirskaya M. M. Effektivnye agrohimicheskie sredstva povysheniya rentabel'nosti rastenievodstva // Plodorodie. 2019. № 2 (107). S. 57-60. DOI:https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.107.18.
12. Korobeynik I. A. Sovershenstvovanie konstrukcii propashnogo kul'tivatora dlya obrabotki pochv zasorennyh kamnyami: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk. Vladikavkaz, 2014. 23 s.
13. Zhang Zh., Yu K., Siddique K., Nan Zh. Phenology and sowing time affect water use in four annual herbs of the warm season under semi-arid conditions // Agricultural and Forest Meteorology. 2019. Vol. 269. Pp. 257-269. DOI:https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.01.028.
14. Kudzaev A. B., Urtaev T. A., Tsgoev A. E., Korobeynik I. A., Tsgoev D. V. Adaptive energy-saving cultivator equipped with the simultaneous adjuster of sections for working stony soils // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2017. Vol. 8. No. 11. Pp. 714-720.
15. Kyul E. V., Apazhev A. K., Kudzaev A. B., Borisova N. A. Influence of anthropogenic activity on transformation of landscapes by natural hazards // Indian Journal of Ecology. 2017. Vol. 44. No. 2. Pp. 239-243.
16. Kudzaev A. B., Urtaev T. A., Tsgoev A. E., Korobeynik I. A., Tsgoev D. V. Study of elastic composite rods for creating fuses of tilthers // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2017. Vol. 8. No. 11. Pp. 658-666.
