Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Технология и механизация лесомелиорации Российского Прикаспия

ВАК РФ 06.03.04, Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Жданов, Юрий Михайлович, Волгоград

>

- ¿/-/¿-я ~

Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации

На правах рукописи ЖДАНОВ Юрий Михайлович

ТЕХНОЛОГИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ ЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ РОССИЙСКОГО ПРИКАСПИЯ

06.03.04 - агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов; 05.21.01 - технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой ,степени доктора сельскохозяйственных наук

Волгоград 1999

Научные консультанты:

доктор сельскохозяйственных наук, академик РАСХН Петров В. И.; доктор технических наук, профессор Бартенев И.М.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, академик РАСХН, профессор Павловский Е.С.;

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Цыплаков В.В.; доктор технических наук, профессор Свиридов JJ.T.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и мех,т,"ча"ии лесного хозяйства (ВНИИЛМ).

У^5ащита состоится ■ часов на заседании; российском научно-исслед'

/I

М

_____1999 г.

11.01 воВсе-

Адрес: 400062, г. В<" ВНИАЛМИ

мелиорации, кая, 39,

С диссертациеГ лиотеке Всероссийск мелиорации.

омиться в биб-та агролесо-

РО{, ГОСУ£ЛГи,

W i

Ученый секретарь диссертационного совета

JI.A. Петрова

уУ • м-б/к-^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Российский Прикаспий (Астраханская и Волгоградская области, Дагестан, Чечня, Ингушетия, Калмыкия, юго-восточные районы Ростовской области и Ставропольский край) и прилегающие районы представляют собой различные природно-климатические зоны в составе аридных территорий: степные (5,44 млн га), сухостепные [13,67 ], полупустынные [ 6, 39 ] и пустынные (5,66 млн га), характеризующиеся большим разнообразием почв (от легких дефлируемых песчаных до тяжелых суглинистых и глинистых), подверженных эрозионным процессам.

Часть этих территорий используется для выращивания зерновых, плодовых, бахчевых, кормовых культур и как пастбищные угодья. Однако в результате недостаточного атмосферного увлажнения, бессистемного выпаса скота, сплошной распашки легких почв и нерациональной ирригации на Черноземельских и Кизлярских пастбищах, равнинах Заволжья и Ногайской степи 1 млн га продуцирующих угодий превратились в барханные и солончаковые пустыни и поражены оврагами.

Исследования ВНИАЛМЙ [29, 42, 48] и других научных учреждений показали, что наиболее действенным, а порой и единственным способом подавления процессов опустынивания и создания условий для хозяйственного и экологического преобразования ландшафтов в Прикаспийском регионе является лесомелиорация. Но лесомелиоративное обустройство его затруднено сложными лесорастительными условиями и возможно лишь при неординарных технологических и технических подходах к решению этой проблемы, важнейшими вопросами которой являются разработка технологических приемов накопления и сбережения; влаги в почве, высококачественная посадка лесных насаждений различного назначения й агротехнические уходы за ними, а также оптимизация технологических процессов лесомелиорации Прикаспия. ..

В настоящей работе обобщены результаты научно-исследовательских технологических и технических разработок автора, обеспечивающих прогресс в агролесомелиорации аридных территорий в европейской части Российской Федерации.

Работу выполняли в соответствии с заданиями тематических планов ВНИАЛМИ с 1963 по 1998 год. №№ Госрегистрации 68020327, 68026924 (1963-1970 гг.); 71066205, проблема 0.51.079 (1971-1975 гг.); 7607763, проблема 0.53.01 (1976-1980 гг.); 81085816, отраслевая программа Мин-сельхоза СССР и ВАСХНИЛ 0.СХ.30 (1981-1985 гг.); 0186.0 070224, государственная научно-техническая программа 0.51.01 (1986-1989 гг.) и 0187.0 079908 (1990-1991 гг.), 01.9.40 006322 РАСХН (19992-1995 гг.), 01.960.009780 (1996-2000 гг.); по координации НИР с ВНИШ1М по про-

блеме 1УЛ "Разработать систему машин для комплексной механизации лесного хозяйства и защитного лесоразведения на период 1970-1980 гг.,| 1981-1985 гг., 1986-1995 гг. и до 2000 года", а также в рамках планов ЦОКБлесхозмаша, Госкомлеса СССР и Рослесхозмаша по разработке и изготовлению новой техники.

Цель работы - научное обоснование повышения эффективности агролесомелиоративных работ в Российском Прикаспии на базе разработки и внедрения прогрессивных технологий и средств механизации, адаптированных к различным типам лесорастительных условий и ландшафтов региона.

Объекты исследований. Природные и антропогенные ландшафты в Прикаспии и прилегающих регионах с существующими и проектируемыми лесными насаждениями на равнинных и склоновых землях. Технологические, (лесомелиоративные и лесокультурные) процессы, машины и их рабочие органы. Г г —

Методы исследований. В основу теоретических и экспериментальных исследований положены методы математического моделирования, оптимизации и планирования эксперимента [6, 43, 47 ]. Исследования технологических операций, выполняемых рабочими органами лесопосадочных машин, культиваторов и других средств механизации, и обоснование их параметров проводили в лабораторных и полевых условиях. При этом использовали почвенный канал, тензометрическую, киносъемочную аппаратуру, специально разработанные стенды и научные приборы. Обработку результатов исследований осуществляли с применением стандартных и созданных с участием автора программ на базе компьютерной техники.

Научная новизна работы заключается в комплексном изучении технологических и технических проблем создания в Российском Прикаспии лесонасаждений различного назначения, разработке новых способов и технических средств для влагосберегающей подготовки-почвы, посадки (посева) деревьев и кустарников и агротехнических уходов за ними, а также адаптации и оптимизации ряда технологических процессов лесомелиорации Прикаспия.

В результате этого впервые разработаны технологии и технические средства для физической мелиорации маловлагоемких почвогрунтов в ле-соаграрных ландшафтах, создания влагонакопительных борозд со стоко-регулирующим склоном, формирования водосборов для выращивания биогрупп древесных растений.

Впервые предложено несколько технологических вариантов работы и конструктивного исполнения щелеобразующих и почвозаделывающих рабочих органов лесопосадочных машин для работы на различных скоростях, равнинных и склоновых участках, для посадки растений с различными размерами корневых систем.

Впервые предложена и освоена технология уничтожения сорной растительности в рядах насаждений, созданных по бороздам, с помощью различных ротационных рабочих органов. Проведена оптимизация основных технологических процессов лесомелиорации Прикаспия.

На защиту выносятся следующие теоретические и прикладные положения работы:

влагосберегающие и противодефляционные технологические приемы и технические средства подготовки почвы под лесомелиоративные насаждения;

агротехнические показатели качества посадки древесных растений, теоретические основы способов заделки корневой системы растений почвой и технические решения конструкций рабочих органов для их выполнен ния;

новые технологии и средства механизации для посадки, посева и дополнения лесных насаждений многофункционального назначения в различных лесораст ягельных условиях Прикаспия;

оптимизация параметров технологического процесса й средств механизации для агротехнических уходов за лесомелиоративными насаждениями; :

научное обоснование и разработка технологических комплексов машин для лесомелиоративных работ, входящих в "Систему машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986-1995 гг. и 1991-2000 гг.": V

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждена хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических данных, а также положительными результатами лабораторно-полевых исследований, производственных проверок технологий, государственных испытаний и серийного производства ряда конструкций машин для создания лесонасаждений различного назначения.

Практическая ценность диссертации. Разработан ряд новых адаггтав-ных технологических процессов, рабочих органов и технических средств для влагосберегающей подготовки почвы, посева, посадки и агротехнических уходов в различных типах лесонасаждений Российского Прикаспия, а также теоретические положения и методики по обоснованию технологических процессов и параметров рабочих органов лесомелиоративных машин; обоснованы агротехнические показатели и составлены лесотехнические требования на большинство машин, вошедших в технологические комплексы "Системы машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986-1995 гг. и 1991-2000 гг. Часть 1У."

По разработанным технологиям с использованием новых технических средств в Астраханской, Волгоградской и Ростовской областях, а также в Калмыкии и Ставропольском крае создано почти двести тысяч га

лесных насаждений, позволяющих предотвратить деградацию земель и создать условия для высокой продуктивности сельскохозяйственного про- | изводства.

Эффективность и народнохозяйственная значимость научно-технических разработок, представленных в диссертации, подтверждены Комитетом по Ленинским и Государственным премиям СССР в области науки и техники при Совете Министров СССР.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований были использованы при разработке инструктивных указаний по лесомелиорации пастбищ [48 ], рекомендаций по созданию лесопастбищ на подвижных песках юго-востока европейской части СССР [42], справочника агролесомелиоратора [32], Системы машин [50], федеральной программы развития агролесомелиоративных работ в России [56] и других нормативных документов. Они нашли отражение при разработке различных технологических процессов в агролесомелиорации « лесотехнических требова--

ний, на базе которых были созданы принципиально новые машины: для устройства водоупорных экранов в почве (макетный образец), посадки сеянцев на склонах и песках МУЛ-1 (рекомендована в производство), посадки саженцев плодовых и лесных культур МПЛК-1 (рекомендована в производство), посадки саженцев на барханных песках МЛБ-1 (выпущена серийно), дополнения лесонасаждений (макетный образец); многобуровой ямокопатель ЯМ-3 (проверен в производстве), орудие для высева семян на откосы оврагов ОВСЫ (проверено в производстве), приспособление ПРО-1 для ухода за почвой в рядах насаждений (выпущено серийно), культиватор КРЛ-1Л (выпущен серийно), культиватор лесной для песков КЛП-2,5 (выпущен серийно), культиватор фрезерный (проверен в производстве). : ,

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на сессии, заседаниях Президиума ВАСХНИЛ, бюро отделения лесоводства и агролесомелиорации ВАСХНИЛ (1975-1990 гг.), научно-технических советов Гослесхоза СССР, Госагропрома СССР, Госкомсель-хозтехники и МЛХ РСФСР (1968-1992), координационных совещаниях по Системе машин во ВНИИЛМе (1976-1992), ученых советах ВНИАЛМИ (1965-1997), а также на всесоюзных и региональных совещаниях и конференциях (1966-1998). Большинство разработок демонстрировалось на ВДНХ СССР (1967, 1968, 1971,1976, 1982) и отмечены медалями (1972, 1980, 1982,1984, 1987), а также на международных выставках-ярмарках в Германии (Лейпциг, 1983), Болгарии (Пловдив, 1984), СССР - "Сельхозтехника" (1987) и "Лесдревмаш" (1989).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 132 научные работы. В научном докладе обобщены материалы 86 работ общим объемом около 50 печатных листов. Получено 22 авторских свидетельства

и 1 патент. Результаты ряда работ изложены в виде рекомендаций и пред-I лозкений производству, а также вошли в "Систему машин для сельскохозяйственного производства и защитного лесоразведения" и справочник агролесомелиоратора. Научные отчеты о выполнении НИР прошли Государственную регистрацию.

Личное участие автора. Исследования и разработки, обобщенные в диссертации, выполнялись с 1963 по 1998 год по руководством и при личном участии автора. В исследованиях принимали участие И.М. Бартенев, В Н. Хорошавии, В.И. Петров, ИГ. Зыков, Ю.И. Васильев, Н.С. Зюзь, Ю.Г. Харитонов, Г.Я. Матгис и др., в доработке и внедрении технических средств некоторые сотрудники ВНИИЛМ и ЦОКБлесхозмаш, которым автор выражает глубокую признательность. Их вклад в работу отражен в совместных публикациях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Лесомелиорация ландшафтов в различных регионах России проводится с давних времен с использованием целого ряда технологий создания защитных лесных насаждений на равнинных и склоновых землях. Изучению этих вопросов посвящены исследования многих видных ученых агролесомелиораторов: Т.Н. Высоцкого, М.А. Орлова, A.C. Козьмен-ко, Н.И. Суса, A.B. Альбенского, Е.С. Павловского , J.N. Stoeckler, N. Baer,N.P. Woodruff и др. : • ■

Прикаспийский регион имеет свою специфику: это аридность большей части территории, изрезанность оврагами и наличие деградированных пастбищ с бугристыми и барханными песками. Лесомелиорация и освоение этих площадей раскрыты в работах А.Е. Иванова, Н.Ф. Кулика, В.Н. Виноградова, В.И.Петрова, Н.С. Зюзя, И.Г. Зыкова, A.A. Вакулина, A.F Таеля, Ф:М. Касьянова, Г.П, Сурмача, И.М. Бартенева и др.

В. целях всесторонней оценки и использования, агроресурсного потенциала Прикаспия как объекта адаптивного лесоаграрного освоения с учетом податливости почв дефляции и эрозии В.И. Петровым, Н.И. Зю-зем, КН. Куликом и др. выделены четыре агролесомелиоративные категории земель: I- опустыненные территории с барханными песками; II - заросшие пески разных форм рельефа и стадий почвообразования; III - территории с почвами супесчаного и IY - суглинистого и глинистого механического состава. Каждая из этих категорий земель обладает своими; характеристиками лесопригодности и возможности создания на них различных видов насаждений из определенных пород, а также возможностью адаптации к ним новых способов и агротехнических операций выполнения лесомелиоративных работ.

Совместно с некоторыми из указанных ученых были проведены исследования существующих и перспективных технологий создания раз- | личных лесонасаждений с использованием технических средств. Это технологии выращивания полезащитных лесных полос [33], облесения ов-ражно-балочных склонов [14,35], закладки культур сосны на песках [29], лесомелиорации аридных пастбищ с посадкой различных видов насаждений (пастбищезащитных лесных полос, древесных зонтов, затишковых, прифермских мелиоративно-кормовых насаждений) [42], а также создания лесопастбищ на подвижных барханных песках [48]. Однако указанные исследования отражают общие подходы к созданию защитных лесных насаждений с точки зрения их конструкции, размещения, влияния на окружающую среду, использования существующей техники и не касаются вопросов осуществления технологических процессов, обеспечивающих „ дополнительное накопление влаги в почве перед посадкой, анализа адаптирования к условиям региона процессов посадки и посева древесных и-

кустарниковых растений, агротехнического ухода за ними, обоснования новых рабочих органов и технических средств, их реализации и оптимизации технологий и комплексов машин для лесомелиорации Российского Прикаспия:

Некоторые подробности анализа состояния исследований по определенным вопросам, рассматриваемым в диссертации, приводятся в соответствующих главах: ,

На основании изложенного были намечены и реализованы следующие задачи:

1. Разработка новых технологических приемов и средств механизации влагосберегающей и противодефляционной подготовки почвы под посадку лесомелиоративных насаждений в Российском Прикаспии.

2 Изучение влияния физического состояния почвы и качества посадки древесных растений на показатели их приживаемости, роста и развития.

3. Разработка концептуальных подходов к созданию новых технологий и технических средств для посадки лесных культур на эродированных землях опустыненных территорий Прикаспия.

4. Обоснование новой технологии лесомелиорации откосов оврагов в гидрографической сети.

5. Научное обоснование технологического процесса уничтожения сорной растительности пассивными ротационными и дисковыми рабочими органами и оптимизация параметров технических средств для ухода за почвой в лесных культурах, посаженных по бороздам.

6: Разработка и оптимизация перспективных технологий выращивания различных видов лесонасаждений с использованием новых технических средств.

2, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Программа исследований включала анализ исходного состояния проблемы и принципиальных подходов к ее решению; теоретическое обоснование новых технологических и технических решений по выполнению определенных операций рабочими органами орудий для влагона-копления, лесопосадочных машин и культиваторов; проведение лабора-тор�