CC BY
28
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11120 УДК 631.173.6: 631.372
о нормативе затрат на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы
и. и. ГУрЕЕв, доктор технических наук, главный научный сотрудник (е-mail: [email protected])
Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии, ул. Карла Маркса, 70б, Курск, 305021, Российская Федерация
Резюме. Для комплексной механизации адаптивных технологий производства сельскохозяйственных культур в Центрально-Чернозёмном регионе (ЦЧР) применяют системы машин на базе техники стран таможенного союза (ТС), а также импортных машин и орудий. Современная энергонасыщенная высокопроизводительная техника обладает большим весом. Следствием этого становятся экологические проблемы, связанные не только с загрязнением окружающей среды выхлопными газами, но и с техногенной деградацией почвы переуплотнением движителями агрегатов. Годовые затраты на охрану окружающей среды нормированы ГОСТ. А денежное выражение затрат на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы отсутствует, что служит причиной обезличивания ресурсов, необходимых для почвоохранных мероприятий, а также неадекватности показателей экологической эффективности используемой техники. Цель исследований - обоснование величины норматива денежных затрат на ликвидацию пагубного антропогенного механического воздействия на почву. Учитывая кумулятивный характер техногенной деградации, количественно её оценили работой, трансформируемой комплексом агрегатов на уплотнение и разрушение структуры почвы за цикл агроприёмов по производству культур. Установлена линейная взаимосвязь техногенной деградации 1в с затратами на ликвидацию её последствий З в виде: З = к1в, руб./га, где к - норматив денежных затрат в виде удельных издержек, необходимых для приведения почвы в исходное состояние после цикла агро-приёмов. Величина к в расчете на единицу площади поля в условиях ЦЧР при работе весной составила 0,052 руб./ МДж, в летне-осенний период - 0,036 руб./МДж. Затраты на ликвидацию последствий техногенной деградации при комплексной механизации адаптивных агротехнологий для импортной техники на 9,4 % выше, чем для машин стран ТС. Результаты исследований могут быть использованы для дополнения ГОСТ Р 53056-2008.
Ключевые слова: норматив, затраты, охрана почвы, окружающая среда, техногенная деградация, адаптивная агро-технология, система машин.
Для цитирования: Гуреев И. И. О нормативе затрат на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 11. С. 75-78. ОСИ: 10.24411/0235-2451-2018-11120.
Важная особенность интенсификации земледелия - усиление антропогенной нагрузки на почву, вызывающей различные виды её деградации (эрозия, захламление, загрязнение и др.). Ущерб от деградаций оценивают по соответствующим методикам. В то же время интенсификации земледелия сопутствует увеличение количества агроприёмов и, соответственно, проходов агрегатов по полю в процессе производства сельскохозяйственных культур. Используемая энергонасыщенная техника обладает большим весом. Вследствие чего возникают экологические проблемы, которые выражаются не только в загрязнении окружающей среды выхлопными газами, но и в техногенной деградации почвы переуплотнением и разрушением её структуры движителями и рабочими органами агрегатов [1].
Затраты на охрану окружающей среды нормированы ГОСТ в количестве 0,15 руб. на 1 кг израсходован-
ного моторного топлива в год (ГОСТ Р 53056-2008). На сегодняшний день с учётом изменения с 2009 г. курса рубля имеются основания рекомендовать величину этого показателя на уровне 0,3 руб./кг. Методика оценки затрат на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы отсутствует, что служит причиной обезличивания ресурсов, необходимых для почвоохранных мероприятий, а также неадекватности показателей экологической эффективности используемой техники.
В земледелии проблеме техногенной деградации почвы уделяли и уделяют достаточно большое внимание. Уровень воздействия на почву при выполнении агроприёмов определяют пропорционально расходу энергии на деформацию почвы движителями и рабочими органами агрегатов, с минимизацией которых деградация почвы снижается [2]. Интенсивность воздействия на почву оценивают локально на обработанных участках полей, по следам ходовых систем агрегатов и др. (ГОСТ 26955-86, ГОСТ 26953-86, ГОСТ 26954-86).
В то же время норм стандарта недостаточно для ликвидации последствий техногенной деградации почвы. Его положения абсолютно не учитывают уровень покрытия ходовыми системами площади поля. А техногенная деградация - следствие прохода по полю не единичного агрегата, а комплекса технических средств, используемых от обработки почвы до сбораурожая.
Кумулятивный характер техногенной деградации учитывается суммой работы 1в (МДж/га), трансформируемой агрегатами на уплотнение и разрушение структуры почвы за цикл агроприёмов, необходимых для производства культур. Затраты З на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы и приведение её в исходное состояние можно выразить через величину 1в , используя известное линейное соотношение [3]:
З = к1в, руб./га, (1)
где к - норматив удельных на 1 га площади поля денежных затрат, руб./МДж.
Имеющиеся результаты количественной оценки уровня механической нагрузки на почву при комплексной механизации адаптивных агротехнологий [4] позволяют ставить задачу обоснования конкретной величины норматива к, что открывает возможности для расчета затрат на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы З.
Цель исследований - обоснование конкретной величины норматива денежных затрат на ликвидацию пагубного антропогенного механического воздействия на почву.
Условия, материалы и методы. Для достижения поставленной цели ввели понятие критического значения техногенной деградации 1№, которое соответствует уплотнению почвы по всей площади поля до верхнего предела агротехнически приемлемой плотности [р]. В условиях ЦЧР чаще всего встречаются глинистые и суглинистые почвы, для которых величина этого показателя составляет [р]=1,3 г/см3 [5]. Для таких почв,
в сравнении с песчаными, негативные последствия переуплотнения значительно выше [6]. В регионах с менее тяжёлой по механическому составу почвой, величина [р] имеет другие значения, что следует учитывать при определении затрат на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы в конкретных условиях.
Стоимость ликвидации последствий деградации на уровне 1в эквивалентна затратам Зк на выполнение агроприёма по сплошному разуплотнению почвы. Установлено, что таким агроприёмом может быть безотвальное рыхление на глубину 40...45 см, выполняемое чизельными и другими рыхлящими рабочими органами [4, 7]. Затраты Зк, отнесённые к величине 1кв, - есть искомая величина к, то есть к = З/ 1кв, руб./Мдж.
Для определения величины 1кв использовали формулу силы сопротивления почвы, уплотняемой движителями при их перемещении по полю [8]: Тс = f3bqh2, кН,
где Тс - сила сопротивления, кН; f3 - коэффициент снижения сопротивления перекатыванию движителей за счёт пневматических шин; Ь - суммарная ширина правого и левого движителей, м; q - коэффициент объёмного смятия почвы, кН/м3; h - глубина колеи после прохода движителей, м.
Сплошное покрытие 1 га площади поля следами движителей произойдёт после перемещения агрегата на расстояние 104/Ь м и на уплотнение почвы будет израсходована работа:
1в = 104^2, МДж/га. (2)
Значение коэффициента q в формуле (2) вытекает из соотношения [8]:
д = кН/м3,
где Я - сила сопротивления почвы смятию при вертикальной деформации движителями на глубину h, кН; Э - площадь, по которой движители воздействуют на почву, м2; р0 - давление движителей на почву, кПа.
Подставив (3) в (2), после преобразований получим:
/ 104М
я
МДж/га.
В формуле (4) заменим р0 на величину допускаемого давления движителей на почву [р0], регламентируемую ГОСТ 26955-86, ГОСТ 26953-86, ГОСТ 26954-86:
/„=10'
f3[Po£
q '
,4 <3
МДж/га.
Таким образом 3KQ
к =
Ю V3[p0]2
руб./МДж.
Для ЦЧР в среднем сплошное глубокое рыхление почвы обходится в 1017 руб./га [4], а коэффициенты формулы (5) имеют значения f3=0,65 и q=7500 кН/м3 [8, 9]. Тогда:
. 1173 _...п к = ~—т, руб./МДж.
[РоТ
Используя обоснованные значения норматива, по формуле (1) рассчитали затраты на ликвидацию последствий техногенной
деградации почвы при комплексной механизации адаптивных агротехнологий производства основных сельскохозяйственных культур ЦЧР с применением техники стран ТС и импортной. Варианты агротех-нологий и средства их механизации адаптировали к исходному состоянию почвы по факторам её засорённости, плотности и обеспеченности элементами питания [4].
Наиболее значимая культура в ЦЧР - озимая пшеница, которая на протяжении длительного времени находится под внешним воздействием вариабельных свойств почвы, сказывающихся на экономико-экологических показателях её производства [10, 11]. Поэтому агротехнология ее производства содержит зависимые от исходного состояния почвы четыре адаптивных варианта исполнения.
Исходное состояние почвы по варианту 1.1 следующее: поле удобрено, засорённость не превышает порога вредоносности сорняков, плотность почвы не более 1,3 г/см3. В обозначенных условиях комплекс средств механизации предпосевной обработки почвы и посева минимальный и сводится лишь к сеялке прямого посева.
Вариант 1.2 отличается от предыдущего дефицитом элементов питания на планируемую урожайность, поэтому рекомендуемое к использованию посевное техническое средство должно совмещать с посевом локальное внесение удобрения в зону рядков.
Более сложные и, соответственно, затратные в практическом исполнении варианты 1.3 и 1.4харак-теризуются повышенной засорённостью и плотностью почвы. Кроме того, вариант 1.4 дополнительно отягощается необходимостью внесения удобрения на планируемую урожайность. В приведенных случаях не обойтись без основной обработки почвы, при которой используют хорошо зарекомендовавшие себя орудия послойного рыхления. Посев в варианте 1.3 совмещен с предпосевной обработкой почвы, в варианте 1.4 одновременно с посевом проводят ещё и локальное внесение удобрения в зону рядков культуры.
Необходимые средства механизации вариантов агротехнологии производства яровых зерновых культур различаются лишь по возможности совмещения с посевом локального внесения удобрения. Посев в варианте 2.1 осуществляют с внесением удобрений, в варианте 2.2 - без их использования.
Состав комплекса технических средств агротехнологии производства сахарной свёклы не зависит от исходного состояния почвы.
результаты и обсуждение. С учётом величины [ро] (ГОСТ ГОСТ 26955-86, ГОСТ 26953-86, ГОСТ 26954-86), норматив к дифференцировали к характерной ЦЧР глинистой и суглинистой почве в зависимости от её влажности (Вл) и периода выполнения полевых работ. С учетом того, что механизированные агро-приёмы производства сельскохозяйственных культур осуществляют при физической спелости почвы, которая соответствует влажности 0,5НВ<Вл<0,6НВ Таблица 1. норматив удельных денежных затрат на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы на 1 га, руб./Мдж
(3)
(4)
(5)
Влажность почвы в слое 0...30 см Весенний период Летне-осенний период
[pj, кПа k, руб./МДж [Ро], кПа k, руб./МДж
Вл>0,9НВ 80 0,183 100 0,117
0,7НВ<Вл<0,9НВ 100 0,117 120 0,081
0,6НВ<Вл<0,7НВ 120 0,081 140 0,060
0,5НВ<Вл<0,6НВ 150 0,052 180 0,036
Вл<0,5НВ 180 0,036 210 0,027
Таблица 2. Затраты на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы
Агроприём
основная об- предпо- уход за посевами
Культура Вариант Производитель работка почвы и внесение удобрения севная обработка почвы посев уборка урожая Всего
агро- <В (В <в (В (В (В <в (В (В (В (В (В
техно- техники -Ü -Ü -Ü -Ü -Ü -Ü -Ü -Ü -Ü -Ü -Ü
логий to & to & <о & to & <о & to
S S S S
§ ti § ti § ti § ti § ti § ti
а р) а р) а PI ® PI а PI ® PI
1. Озимые 1.1 страны ТС 65 2,34 - - 50 2,60 17 0,60 37 1,33 169 6,88
зерновые импорт 68 2,44 - - 68 3,53 32 1,14 41 1,48 209 8,61
1.2 страны ТС 65 2,34 - - 76 3,95 17 0,60 37 1,33 195 8,24
импорт 68 2,44 - - 60 3,11 32 1,14 41 1,48 201 8,20
1.3 страны ТС 120 4,32 - - 65 3,40 17 0,60 37 1,33 239 9,64
импорт 122 4,39 - - 90 4,66 32 1,14 41 1,48 285 11,70
1.4 страны ТС 120 4,32 - - 76 3,95 17 0,60 37 1,33 250 10,22
импорт 122 4,39 - - 60 3,11 32 1,14 41 1,48 255 10,14
2. Яровые 2.1 страны ТС 206 7,42 6 0,32 76 3,95 17 0,60 37 1,33 342 13,62
зерновые импорт 219 7,88 9 0,48 60 3,11 32 1,14 41 1,48 361 14,10
2.2 страны ТС 206 7,42 6 0,32 65 3,40 17 0,60 37 1,33 331 13,05
импорт 219 7,88 9 0,48 90 4,66 32 1,14 41 1,48 391 15,66
3. Сахарная 3 страны ТС 288 10,37 40 2,09 26 1,36 34 1,22 153 5,51 541 20,53
свёкла импорт 299 10,74 58 2,99 28 1,45 45 1,63 129 4,64 559 21,50
Итого, руб./га страны ТС 38,53 2,73 22,61 4,82 13,49 82,19
импорт 40,16 3,95 23,63 8,47 13,52 89,91
Итого, % страны ТС импорт 46,9 44,7 3.3 4.4 27,5 26,3 5,9 9,4 16,4 15,0 100 100
[12], где НВ - наименьшая влагоемкость, норматив денежных затрат при работе весной имеет значение к=0,052 руб./МДж, при выполнении работ в летне-осенний период - к=0,036 руб./МДж (табл. 1). Аналогично можно рассчитать нормативы денежных затрат для регионов с почвенным покровом отличным от глинистого и суглинистого.
Анализ затрат на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы при механизированном исполнении адаптивных агротехнологий показал, что для импортной техники они оказались на 9,4 % выше, чем для машин и орудий стран ТС (табл. 2). Это свидетельствует о недостаточной адаптации импортной техники по экологическим показателям к суглинистой почве полей ЦЧР. Импортная техника, прежде всего, ориентирована на почвенно-климатические условия стран её производящих, для которых характерна преимущественно менее податливая уплотнению лёгкая супесчаная почва. По национальному стандарту РФ максимальное допустимое давление движителей для такой почвы на 20 % выше (ГОСТ 26955-86, ГОСТ 26953-86, ГОСТ 26954-86). Из комплекса агроприёмов наиболее значимые затраты З как по технике стран ТС, так и по импортной, сопутствуют основной обработке почвы (44,7...46,9 %).
При анализе вариантов агротехнологий, минимальные затраты (6,88.8,61 руб./га) ожидаемо отмечены в варианте с прямым посевом озимых зерновых культур, что стало следствием отсутствия необходимости при его реализации наиболее энергоёмких и почворазру-
шающих приёмов обработок. Использование прямого посева позволяет не только минимизировать затраты на ликвидацию последствий техногенной деградации почвы, но и благоприятно сказывается на её агрофизических свойствах и снижении эрозии [13, 14].
Дополнение вариантов агротехнологии приёмами обработки почвы и локального внесения удобрения привело к тому, что в варианте 1.4 затраты на ликвидацию последствий техногенной деградации возросли до 10,14.10,22 руб./га, или в 1,2.1,5 раза.
Максимальные среди изученных технологий экологически ориентированные затраты (20,53.21,50 руб./ га) отмечены для наиболее насыщенной приёмами агротехнологии производства сахарной свёклы. Они в среднем в 1,5 раза выше, чем при производстве яровых, и в 2,3 раза, по сравнению с возделыванием озимых зерновых культур.
выводы. В результате исследований обоснована взаимосвязь техногенной деградации почвы, сопутствующей выполнению полевых работ, с затратами на ликвидацию её последствий. Определён норматив денежных затрат в виде удельных издержек, необходимых для приведения почвы в исходное состояние после цикла агроприёмов по производству сельскохозяйственных культур. Наличие норматива позволяет уточнить показатели экологической эффективности сельскохозяйственной техники и целенаправленно формировать денежный фонд на почвоохранные мероприятия. Результаты исследований могут быть использованы для дополнения ГОСТ Р 53056-2008.
Литература.
1. Гуреев И. И. Экологические последствия применения комплексов машин для механизации обработки почвы //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 8. С. 77-79.
2. Спирин А. П. Мульчирующая обработка почвы. М.: ВИМ, 2001. 135 с.
3. Гуреев И. И., Климов Н. С. Обоснование критерия регионального нормирования механической нагрузки на почву при комплексной механизации агротехнологий // Вестник Курской гос. с.-х. академии. 2017. № 2. С. 35-38.
4. Региональный регистр комплексов машин для механизации перспективных агротехнологий / И. И. Гуреев, В. П.Дьяков, Г. К. Гребенщиков и др. Курск: ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2015. 59 с.
5. Димо В. Н., Садовников А. Н. Почвенно-гидрологические характеристики зон механизации Европейской территории СССР//Воздействие движителей на почву: сборник. М.: ВИМ, 1988. Т. 118. С. 86-97.
6. Mitigating arable soil compaction: Are view and analysis of available cost and Benefit data / W. C. T. Chamen, A. P. Moxey, W. Towers, etc. // Soil and Tillage Research. 2015. 146 (Part A). Pp. 10-25.
7. Алеев Б. А. Технологии и техника для глубокого рыхления переуплотнённых почв // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2005. № 2. C. 7-10.
8. Клёнин Н. И., Сакун В. А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины: Элементы теории рабочих процессов, расчёт регулировочных параметров и режимов работы. М.: Колос, 1980. 671 с.
9. Разработка схемы и определение основных параметров рабочих органов дисковой тяжёлой бороны. URL: http://www. techlead.ru/tleas-455-4.html (дата обращения: 08.12.2018).
10. Effects of long-term tillage practices on the quality of soil under winter wheat/A. M. Gajda, E. A. Czyz, J. Stanek-Tarkowska, etc. // Plant Soil Environ. 2017. Vol. 63. Pp. 236-242.
11. Are intensification and winter wheat yield increase efficient?/ J. Kren, M. Houst, L. Tvaruzek, etc. // Plant Soil Environ. 2017. Vol. 63. Pp. 428-434.
12. Спелость почвы //Академик [Электронный ресурс]. URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/135019 (дата обращения: 08.12.2018).
13. Long-term impact of tillage and crop rotation on soil health at four temperate agro ecosystems / K. A. Congrloes, A. Hayes, E. A. Verhallen // Soil and Tillage Research. 2015. Vol. 152. Pp. 17-28.
14. Impacts of technology and the width of rows on water infiltration and soil loss in the early envelopment of maize on sloping lands / M. Herout, J. Koukolicek, D. Kincl, etc. // Plant Soil Environ. 2018. Vol. 64. Pp. 498-503.
On the Normative Costs for the Elimination Effects of Anthropogenic
Degradation of Soil
I. I. Gureev
All-Russian Research Institute of Farming and Soil Protection from Erosion, ul. Karla Marksa, 70b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. For the integrated mechanization of adaptive agricultural technologies for crop cultivation in the Central Chernozem Region, machine systems based on the equipment from the countries of the Customs Union (CU), as well as imported machines and tools. Modern energy-efficient high-performance equipment is heavy. The consequences are environmental problems associated not only with environmental pollution by exhaust gases, but also with anthropogenic soil degradation by overconsolidation by aggregates. Annual costs for environmental protection are normalized by the state standard. Money means of the cost of eliminating the effects of anthropogenic soil degradation is absent, that causes the depersonalization of resources required for soil protection measures, as well as the inadequacy of indicators of environmental efficiency of the equipment used. The purpose of the research was to substantiate the standard of the money cost for the elimination of harmful anthropogenic mechanical impact on the soil. Considering the cumulative nature of the anthropogenic degradation, it was quantitatively estimated by the work transformed by a complex of machinery units to compaction and destruction of the soil structure over a cycle of agricultural practices for crop production. It was established a linear relationship between the anthropogenic degradation 1в and the costs for elimination of its consequences C in the form: C = k*1в, RUB/ ha, where k was the norm of money costs in the form of specific costs necessary to bring the soil to its original state after the cycle of agricultural practices. The value of k per unit area of the field under the conditions of the Central Chernozem Region was 0.052 RUB/ MJ in the spring period and 0.036 RUB/MJ in the summer-autumn period. The cost of eliminating the effects of the anthropogenic degradation in the complex mechanization of adaptive agricultural technologies for the imported equipment is 9.4% higher than for vehicles of the CU countries. The results can be used to supplement the state standard R 53056-2008.
Keywords: standard; costs; soil protection; environment; anthropogenic degradation; adaptive agricultural technology; machinery system. Author Details: I. I. Gureev, D. Sc. (Tech.), chief research fellow (e-mail: [email protected]).
For citation: Gureev I. I. On the Normative Costs for the Elimination Effects of Anthropogenic Degradation of Soil. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 11. Pp. 75-78 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11120.
требования к оформлению статей в журнале «достижения науки и техники АПк»
В статье должно быть кратко изложено состояние дел по изучаемой проблеме со ссылками на публикации (желательно не менее трех ссылок). Затем указаны цели, задачи, условия и методы исследований. Подробно представлены результаты экспериментов и их анализ. Сделаны выводы и даны предложения производству. В статье следует по возможности выделять следующие блоки: введение; цель и задачи исследований; условия, материалы и методы исследований; результаты исследований; выводы.
Вместе со статьей должны быть представлены перевод названия на английский язык; аннотация (200-250 слов) на русском и английском языках; ключевые слова на русском и английском языках; полные почтовые адреса всех учреждений, в которых работают авторы, на русском и английском языке; ученые степени и должности авторов на русском и английском языке код УДК; библиографический список.
В тексте ссылка на источник отмечается соответствующей цифрой в квадратных скобках в порядке цитирования. В списке литературы приводятся только те источники, на которые есть ссылка в тексте. Использование цитат без указания источника информации запрещается.
Материал для подачи в журнал набирается в текстовом редакторе Word версия не ниже 97 файл с расширением *.rtf.
Объем публикации 12-16 стр. машинописного текста набранного шрифтом Times New Roman, размер кегля 14 с полуторным интервалом. На 2,5 страницы текста допускается не более 1 рисунка или таблицы.
Статьи необходимо направлять с сопроводительным письмом с указанием сведений об авторах (фамилия, имя, отчество -полностью, ученая степень, место работы и занимаемая должность) на русском и английском языке, контактных телефонов и адреса электронной почты для обратной связи.
На публикацию представляемых материалов необходимо письменное разрешение и рекомендация руководства организации, на средства которой проводились исследования. Его вместе с одним экземпляром рукописи, подписанным авторами, и статьей в электронном виде нужно отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166, ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК». Для ускорения выхода в свет материалы в электронном виде можно направлять по адресу: [email protected].
Плата с аспирантов за публикацию рукописей не взимается.
Несоответствие статьи по одному из перечисленных пунктов может служить основанием для отказа в публикации.
Все рукописи, содержащие сведения о результатах научных исследований, рецензируются, по итогам рецензирования принимается решение о целесообразности опубликования материалов.
