CC BY
3Литература
1. Царев Ю.А., Джигарханов Д.Г. Методика выявления новых свойств сложных систем // Труды КубГАУ. - №3(18). - Краснодар. -2009. - С. 177-180.
2. Бугов А.У. Математическое моделирование в строительной механике машин // В сб. науч. тр. «Вестник научно-метод. комиссии по деталям машин, прикладной механике и основам проектирования» Министерства образования РФ и Республиканского Семинара «Механика» при КБГАУ. - Вып. 3. - Нальчик. - 2008. - С. 65-71.
3. Тимошенко С.П. Статические и динамические проблемы теории упругости [Текст]. -Киев: Наукова думка, 1975.
4. Дышеков А.Х. Инновационная функционально-адаптивная технология разработки универсальных многофункциональных систем, устройств, изделий // В межвуз. сб. научн.тр. «Инновационное мышление - современный стиль решения проблем экологии и природообустрой-ства». - Нальчик: Полиграфсервис и Т, 2010. -С. 65-70.
5. Дышеков АХ., Кузнецов Е.В. Организация рационального природообустройства территории и их природопользования // В межвуз. сборн. науч. тр. «Инновации в природообус-тройстве». - Нальчик. - 2011. - С. 42-48.
УДК-631.4
СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ АГРОПРОИЗВОДСТВ
В УСЛОВИЯХ НЕУДОБИЙ КБР
Дышеков А. Х., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Узеева Н. А., студентка
ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В. М. Кокова»
SYSTEM OF FORMATION OF HIGHLY-PRODUCTIVE AGRARIAN PRODUCTIONS UNDER DIFFICULT CONDITITIONS IN KABARDINO-BALKARIAN REPUBLIC
Dyshekov A. H., Candidate of Science in Agriculture, Associate Professor
Uzeeva N.A., student
FSBEIHPE «Kabardino-Balkarian State Agrarian University named V. M. Kokov»
Предложена принципиальная схема рационального использования неудобий, участков земель со сложными геоморфологическими условиями.
Ключевые слова: неудобия, модуль, адаптивный, гидроакустический осветлитель, субстрат, орошаемое земледелие, эффективный.
A basic scheme for rational using of land areas with difficult geomorphological conditions is suggested in this scientific article.
Key words: uncomfortable conditions, module, adaptive, sonar illuminator, substrate, irrigated agriculture, effective.
В связи с интенсивным ростом народонаселения нашей планеты, постоянным сокращением сельхозугодий, возрастающим дефицитом продуктов питания, возникла обстоятельная необходимость в разработке и внедрении инновационных агропроизводственных систем с заданными параметрами и широким диапазоном регулирования, адаптивной интенсификации ре-сурсовоспроизводящих процессов, неограниченным спектром их использования в неблагоприятных поливариативных условиях.
В результате теоретических и экспериментальных проработок, поиска новых методов и
способов решения проблемы в данном направлении, нами предложен альтернативный способ развития и дальнейшего распространения возможностей орошаемого земледелия на базе модульной системы, т.е. системы, основными элементами которой являются функциональные модули, безнапорные устройства дозированной подачи воды в виде капель и струек, поливные трубки с гасителем напора, трубчатая сеть для подачи воды, акустические устройства для осветления и очистки воды, фильтрующий блок, насосный агрегат, устройство управления процессом полива.
В данном случае приведен полный комплект системы. Однако, в зависимости от площади, занимаемой модульной системой или количества модулей и условия их размещения, элементный состав системы может быть существенно откорректирован.
Например, для обеспечения функционирования 80-100 модулей достаточно иметь соответственно 80-100 устройств дозированной подачи воды, такое же количество трубок с гасителем напора, несколько десятков погонных метров полихлорвиниловых труб ^ 20-25 мм) для устройства водоподающей сети (зависит от схемы размещения модулей), 1 фильтрующий блок и
1 резервуар на 4-6м3 воды, который должен быть установлен на 0,2-0,5м выше того модуля, который находится на более высотной отметке по отношению к остальным.
На (рис.1) приведены схемы полнокомплектных модульных систем, рассчитанных на более масштабное агропроизводство.
Эти системы отличаются друг от друга только геометрическими формами и параметрами функциональных модулей (рис. 2).
Однако, эта особенность является немаловажным фактором расширения состава культур, которые можно возделывать модульным способом.
Рисунок 1 - Модульная система с функциональными модулями цилиндрической и прямоугольной формы:
I - модульный участок; 2 - функциональные модули; 3 - сетка; 4 - грунт; 5 - растения; 6 - перфорированная труба с поролоновым гасителем напора; 7-поливная труба; 8 - поливные устройства; 9 - заглушка; 10 - поддон;
II - нижний упор; 12 - боковой упор поддона; 13 - распределительный трубопровод; 14 - головной трубопровод; 15 - магистральный фильтрующий блок; 16 - насос; 17 - акустическое устройство на трубчатом водоприемнике; 18 - пруд-накопитель; 19 - подводящий лоток; 20 - акустический осветлитель на водозаборе
Рисунок 2 - Функциональные модули цилиндрической и прямоугольной формы
Модули цилиндрической формы могут быть оснащены поддонами с вращательным механизмом, что в значительной степени упрощает процесс сбора выращиваемой продукции, снижаются трудоемкость и трудозатраты, время сбора урожая в несколько раз.
Каркас модуля изготавливается из оцинкованной сетки с квадратными ячейками. В центре, как это показано на рис. 2, вертикально размещается перфорированная поливная трубка d20 мм, длина которой на 5-8 см больше, чем высота модуля, внутрь трубки устанавливается гаситель напора, для того, чтобы по все-му профилю функционального модуля обеспечить равномерное распределение влаги. Длина прямоугольных модулей ограничивается только длиной производственного участка или теплицы.
Одним из основных элементов системы является поливное устройство (рис. 3 д), которое обеспечивает подачу воды в поливные трубки, в зависимости от того, какой расход необходим, диапазон регулирования в режиме подачи воды в поливную трубку составляет 2-24 л/час. Необходимость создания поливного устройства с широким диапазоном регулирования была продиктована тем, что в основу модульной системы заложены возможности использования значительно более внушительных типоразмеров функциональных модулей. Поливные устройства срабатывают при рабочем давлении менее 0,02 МПа, тогда как используемые на практике
капельницы рассчитаны на создание напора не менее 0,2 МПа.
Следующими элементами модульной системы являются акустический осветлитель, акустическое устройство очистки воды (рис. 3 а, г), а также сотовый фильтр для акустического осветлителя и фильтрующий блок для трубчатой сети (рис. 3 б, в).
Необходимость разработки разных устройств для осветления и очистки воды была продиктована многообразием водоисточников.
Акустические осветлители могут быть установлены на речных водозаборах, водовыпускных сооружениях транспортирующих каналов. Акустическими устройствами очистки воды могут быть оснащены трубчатые водоприемники для забора воды из водохранилищ, прудов-накопителей, из других резервуаров естественного и искусственного происхождения, родников, оснащенных каптажными сооружениями и т.д. Фильтрующие блоки могут быть использованы для доочистки воды из водопроводных сетей.
Отличительной особенностью предлагаемых в данной работе акустичес-ких осветлителей и устройств очистки воды является то, что они способны работать в беспрерывном режиме фильтрации и регенерации фильтрующих материалов. Естественно, качество фильтрата зависит от мощности фильтра и используемых фильтрующих материалов.
Экспериментальным путем были установлены необходимые мощности фильтра, перечень необходимых фильтрующих материалов, способных обеспечить высокое качество фильтрации, обладающих достаточной степенью регенерации и производительности. Основой расчета акустической регенерации является определение характеристик режима вибрации фильтрующих элементов.
Экспериментально установлено, что оптимальные границы интенсификации процесса регенерации достигаются при следующих условиях: механическая вибрация рабочего полотна фильтров производится с частотой 30-40 Гц; амплитуда колебаний вибрационного устройства 4-5мм.
Исследованиями установлены также параметры акустического осветлителя, наиболее приемлемые для решения задач водоподготовки для модульной системы: мощность фильтрующего блока (0,05-0,35), производительность (30-120 м3/час), мутность исходной воды, режим работы - без ограничений.
Получена математическая модель:
УСв= 0,8533 - 0,0375Х1 + 0,005 Х2 + 0,0475 Х3 -- 0,01 X! Х2 + 0,005 X! Х3 - 0,005 Х2 Х3 -- 0,0766 Х12 - 0,0516 Х22 - 0,0716 Х32,
где:
Х1, Х2, Х3 - соответственно мощность фильтрующего блока, производительность и мутность исходной воды.
С учетом этих положений, а также конструктивных особенностей водозаборных сооружений и водоприемников, параметров фильтрующих блоков, разработаны конструкции установок акустических устройств осветления и очистки воды (рис. 3 а, б, в, г). Результаты химических анализов свидетельствуют о высокой эффективности, возможности их широкого применения для решения задач водоподготовки и водоснабжения не только модульных систем агропроиз-водства, но и населенных пунктов, других объектов водопотребления.
В комплект модульной системы могут быть включены также гидроподкормщик (рис. 3 е) для дозированной подачи макро и микрокомпонентов с поливной водой, а также устройство подогрева поливной воды для условий высокогорья и северных широт. Оптимальные параметры модульной системы установлены в ходе экспериментальных исследований, обработки и анализа полученных данных, получены имитационные математические модели, необходимые для решения задач управления процессами.
Обладая большим потенциалом агропроиз-водства, модульная система предполагает некоторую обособленность применения присущих ей последовательных технологических приемов и операций:
1. Производится выбор участка для развертывания системы.
2. Устанавливается схема размещения функциональных модулей на участке.
3. В соответствии с принятой схемой производится расстановка функциональных модулей (цилиндрической или прямоугольной формы или их комбинации).
4. При необходимости защиты почвенного субстрата в функциональном модуле от вымывания при выпадении обильных осадков, внутренняя часть каркаса выстилается нетканым фильтрующим материалом. При использовании данного приема достигается также сохранение и более равномерное распределение тепла и влаги по профилю почвенного субстрата, исключается прорастание сорной растительности по боковым стенкам модуля, и т.д.
5. В каркас модуля засыпается первый слой почвенного субстрата 8-10 см.
6. В вертикальном положении в центр модуля устанавливается поливная перфорированная труба из полихлорвинила D20 мм, с гасителем напора внутри. Нижний конец поливной трубы заглушен, длина трубы на 5-8 см выше каркаса модуля.
7. При необходимости выращивания овощных, ягодных и других культур на каждый слой субстрата по периметру модуля укладывается корневая часть рассады, путем просовывания ее через ячейки каркаса модуля, делая прорези через нетканый материал при его наличии внутри каркаса. Корни рассады засыпаются следующим слоем субстрата и так до полного оснащения модуля рассадой. Расстояния между рассадами зависят от вида культуры.
При использовании модуля для подготовки посадочного материала лесных, декоративных, ягодных культур и т.п. модули заполняются полностью почвенным субстратом, боковые стенки оснащаются исходным материалом.
Исходный материал для декоративных культур заготавливается в ранневесенний период, используя для этого маточники, в этот же период производится формирование функциональных модулей.
Для подготовки посадочных материалов лесных древесных культур производится зеленое черенкование в июне месяце, в период вегетации. Формирование посадочных материалов производится в функциональных модулях в тепличных условиях.
Рисунок 3 - Используемые устройства: а) акустическое устройство осветления поверхностных вод на водозаборных сооружениях; б) сигменты плоского фильтрующего блока сотового типа к устройствам; в) фильтрующий блок для очистки воды на трубчатой водопроводящей сети; г) акустическое устройство очистки воды на трубчатых водоприемниках; д) поливное устройство с широким диапазоном регулирования расхода; е)гидроподкормщик для дозированной подачи макро и микрокомпонентов с поливной водой в процессе орошения
На образование корневой системы посадочных материалов уходит до 2-х и более месяцев, после чего их доставляют на место посадки в специальных контейнерах.
После завершения подготовки посадочных материалов модули используются для выращивания овощных, ягодных и др. культур. С целью регулирования процесса созревания и дозревания овощных, ягодных и других культур можно использовать пленочный материал, а также другие материалы для защиты растений от чрезмерно высоких температур, суховеев, заморозков и т.д.
Чтобы обеспечить функционирование модульной системы в неблагоприятных и крайне неблагоприятных природно-климатических условиях необходимо предусмотреть возможности регулирования теплового и радиационного режима.
С целью регулирования теплового и радиационного режима, создания оптимальных условий функционирования модульной системы, предусмотрены следующие мероприятия: подбор почвенного субстрата для функциональных модулей производится с учетом необходимости улучшения его теплофизических характеристик; внутренняя часть функционального модуля выстилается нетканым материалом; верхняя часть функционального модуля, не занятая растениями закрывается черной пленкой; функциональные модули укрываются индивидуально или общим полотном нетканого материала, либо мешковины; функциональные модули укрываются прозрачной полиэтиленовой пленкой индивидуально или общим полотном, при необходимости и тем и другим; полив отепленной водой, для этого в комплект модульной системы включается устройство подогрева воды; выбор рациональной схемы размещения функциональных модулей на площадке с учетом правил
и приемов архитектоники, результатов актино-метрических наблюдений; размещение функциональных модулей прямоугольной формы по периметру площадки, модулей цилиндрической формы внутри, с целью исключения сквозняков и создания микроклиматического эффекта на площадке.
Применение данных мероприятий с целью регулирования и оптимизации термических режимов связано с дополнительными затратами на обеспечение функционирования модульной системы, однако высокая степень рентабельности системы обеспечивает быструю окупаемость дополнительно вложенных средств. Состав мероприятий зависит от места расположения объекта.
Применение обозначенных мероприятий, приемов регулирования тепловых режимов в традиционных системах орошаемого земледелия приводит к 65 кратному увеличению материальных, финансовых и трудовых затрат. Например, для укрытия 2-х модулей цилиндрической формы на 1000 растений в составе модульной системы, требуется 1м2 полиэтиленовой пленки, для укрытия такого же количества растений при обычном капельном орошении требуется 65м2 пленки.
При размещении функциональных модулей в теплицах (рис. 4) появляются значительные возможности регулирования теплового и других режимов функционирования модульной системы. Нами установлено, что 1 га тепличной модульной системы обеспечивает такую же прибыль, рентабельность, дисконтированный чистый доход, что и 65 га теплицы при обычном способе выращивания. К тому же при модульной системе производства достигается многократная экономия всех необходимых ресурсов для ведения тепличного хозяйства.
Рисунок 4 - Модульная система в тепличных условиях
Нами предлагается одна из возможных схем ведения тепличного хозяйства по модульной системе.
В январе-феврале производится засев функциональных модулей рассадами овощных культур. Вегетация, сбор урожая продолжается до начала июня.
После соответствующей подготовки модули оснащаются черенками древесных культур (зеленое черенкование) для формирования посадочного материала. Черенки выдерживаются в функциональных модулях до формирования корневых систем.
При этом предусматривается создание туманной завесы, применение стимулятора роста. Влажность почвогрунта в модуле не ниже 70% от наименьшей влагоемкости.
При использовании функциональных модулей для воспроизводства посадочных материалов, количество макро- микрокомпонентов, со-
средоточенных в почвенном субстрате (если этот субстрат не использовался для предыдущих циклов) вполне достаточно для реализации одного цикла воспроизводства.
При выращивании овощных и других культур, в зависимости от вида культуры, протяженности периода вегетации, количества растений в модуле, планируемой урожайности требуется дополнительная подкормка.В связи с этим в состав элементов модульной системы может быть включен гидроподкормщик (рис. 3 е), который предназначен для дозированной подачи необходимых макро- микрокомпонентов с поливной водой в растворенном виде.
Одним из важных направлений развития модульного принципа является вовлечение неудобий в агропроизводство, как это показано на рис. 5.
Рисунок 5 - Модульная система на неудобиях
В общем случае, эффективность функционирования агропроизводственной системы может быть определена большой совокупностью критериальных функций [1].
С учетом основных принципов оценки эффективности инвестиционных проектов [2] центральной проблемы при оценке эффективности модульной системы развития орошаемого земледелия в условиях поливариативности является учет экономических, экологических и социальных составляющих чистого дисконтированного дохода.
Экономический эффект от внедрения системы складывается из следующих показателей:
возможность вовлечения неудобий в орошаемое земледелие; минимальные затраты водных, энергетических, материальных, трудовых ресурсов; исключение образования эродированных земель; обеспечение полного управления технологическими процессами; многократное повышение урожайности с единицы орошаемой площади; возможность создания и развития агро-производства в зонах с неблагоприятными и крайне неблагоприятными природно-климатическими условиями; возможность получения экологически чистой продукции; стимулирование развития разных отраслей народного
хозяйства; приоритетное направление развития малого и среднего агробизнеса.
В основе социально-экономической оценки модульной системы лежат два важнейших социальных аспекта: возможность создания и развития современных агропроизводств, технопарков, в том числе в отдаленных от индустриальных центров районах; решение проблемы занятости населения сельских поселений.
Основой экологической оценки системы является: создание возможности массового воспроизводства посадочных материалов лесных, декоративных культур, столь необходимых для
Таким образом, ключевым элементом модульной системы развития орошаемого земледелия в условиях многообразия является динамическое единство поставленных целей: создание условий трансформации, функциональной надежности, экологичности, высокого уровня управляемости процессами ресурсовоспроиз-водства, инвестиционной привлекательности.
Заключение. Предложена принципиальная схема рационального использования неудо-бий, участков земель со сложными геоморфологическими условиями, полученные в работе результаты открывают новые перспективы для решения проблемы развития орошаемого земледелия, реализации научных, технических и технологических задач в условиях существования множества ограничивающих факторов, что характерно для первого и последующих этапов перехода к биосферосберегающей и биосферосовме-
решения задач природоохранного обустройства территорий, биологической рекультивации нарушенных земель, образования защитных лесополос, восстановление выжженных в результате пожаров лесов, ландшафтного дизайна; исключение побочного негативного влияния на окружающую среду в процессе функционирования модульной системы.
В таблице 1 приведены результаты сравнительного анализа использования модульно-капельной и капельной системы орошения.
- количество модулей на 1га - 20000 шт.
- 200000 шт. посадочного материала на 1 га.
стимой стратегии развития хозяйственной деятельности общества. Природопользование, основанное на принципе ограничения вмешательства в природные системы, и связанные с ней структурные преобразования производственных мощностей.
Литература
1. Краснощеков В.Н., Ильинко А.В., Кунда-ков Э.П. Оценка эколого-экономической эффективности создания производственных систем, функционирующих в условиях неопределенности // В сб. научных трудов «Проблемы научного обеспечения развития эколого-экономического потенциала России». - М., 2004. - С. 283-288.
2. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (2 редакция). Официальное издание. - М.: Экономика, 2000.
Таблица 1 - Основные показатели экономической эффективности использования модульно-капельного и капельного орошения для производства посадочного материала лесных, декоративных,
ягодных культур и виноградника
№ Показатели Ед. изм. Способ орошения
п/п Модульно-капельный Капельный
1. Капитальные вложения: Руб./га
- вариант А 3,5 млн. 424 тыс.
- вариант В 5,2 млн. 550 тыс.
2. Прибыль с 1га: Руб./га
- вариант А 500 млн. 5 млн.
- вариант В 1 млрд. 10 млн.
3. Чистый дисконтированный доход: - вариант А Руб./га 492,5 млн. 4,74 млн.
- вариант В 987,5 млн. 9,54 млн.
4. Индекс доходности:
- вариант А - вариант В 65,60 79,00 18,23 20,73
Примечания:
при модульно-капельном способе орошения:
Вариант А - количество модулей на 1га - 10000 шт.; Вариант В
при капельном способе орошения:
Вариант А - 100000 шт. посадочного материала на 1 га; Вариант В
