Статья 'Биотехнологический комплекс для интеллектуального пастбищного животноводства в зоне пустынь и полупустынь с применением возобновляемых источников энергии' - журнал 'Сельское хозяйство' - NotaBene.ru
по
Меню журнала
> Архив номеров > Рубрики > О журнале > Авторы > О журнале > Требования к статьям > Порядок рецензирования статей > Ретракция статей > Этические принципы > Политика открытого доступа > Оплата за публикации в открытом доступе > Online First Pre-Publication > Политика авторских прав и лицензий > Политика цифрового хранения публикации > Политика идентификации статей > Политика проверки на плагиат > Редакционный совет > Редакция > AGRIS
Журналы индексируются
Реквизиты журнала
ГЛАВНАЯ > Вернуться к содержанию
Сельское хозяйство
Правильная ссылка на статью:

Биотехнологический комплекс для интеллектуального пастбищного животноводства в зоне пустынь и полупустынь с применением возобновляемых источников энергии

Доржиев Сергей Содномович

кандидат технических наук

ведущий научный сотрудник, ФГБНУ ФНАЦ ВИМ

109428, Россия, г. Москва, пр-д 1-Й институтский, 5

Dorzhiev Sergei Sodnomovich

PhD in Technical Science

Leading Research Fellow at the Federal Agricultural Engineering Center of the All-Russian Institute for Mechanization 

109428, Russia, g. Moscow, pr-d 1-I institutskii, 5

DSS.61@mail.ru
Базарова Елена Геннадьевна

кандидат технических наук

ведущий научный сотрудник, ФГБНУ Федеральный Научный Агроинженерный Центр ВИМ

109428, Россия, г. Москва, пр-д 1-Й институтский, 5

Bazarova Elena Gennadjevna

PhD in Technical Science

Leading Research Fellow at the Federal Agricultural Engineering Center of the All-Russian Institute for Mechanization 
 

109428, Russia, g. Moscow, pr-d 1-I institutskii, 5

bazelgen08@mail.ru
Розенблюм Мария Игоревна

ведущий инженер, ФГБНУ Федеральный Научный Агроинженерный Центр ВИМ

109428, Россия, г. Москва, пр-д 1-Й институтский, 5

Rozenblum Maria Igorevna

Leading Engineer at the Federal Agricultural Engineering Center of the All-Russian Institute for Mechanization 
 

109428, Russia, g. Moscow, pr-d 1-I institutskii, 5

Maryrozenblum@mail.ru

DOI:

10.7256/2453-8809.2019.1.30330

Дата направления статьи в редакцию:

19-07-2019


Дата публикации:

19-11-2019


Аннотация: Объектами исследований являются системы и устройства с энерго-снабжением от ВЭУ для использования в системах пастбищного и отгонного животноводства. Предметом исследования является разработка технических средств для использования возобновляемых источников энергии для комплексной организации и создания благоприятных условий для интеллектуального пастбищного животноводства. Отмечается важность окультуривание деградировавших земель, пустынь, полупустынь, создание благоприятного экологического каркаса для разведения сельскохозяйственных животных, системы мониторинга, водоснабжения и прочей инфраструктуры на базе возобновляемых источников энергии. проведен анализ современного состояния пастбищного животноводства, факторов, влияющих на уровень производительности пастбищной растительности. Рассмотрены методы и подходы для улучшения теплового режима почвы, критерии, влияющие на техническую и экономическую эффективность использования цифровой интеллектуальной системы в пастбищном животноводстве Новизна исследования заключается в в теоретическом обосновании основных элементов цифровой интеллектуальной системы, их характеристик и функций, которые позволят реализовать задачу по повышению энергообеспеченности пастбищного животноводства. Биотехнологический комплекс для интеллектуального пастбищного животноводства, включающий использование антигравитационных тепловых труб для понижения температуры почвы до благоприятной для роста кормовых культур, систему мониторинга, водоснабжения и прочей инфраструктуры на базе возобновляемых источников энергии может быть эффективно применен для освоения пустынь и полупустынь для интеллектуального пастбищного животноводства.


Ключевые слова:

пастбищное животноводство, окультуривание почв, освоение пустынь, цифровая пастбищная инфраструктура, деградация земель, естественные кормовые угодья, пояс постоянной температуры, возобновляемые источники энергии, экологический каркас, сельское хозяйство

Abstract: The research object is the systems and devices based on wind energy used in grassland farming and free-range animal husbandry. The research subject is the development of technical means of using renewable energy sources for organization and facilitation of intellectual grassland farming. The authors emphasize the importance of restoration of degraded soils, deserts and semi deserts, and creation of favourable economic background for animal breeding, monitoring, water supply and other infrastructure based on renewable energy sources. The authors analyze the current state of grassland farming and the factors influencing the productivity of grama grass and study the methods and approaches to the improvement of thermal characteristics of soil, the criteria influencing the technical and economic effectiveness of using digital intellectual systems in grassland farming. The scientific novelty of the research consists in theoretical substantiation of the key elements of digital intellectual system, their characteristics and functions, which would help to improve energy security of grassland farming. A biotechnological complex for intellectual grassland farming which includes antigravitational heat pipes used for soil temperature reduction for it to be suitable for feed crops, monitoring system, water supply system and other infrastructure on the base of renewable energy sources, can be effectively used for the development of deserts and semi deserts for intellectual grassland farming.   


Keywords:

pasture livestock farming, soil improvement, desert development, digital pasture infrastructure, land degradation, natural forage lands, constant temperature belt, renewable energy sources, ecological framework, agriculture

Введение. Пастбищное животноводство, как показывает мировая практика и опыт поколений, одно из самых рентабельных областей в производстве животноводческой продукции, так как затраты на ее производство на 40—50% меньше чем при стойловом содержании [1, с.18-29].

Практическую осуществимость восстановления пастбищного животноводства подтверждает современная сельскохозяйственная практика. Этот вид хозяйствования продолжает давать 70% мирового производства мяса, шерсти и шкур. Аборигенное животноводство эффективно используется в современном Китае и Монголии, в наиболее устойчивых животноводческих предприятиях юга России.

Производительность пастбищ, полей и кормовых культур сильно зависит от климатических условий. Постепенное сокращение летних осадков и увеличение потепления в вегетационный период может вызвать снижение производительности пастбищ и увеличение голых земель. Рамочная Конвенции ООН об изменении климата (UNFCCC 2007) прогнозирует, что будет снижаться продуктивность пастбищных угодий в полузасушливых и засушливых районах Азии до 40—90% при увеличении температуры на 3°С в сочетании с сокращением летних осадков [2, с.3-16].

Неоправданное изменение специализации животноводческой отрасли, замена пастбищной технологии сезонного использования сельскохозяйственных угодий стационарной, увеличение масштабов земледелия, регулярного орошения, перегрузка пастбищ во многих странах привели к потере устойчивой среды обитания. В результате нерационального землепользования пастбищные угодья деградировали, значительно потеряв биологическую и экономическую продуктивность [3, с.28-34]. 70% засушливых земель в мире или около 3,6 млрд га подвержены процессу деградации. Глобальной проблемой стало возникновение антропогенных пустынь.

Вышеизложенные проблемы заставляют многие страны мира, включая Россию, стремиться предпринимать адекватные действия в области устойчивого землепользования, используя как новые, так и традиционные природосберегающие технологии [2, с.3-16].

Цель работы: создание благоприятных условий для пастбищного животноводства в пустынях и полупустынях путем комплексного окультуривания с использованием возобновляемых источников энергии.

Задачей является разработка биотехнологического комплекса для интеллектуального пастбищного животноводства, включающего окультуривание деградировавших земель, пустынь, полупустынь, создание благоприятного экологического каркаса для разведения сельскохозяйственных животных, системы мониторинга, водоснабжения и прочей инфраструктуры на базе возобновляемых источников энергии.

Новизна исследования заключается в теоретическом обосновании основных элементов цифровой интеллектуальной системы, их характеристик и функций, которые позволят реализовать задачу по повышению энергообеспеченности пастбищного животноводства.

Материалы и методы. В различных почвенно-климатических (природных) зонах и высотных поясах основой питания выпасающихся животных являются естественные кормовые угодья, распределенные неравномерно. Уровень продуктивности пастбищной растительности определяется условиями увлажнения и теплообеспеченностью растительных сообществ. Благоприятные условия для продукционного процесса растений: фотосинтеза, дыхания, транспирации, роста, а также увлажнения и аэрации почвы создаются благодаря пропорциональности тепла и влаги. В других природных зонах отмечается диспропорция между величиной радиационного баланса и увлажнением, вызываемая как нарастающим избытком к северу, так и увеличивающимся недостатком увлажнения (осадки) к югу от зоны широколиственных и мелколиственных лесов [3, с.28-34]. Так под воздействием солнечной радиации в пустынях почва на глубине до 0,5 м, где размещается корневая система растений, прогревается до 70-80 оС, корни растений слабо приживаются даже при интенсивном орошении, т.к. влага быстро испаряется. В ночное время воздух над поверхностью земли охлаждается до —10 ºС.

Вопросами улучшения теплового режима почвы в России много занимались А. И. Воейков и Г. А. Любославский. По мнению А. И. Воейкова орошение пустынь и сухих степей должно серьезно понизить температуры почвы и воздуха, уменьшить их амплитуду, повысить влажность почвы и воздуха. Регулирование климата почвы в теплое время года имеет целью создать благоприятные условия для роста, развития и урожая культурных растений. Осуществляется это рядом агротехнических мероприятий: изменением растительного покрова, обработкой почвы, мульчированием, поливом, созданием защит из растений, осушением и др. [4, с.29-38].

Степень нагревания почвы зависит от ее теплоемкости, теплопроводности, а верхнего слоя - и от излучения. Сухие почвы быстрее нагреваются, затем быстро охлаждаются. На распределение температуры также влияет ориентировка склонов по отношению к странам горизонта, крутизна и экспозиция склонов [5].

Пояс постоянной температуры - уровень Земли, температура которого равна среднегодовой температуре данной местности. Глубина расположения пояса постоянных температур в различных районах колеблется от первых метров до 20-30 м. [6, с.50-52]. Глубина проникновения годового хода температуры почвы составляет в южных широтах — примерно 10 м. Ниже этих глубин лежит слой постоянной годовой температуры, где не только суточные, но и годовые колебания температуры не наблюдаются [7]. Среднегодовая температура у поверхности земли в пустынях варьируется в пределах 13—20 оС [8]. Выше пояса постоянных температур располагается зона сезонного изменения грунта. В таблице приведены температуры грунта на глубинах 0,05, 0,8, 1,2 и 1,6 м в разные месяцы в различных аридных регионах.

Таблица 1

Среднемесячные температуры грунта на различных глубинах

Географические точки

Глубина, м

Март

Апрель

Май

Июнь

Июль

Август

Сент

Окт

Ашхабад

0,05

27

39

52

61

64

62

53

39

0,8

10,9

15,5

21,2

26

29,3

29,4

26,7

21,8

1,2

11,4

14,6

19,1

23,5

26,8

27,8

26,2

22,7

1,6

12,2

14,1

17,5

21,3

24,3

25,9

25,3

23

Самарканд

0,05

22

35

48

59

62

59

51

37

0,8

7,9

12,1

17,6

22,4

25,8

26,2

23,5

18,4

1,2

8,1

11,2

15,5

20,1

23,4

24,5

23,1

19,2

1,6

8,6

10,8

14,4

18,2

21,2

22,6

22,0

19,5

Кассим, Саудовская Арабия

0,05

38,1

48,5

62,4

66,3

72,0

71,2

63,0

50,4

0,5

22,7

26,2

33,0

36,3

36,0

38,0

34,0

32,1

1,0

23,1

25,6

30,9

33,5

34,7

35,0

32,1

31,5

1,5

21,6

25,2

27,4

28,2

29,0

31,2

30,8

32,0

Результаты и обсуждение. Для поддержания комфортных температур плодородных горизонтов 0,2-0,5м в пределах 25⁰С предлагается использовать естественную температуру нижних горизонтов грунта с использованием термосифонов и антигравитационных тепловых труб (АГТС) или контурные тепловые трубы (КТТ).

Контурные тепловые трубы (КТТ) - это теплопередающие устройства, работающие по закрытому испарительно-конденсационному циклу и использующие капиллярные силы для транспортировки теплоносителя. Данные устройства нашли успешное применение в системах терморегулирования космических аппаратов [9].

Принцип действия антигравитационной тепловой трубы (АГТС) основан на использовании капиллярных сил. В испарителе находящийся в контуре легкокипящий хладагент, вскипая, отнимает тепло от верхнего прогретого солнечной радиацией слоя почвы. Под воздействием возникающей при этом разности давлений пар направляется от испарителя вниз к конденсатору, где он конденсируется, отдавая скрытую теплоту парообразования нижнему горизонту грунта с температурой, равной среднегодовой температуре воздуха [10]. Для большинства полевых сельскохозяйственных культур оптимальная температура днем составляет 25°С, ночью — 16-18°С. Далее под воздействием капиллярных сил хладагент по капиллярам в виде канавок, расположенных вдоль внутренних стенок антигравитационной тепловой трубы, поднимается наверх в испаритель, где повторяется цикл теплообмена между верхним и нижним слоями грунта. Хладагент подбирается таким образом, чтобы температура кипения равнялась температуре верхнего нагретого солнечной радиацией слоя грунта.

При содержании сельскохозяйственных животных на пастбищах определяются следующее основные задачи:

- Водоснабжение, обводнение и орошение территорий;

- Мониторинг параметров окружающий среды, оценка кормовых запасов, в том числе видеомониторинг от преступных посягательств в реальном режиме времени;

- Аккумулирование водных ресурсов, поддержание экологического каркаса;

- Охрана и мониторинг здоровья животных. Снижение вредного влияния резких колебаний погоды;

- Инфраструктура и связь;

- Организация социально-бытовых условий для персонала;

- Передача данных в автоматическом режиме на центральные посты связи.

Несмотря на то, что пастбищное животноводство в условиях российских реалий является экономически выгодным, в настоящее время отсутствует единый подход к формированию системы технического оснащения в системе инфраструктуры пастбищного и отгонного животноводства, а также не определен порядок и методический принципы проведения технических экспертиз по выбору и оценке технических средств, предлагаемых для оснащения инфраструктуры.

Для обоснования требований к техническим средствам (ТС) необходимо провести анализ всей системы пастбищного и отгонного животноводства, ее структуры, показателей, принципов функционирования.

Комплектация ТС, необходимые для оснащения интеллектуальных пастбищ отгонного животноводства проводится по модульному принципу, т. е. создается мобильный комплекс ТС.

Предлагаемый состав комплекса:

• энергетический модуль (многоустановочные ветроэнергетические ус-тановки с вихревым ускорителем).

• модуль связи;

• система для обеспечения водой и водоотвод;

• модуль оценки кормовых запасов;

• блок мониторинга

• система АГТС для регулировки температуры почвы

Выводы. Опустынивание, деградация земель, а также постоянный рост населения и возникающие в связи с этим потребности в продовольствии предусматривают поиск новых природосберегающих технологий в области окультуривания почв и восстановления пустынь для создания пастбищ.

Биотехнологический комплекс для интеллектуального пастбищного животноводства, включающий создание благоприятного экологического каркаса для разведения сельскохозяйственных животных (в частности использование антигравитационных тепловых труб для понижения температуры почвы до благоприятной для роста кормовых культур), системы мониторинга, водоснабжения и прочей инфраструктуры на базе возобновляемых источников энергии может быть эффективно применен для освоения пустынь и полупустынь для интеллектуального пастбищного животноводства.

Библиография
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
References
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

Результаты процедуры рецензирования статьи

В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.

Предмет исследования – обоснование условий для пастбищного животноводства в пустынях и полупустынях путём комплексного окультуривания территории с применением возобновляемых источников энергии.

Методология исследования основана на сочетании теоретического и проектного подходов с применением методов анализа, моделирования, проектирования, обобщения, сравнения, синтеза.

Актуальность исследования обусловлена важностью экологического восстановления и устойчивого использования аридных территорий (в том числе в целях разведения скота, выращивания кормов) и, соответственно, необходимостью изучения и проектирования условий для пастбищного животноводства в пустынях и полупустынях путём комплексного окультуривания территории с применением возобновляемых источников энергии.

Научная новизна автором в явном виде не выделена и, по-видимому, связана с обоснованием выводов о том, что деградация земель предусматривает поиск новых природосберегающих технологий в области окультуривания почв и восстановления пустынь, в том числе для создания пастбищ. Биотехнологический комплекс, включающий создание благоприятного экологического каркаса для разведения сельскохозяйственных животных на основе использования антигравитационных тепловых труб (для понижения температуры почвы до благоприятной для роста кормовых культур), систему мониторинга, водоснабжения и пр. на базе возобновляемых источников энергии, может быть эффективно применён для пастбищного животноводства в зоне пустынь и полупустынь.

Стиль изложения научный. Статья написана русским литературным языком.

Структура рукописи включает следующие разделы: введение (рентабельность пастбищного животноводства, восстановление пастбищного животноводства
Ссылка на эту статью

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи


Другие сайты издательства:
Официальный сайт издательства NotaBene / Aurora Group s.r.o.