МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ

УО «БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

РУП «ИНСТИТУТ МЕЛИОРАЦИИ НАН БЕЛАРУСИ»

МЕЛИОРАЦИЯ И ВОДНОЕ

ХОЗЯЙСТВО XXI ВЕКА.

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

посвященной 170-летию Белорусской государственной

сельскохозяйственной академии

(г. Горки, 3 – 4 июня 2010 г.)

ЧАСТЬ 1

МЕЛИОРАЦИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ НАРУШЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕЛИОРИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Горки 2010

УДК 631.6 : [001 + 37] (063)

ББК 40.6 я 431

М 47

Рецензенты: профессор, д-р техн. наук, чл.-кор. НАН РБ ЛИХАЦЕВИЧ А.П. (БелНИИМиЛ); профессор, д-р с.-х. наук МАЖАЙСКИЙ Ю.А. (Мещерский филиал ВНИИГиМ); профессора, д-ра с.х. наук МЕЕРОВСКИЙ А.С., ТИВО П.Ф., РУСЕЦКИЙ А.П. (РУП «Институт мелиорации»); к.с.н. ТУРКО С.А. генеральный директор (РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»).

Компьютерный набор и верстку выполнила И. М. Нестерова.

Напечатано с компьютерных оригиналов (дискет, дисков), представленных авторами докладов, которые несут ответственность за возможные неточности в тексте.

М 47 Мелиорация и водное хозяйство XXI века. Наука и образование: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 170-летию Белорусской государственной сельскохозяйственной академии / Коллектив авторов. – Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2010. 342 с.

ISBN 985-467-119-4

Представлены материалы по социально-экономическим проблемам мелиорации и водного хозяйства, эксплуатации мелиоративных и водохозяйственных систем, развитию и внедрению новых энерго-и ресурсосберегающих технологий, машин и механизмов в мелиорации и водном хозяйстве, экологии мелиорируемых земель и использованию водных ресурсов.

УДК

УДК 631.6 : [001 + 37] (063)

ББК 40.6 я 431

М 47

© Коллектив авторов, 2010

© Учреждение образования

“Белорусская государственная

ISBN 985-467-119-4 сельскохозяйственная академия”, 2010

Секция 1. МЕЛИОРАЦИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ

НАРУШЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ.

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

МЕЛИОРИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ

УДК 551.491.5

УЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОЙ АНИЗОТРОПИИ

В ФИЛЬТРАЦИОННЫХ РАСЧЕТАХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ДРЕН И НЕСОВЕРШЕННЫХ СКВАЖИН

В.Ф. Жабин, кандидат геолого-минералогических наук, доцент

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет

природообустройства», г. Москва, Россия

Н.П. Карпенко, доктор технических наук, доцент

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт

гидротехники и мелиорации

им. А.Н.Костякова Россельхозакадемии, г. Москва, Россия

Предложена методика учета вертикальной анизотропии в фильтрационных расчетах горизонтальных дрен и интерпретации опытных откачек из несовершенных скважин. Отмечено, что особое значение анизотропия приобретает при оценках работы несовершенных дрен и скважин, когда оценивается мощность активной зоны их действия.

The technique of the account of vertical anisotropy in filtrational calculations of horizontal absorbing wells and interpretation of experimental evacuations from incomplete driven wells is offered. It is noted, that anisotropy gains special value at assessments of works of incomplete absorbing wells and driven wells when power of a reacting region of their act is sized up.

Введение. Урбанизация, хозяйственное использование территорий и отсутствие гидрогеологического мониторинга остро ставят проблему соблюдения требований охраны окружающей среды и разработки защитных мероприятий по предотвращению негативных процессов освоения земель на стадии проектирования. В этих условиях прогноз, связанный с оценкой режима грунтовых вод в перспективе, параметров дренажа и его эффективности становится одним из главных элементов проектирования, основанного на результатах гидрогеологических исследований. Особое внимание здесь должно уделяться изучению неоднородности отложений, выраженной в изменении основного их свойства, в данном случае, водопроницаемости.

Отложения взвесенесущих потоков, объединенных в группу флювиальных (аллювиальные, морские, пролювиальные, озерные и водно-ледниковые), а также их сочетания занимают ведущее место в качестве элементов природной среды инженерных сооружений и систем. Установлено, что в обычных условиях формирования флювиальных отложений образуются слои с выраженной вертикальной микронеоднородностью, обусловленной размером частиц, их формой, упаковкой и ориентировкой [5]. Эта особенность петрогенеза находит отражение в различии водопроницаемости слоя горных пород в зависимости от направления фильтрации-анизотропии. Важность наблюдаемой при бурении скважин неоднородности (макро) неоднократно подчеркивается многими исследователями, однако в задачах подпора грунтовых вод и дренирования, серьезного внимания требует и внутрислоевая неоднородность, редко определяемая визуально (открытые горные выработки и естественные обнажения).

Рассмотренное свойство упомянутых отложений, является носителем фильтрационной анизотропии, методы оценки и учета которой в расчетах разработаны недостаточно полно. Ранее нами освещались вопросы учета анизотропии в гидрогеологических расчетах [2, 4, 5]. Недооценка её влияния, точнее, неправомерное допущение изотропности природных сред при математическом описании процессов инфильтрационного подпора и дренирования, приводит к занижению функции напора в характерных сечениях фильтрационных потоков или к ошибочным расчетам дренажа, поэтому при решении задач гидрогеологического прогнозирования эти характеристики являются определяющими.

Методы исследований. Переход от слоисто-неоднородной среды к анизотропной осуществляется при допущении (Пашковский И.С.). Если учесть, что мощность элементарного слоя (mi) измеряется долями метра, то легко убедиться в почти априорном соблюдении данного условия.

Рассмотрим некоторые стороны методов расчета горизонтального дренажа в анизотропной среде, схема которой представлена на рис. 1.

Рис – 1 Симметричный поток к несовершенной дрене

В общем случае движения симметричного двухстороннего инфильтрационного потока, длиной , для любой точки профиля от водораздела до дрены, справедливо считать [2]:

(1)

При 3 ,

Tх = 0,5kx(ml + md), m1 = md+H

Посредине между дренами при имеем:

(2)

При , (3)

где: m,d - мощность водоносного горизонта под дреной.

(4)

Значения функций () и () приведены в работе [2]. Исследование характера изменения приведенных специальных функций показывает линейный подъем уровня грунтовых вод в начальный период инфильтрации, поэтому влияние дрены не сказывается. Затем скорость повышения поверхности грунтовых вод снижается по мере усиления дренирования. При = 1 величина инфильтрационного подпора достигает 0,9 от максимума. Дренажный расход также увеличивается во времени. Эффективность естественных дрен, время ввода искусственного дренажа и его расход ориентировочно можно оценить, используя приведенные зависимости и допустимую величину подъема уровня грунтовых вод.

Отдельно следует остановиться здесь на параметре , характеризующем дополнительное фильтрационное сопротивление на границе потока грунтовых вод. Этот параметр отражает несовершенство дрены (скважины) по отношению к дренируемому водоносному пласту. Принято выделять два вида несовершенства:

• по степени вскрытия пласта, соответствующей положению дрены (скважины) относительно его вертикальных границ и фильтрационной неоднородности или анизотропии;
• по характеру вскрытия, зависящего от заиления стенок горной выработки, применяемых материалов и технологии строительства. Несовершенство второго вида иногда называют «скин-эффектом».

Величину сопротивления принято выражать в метрах эквивалентной дополнительной длины потока, полученной расчетным путем или графическим построением (виртуальным смещением реальной границы). Аналитические способы определения сопротивления горизонтальных дрен приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Расчетные формулы для определения сопротивления

горизонтальных дрен

Расчетная схема	Строение пласта	Расчетная формула
Водоем или водоток шириной 2br с изм.	Однородно-анизотропный Двухслойный	(5) (5а)
Горизонтальная дрена	Однородно-анизотропный	(6)
Водоток, водоем, ограниченной ширины	Двухслойный	(7)
Систематический горизонтальный дренаж	Двухслойный, анизотропный	(8)
Систематический горизонтальный дренаж*	Трехслойный	(9)
Комбинированный дренаж*	Трехслойный, двухслойный	(10)
Береговая дрена (по С.Ф. Аверьянову, с изменениями)	Однородно-анизотропный	(11)

В формуле (11) возможна замена Lnd на L., перед md добавляется множитель, учитывающий фильтрационную анизотропию, по аналогии с зависимостью (6), а значение синуса можно заменить значением его аргумента. Данные таблицы 1 показывают, что практически все дренирующие границы потоков грунтовых вод имеют дополнительное фильтрационное сопротивление, которое необходимо учитывать заменой действительной координаты (х) на расчетную координату Х = х + ().

Заметим, что в формулы (5) и (7) входит половина ширины естественной дрены, которая может быть определена, как и , соответственно, для однородно-анизотропного и двухслойного строения ложа водоема или водотока.

Единичный установившийся расход (удельная величина естественных ресурсов в условиях естественной дренированности) оценивается, как:

. (12)

Однако, расход воды, поступающий в дрену, распределяется в зависимости от ее несовершенства и условий формирования потока грунтовых вод. Так единичный расход инфильтрационного потока грунтовых вод в реке, следуя рекомендациям С.Ф. Аверьянова, определим, как:

qr = q0, , (13)

что при = L, (хd = 0) дает и qr 0,67q0.

При этом на урезе разгружается qro= 0,33q0. Иными словами, независимо от величины сопротивления, на урезе водотока (водоема) разгружается около 1/3 расхода потока грунтовых вод, идущего с водораздела. Близкий по значению результат получается, если использовать решение В.М Шестакова с заменой х на Х. В этом случае, расход грунтовых вод в каждом сечении под рекой будет равен:

, (14)

а на урезе х = 0 и qro = q0 e-1 0,368q0.

Тот же результат получается при решении дифференциального уравнения вида:

(15)

Тогда

(16)

Определим ширину зоны разгрузки, считая от уреза. При х = 2L, qr = 0,05q0, то есть на этом расстоянии от уреза поток грунтовых вод разгрузится только на 95%. При меньшей ширине реки, «проскок» потока грунтовых вод под рекой будет больше, поэтому это необходимо учитывать при размещении головных дрен. Аналогичные оценки выполним на основе решения (3) для систематического дренажа. В этом случае, в дрену поступит половина единичного притока:

(17)

глее: , -уклон потока грунтовых вод.

Если дрена является совершенной, то , формула (17) обращается в аналог формулы Кене:

(18)

При расчете междренных расстояний в анизотропных средах необходимо определять мощность «активной зоны», в которой проходит основной фильтрационный поток под дреной.

При L/m 2,55 имеем [1]:

, . (19)

Прямое определение На по формуле (19) весьма затруднительно, так как искомая функция содержится в аргументах. Расчет можно упростить, если подбором найти редукционные коэффициенты (1, 2) <1, используя тождества:

Для однородной среды

(20)

,

,

для двухслойной ; (20а)

, , ,

.

Для нестационарного потока в пространстве между дренами существенную роль при аналогичных оценках играет фактор времени. Кроме того, надо корректировать величину инфильтрационного питания, если норма осушения меньше «критической» глубины испарения грунтовых вод [5].

В таблице 2 приведены для сравнения результаты расчета междренных расстояний (L) в зависимости от типа среды и фильтрационной схемы.

Таблица 2 – Результаты расчета междренных расстояний в зависимости от типа природной среды

Однослойная изотропная среда	md, м	Н, м	d, м	к, L	к, L	к, L	, м/сут
	10	1,5	1,57	0,03 54	0,3 224	3 771	4·10-4
Однослойная анизотропная среда	mdа,	Н	d	кz	кх	L
	7,3 = 0,73	1,5	1,57	0,03	3	542	4·10-4
Двухслойная Изотропная среда	md2,md1	Н	d	к1	к2	L
	8 4	1,43	1,57	0,03	12	111	4·10-4
Двухслойная анизотропная среда	mа2,md1	Н	d	к1z, к1х	к2h	L
	3,9 4 = 0,49	1,43	1,57	0,3 3	12	510	4·10-4

Расчет междренных расстояний выполнен по формулам С.Ф. Аверьянова и В.М. Шестакова, преобразованным нами [5] для анизотропных сред. В таблице 2 показано влияние анизотропии на величину расстояния между дренами и мощность активной зоны, несмотря на формальное равенство отдельных значений коэффициентов фильтрации (м/сутки). Отметим, что для однородно-изотропной среды К = 0,3 м/сут соответствует среднегеометрическому из двух остальных величин (3,0 и 0,03). Дополнительный анализ показал, что междренное расстояние практически не зависит от общей мощности анизотропного слоя, если она больше активной зоны.

Приведенные результаты показывают необходимость выбора гидрогеологических характеристик для расчета параметров дренажа на основе литолого-генетических и фильтрационных критериев. Это, в свою очередь, требует целенаправленного (не формального) подхода при постановке, проведении и интерпретации опытно-фильтрационных работ (ОФР) или режимных наблюдений (ОФН). Методы фильтрационного опробования анизотропных природных водонасыщенных сред и зоны аэрации при изысканиях доступно изложены в существующих литературных источниках, включая научные разработки и пособия [3, 5, 6].

Подчеркнем важность определения горизонтальной водопроницаемости покровного слоя двухслойного пласт по данным экспресс-откачек из скважин, не оборудованных фильтрами. Вместе с тем, можно использовать данные наблюдений за снижением динамического уровня в скважинах покровного слоя при откачке из нижнего, хорошо проницаемого слоя. При постоянном дебите откачки, водопроводимость покровного слоя (Тх) приближенно определяется в период квазистационарного режима по формуле Дюпюи для двух наблюдательных скважин, расположенных в покровном слое.

В практике проектно-изыскательских работ используется только вертикальная составляющая водопроницаемости этого слоя, что приводит к неоправданному занижению параметров дренажа и искусственному завышению его стоимости. Очевидной является роль идентификации расчетной схемы дренажа и геологических условий, которая способствует достижению оптимальной стоимости и функциональной эффективности проектируемых мероприятий. Учет «активной зоны» при проектировании работы несовершенных скважин вертикального дренажа рекомендуется проводить с учетом рекомендаций [2].

В анизотропном водоносном слое, согласно исследованиям Ю.О.Зеегофера, имеем:

при r 0,25 (21)

Имея данные двух наблюдательных скважин, можно найти фильтрационные характеристики, а по результатам 2-3 ступеней откачки уточнить зависи­мость величины активной зоны от понижения. Наиболее полно определение гидрогеологических параметров в разнообраз­ных условиях представлено В.А. Мироненко и В.М.Шестаковым [6]. Ориентировочную оценку фильтрационных характеристик по результатам кустовой откачки можно выполнить при стабилизации режима опыта, кото­рый наступает довольно быстро, особенно, в анизотропной среде, когда расстояния до наблюдательных скважин составляют:

r На, (22)

где: - фактор стабилизации, Та - обобщенная водопроводимость активной зоны.

В однородно-анизотропном слое = 3, трещинно-пористой анизотропной среде этот параметр уменьшается до 1,5. Зависимости Q S могут иметь различную форму, которая в общем случае, определяется вкладами нелинейности фильтрации, гидравлическими потерями в водоподъемных трубах, скинэффектом и ростом активной водопроводимости [6]. Коэффициент вертикальной водопроницаемости находится по формуле (22), а расчетная мощность по вертикали вычисляется путем раскрытия фактора стабилизации.

Заключение. Предложенная методика учета вертикальной анизотропии в фильтрационных расчетах горизонтальных дрен и интерпретации опытных откачек наиболее полно идентифицирует природную среду при решении гидрогеологических задач, связанных с осушением территорий и оценкой эксплуатационных запасов подземных вод. При выполнении проектов дренажа необходим регламент планирования изысканий с целью обоснования расчетных схем по литогенетическим и фильтрационным признакам, а также изменение технологии расчетов параметров систематического горизонтального дренажа и оценки работы несовершенных скважин.

Библиографический список

1. Аверьянов С.Ф. Борьба с засолением орошаемых земель. - М.: Колос, 1978, 288 с.

2. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений. - М.: Стройиздат, 1948, 226 с.

3. Богомолов Ю.Г., Жабин В.Ф., Хачатурьян В.Х. Изменение гидрогеологических условий под влиянием мелиорации. - М.: Наука, 1979, 162 с.

4. Лютин Дж. Дренаж сельскохозяйственных земель. Пер. с англ. под ред. С.Ф.Аверьянова. – М.: Колос, 1964, 720 с.

5. Манукьян Д.А., Жабин В.Ф. Гидрогеоэкологические проблемы в задачах природообустройства. - М.: МГУП, 2006, 194 с.

6. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Теория и методы интерпретации опытно-фильтрационных работ. - М.: Недра, 1978, 325 с.

УДК 631.6:626/627

ЭКОЛОГОМЕЛИОРАТИВНЫЙ мониторинг

В ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ

Н.П. Карпенко, доктор технических наук, доцент

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт

гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костякова, г. Москва, Россия

Д.А. Манукьян, доктор технических наук, профессор

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет

природообустройства», г. Москва, Россия

Сформулированы основные положения и структура экологомелиоративного мониторинга мелиорируемых агроландшафтов. Отмечено, что только на основе экологомелиоративного мониторинга и аудирования можно сформировать информационную базу и дать объективную оценку экологической безопасностью функционирования мелиоративных систем. Реализация основных положений по размещению наблюдательной сети экологомелиоративного мониторинга и разработка системы контролируемых показателей выполнялась для агроландшафтов Смоленской области.

Substantive provisions and structure of environmental-melioration monitoring of ameliorated agrolandscapes are formulated. It is noted, that only on the basis of environmental-melioration monitoring and audition it is possible to generate the informational baseline and to state an objective estimation an ecological security of functioning of meliorative systems. Implementation of substantive provisions on disposition of an observant web of environmental-melioration monitoring and system engineering of controllable indexes was fulfilled for agrolandscapes of Smolensk area.

Проведение моделирования развития природно-мелиоративных процессов на мелиоративных системах невозможно без обеспечения достоверных данных по оценке состояния сложных техноприродных систем. Объективная оценка требует наличия информационной базы по системе показателей, проводимой в рамках экологомелиоративного мониторинга, под которым понимается система непрерывных (или дискретных) наблюдений за основными показателями природной и технической подсистем, их оценка о текущем состоянии и прогноз для своевременного предупреждения негативных последствий [3].

Структура экологомелиоративного мониторинга мелиорируемых земель подразумевает рассмотрение трех основных блоков: наблюдений, оценки и прогнозов. В блоке наблюдений основная задача связана с определением комплекса ключевых контролируемых показателей – единичных, комплексных и интегральных и разработкой методов их наблюдений и контроля. Объектами экологомелиоративного мониторинга являются природная и инженерная подсистемы. Перечень контролируемых в процессе мониторинга показателей состояния агроландшафтов включает показатели, характеризующие состояние природного блока и инженерного блока.

Природный блок. Для характеристики рельефа используются показатели состояния поверхности: выровненность, степень каменистости, закочкаренности и закустаренности; степень пораженности инженерно-геологическими процессами, сроки и продолжительность затопления талыми, паводковыми и дождевыми водами; интенсивность водной и ветровой эрозии.

Основные показатели, характеризующие свойства и строение почвенного профиля, включают: мощность генетических горизонтов; удельную и объемную массу; гранулометрический и микроагрегатный состав; плотность; максимальную гигроскопичность; влажность; наименьшую (предельную полевую) влагоемкость; общую пористость и пористость зоны аэрации; содержание и запасы гумуса; состав и содержание солей; кислотность и щелочность почв; содержание подвижных форм фосфатов и калия; валовое содержание азота, фосфора, калия, серы; гидролизуемый азот и др.

Приоритетными показателями, которые характеризуют состояние мелиорируемых почв, являются: кислотность (на осушаемых землях) и щелочность (на орошаемых землях); засоленность и солонцеватость (на орошаемых землях в слое 0 - 100 см); плотность и структура пахотного и подпахотного слоя; содержание гумуса в пахотном слое; мощность пахотного слоя (на осушаемых землях).

Показатели, характеризующие породы зоны аэрации, включают: мощность пород, их геофильтрационное строение и литологический состав. Показатели, характеризующие качество поверхностных вод включают: минерализацию и ионный состав, содержание загрязнителей (патогенные микроорганизмы, фенолы и производные нефти, тяжелые металлы, пестициды и радионуклиды).

Для характеристики режима и качества подземных вод используются показатели: уровень подземных вод; минерализация и ионный состав; рН; содержание загрязнителей.

Инженерный блок. В рамках инженерного блока проводится контроль за объектами инженерной подсистемы, которую формируют непосредственно инженерные сооружения мелиоративных систем и их элементы, водоисточники и водоприемники. К основным объектам инженерной подсистемы на мелиорируемых агроландшафтах относят водозаборные и водопропускные сооружения гидромелиоративных систем, сооружения подводящей сети, водоисточники, водоприемники и коллекторно-дренажную сеть. Наблюдения за объектами инженерной подсистемы направлены на определение качественных и количественных характеристик оросительных, коллекторно-дренажных вод, параметров и характеристик элементов инженерных сооружений.

Перечень основных показателей, характеризующих состояние инженерного блока экологомелиоративного мониторинга, включает: режим и расход воды в водозаборных и водопропускных сооружениях и каналах, мутность воды в каналах; степень и объем заиления водозабора; интенсивность заиления чаши водохранилищ; температурная стратификация воды; температурно-влажностный режим и глубина промерзания грунтов тела плотин; фильтрационные потери из каналов; содержание наносов в оросительной сети; площадь земель с дренажной сетью (в том числе с закрытой); глубина заложения дренажа; протяженность каналов; модуль дренажного стока; количество, глубина и режим работы скважин вертикального дренажа; тип насосного оборудования и т.д.

Наблюдения за объектами инженерной подсистемы направлены на определение качественных и количественных характеристик оросительных, коллекторно-дренажных вод и параметров и характеристик элементов инженерных сооружений. Перечень контролируемых показателей по оценке качества воды, используемой для орошения, включает: температуру; рН; удельную электропроводность; сумму растворенных веществ; состав и сумму катионов и анионов; состав и содержание микроэлементов, патогенных микроорганизмов, взвешенных веществ; колииндекс; численность гельминтов; БПК5; содержание пестицидов, фенолов, производных нефти, тяжелых металлов и радиоактивных веществ; показатели агрессивности воды и т.д.

При определении направленности развития деградационных процессов на мелиорируемых агроландшафтах рекомендуются использовать комплексные экологически значимые показатели, включающие процент загрязненной основной сельскохозяйственной продукции; степень пораженности водной и ветровой эрозией, инженерно-геологическими процессами, увеличение содержания легкорастворимых солей и доли обменного натрия, превышение ПДК загрязнителей; коэффициент мелиоративной нагруженности сельскохозяйственных угодий, состав и содержание загрязнителей в источниках, используемых для орошения

В блоке оценки мелиоративного и экологического состояния агроландшафта выполняется на основе данных мониторинга за состоянием отдельных компонентов агроландшафтов. Оценку мелиоративного и экологического состояния мелиорируемых агроландшафтов рекомендуется проводить как по отдельным показателям природных компонентов (состояние поверхности, почвы, породы зоны аэрации, поверхностные воды, грунтовые воды), так и по показателям природно-антропогенных элементов (оросительные и дренажные воды и инженерные сооружения).

Комплексная оценка мелиоративного состояния агроландшафтов выполняется с учетом всего набора показателей состояния природных компонентов и объектов инженерной подсистемы.

Прогнозный блок, выполняемый в рамках эколого-мелиоративного мониторинга, позволяет оценить траекторию развития и динамику отдельного природно-мелиоративного процесса или всей системы в целом. Цель прогнозов - предсказание возможных негативных последствий мелиоративной деятельности. Прогнозной оценке подлежат: состояние отдельных компонентов природной среды, включая почвы, породы зоны аэрации, рельеф, поверхностные и подземные воды, биота и др.; мелиоративные режимы почв; гидрохимические, гидродинамические и геомиграционные процессы; негативные процессы и т.д.

Основными методами прогнозирования являются балансовые методы и методы натурных аналогий, вариационно-статистические и методы математического моделирования (аналитические, численно-аналитические и численные). При выборе моделей прогнозирования следует учитывать уровень разрешающей способности: на детальном уровне рекомендуется использовать одномерные модели, на локальном - одномерные и двумерные, на региональном - двумерные и пространственные модели. Результаты природно-мелиоративных прогнозов служат основой для выделения площадей мелиорируемых земель, на которых выявлена тенденция ухудшения состояния почв и их загрязнения, снижения качества дренажных и сбросных вод, загрязнения поверхностных и подземных вод, подъема уровня грунтовых вод и т.д.

Завершающим этапом мониторинга является экологомелиоративное аудирование, которое, является эффективным аппаратом для оценки соответствия функционирования системы существующим нормативным документам. Оценку и диагностику эколого-мелиоративного состояния и инженерной подсистемы рекомендуется проводить в пределах внутреннего (ведомственного) аудита, а оценку биотической составляющей - в рамках внешнего аудита [2].

Для анализа и оценки функционирования мелиоративной системы необходима система показателей (единичных, комплексных и интегральных) и их экологически допустимые значения. Формирование базы этих данных для основных природных зон рекомендуется выполнять на основе следующей системы показателей природного блока (табл. 1).

Таблица 1 – Экологически допустимые значения единичных, комплексных и интегральных показателей при оценке функционирования оросительных мелиоративных систем

Экологически допустимые величины		Ландшафтно-географическая зона
		Лесостепная зона	Степная зона	Сухостепная зона	Полупустынная и пустынная зона
Единичные показатели	Влажность, доли наименьшей влагоемкости	0,65 – 0,75	0,70 – 0,75	0,75-0,85	0,80 – 0,90
	Содержание гумуса, %	2-3	5-7	3-4	2 – 3
	Степень засоления, %	0,1-0,3	0,1-0,3	0,2-0,3	0,3 – 0,4
	Уровень грунтовых вод, м	4-5	5-7	3-5	3 – 4
	Инфильтрационное питание, % от оросительной нормы	8-10	8-12	15-20	15-20
Комплексные показатели	Отношение дренаж-ного стока к питанию грунтовых вод	0,68-0,95	0,73-0,93	0,85-0,91	0,80 – 0,87
	Коэффициент мелиоративной нагруженности	< 0,3	0,3-0,5	0,4-0,6	0,6 – 0,8
Интегральные показатели	Отношение величины питания грунтовых вод к естественной дренированности	0,20-0,25	0,15-0,20	0,25-0,30	0,30 – 0,35
	Отношение площади экологического поражения к общей площади	0,10-0,15	0,10-0,15	0,75-0,85	0,20

Реализация основных положений по размещению наблюдательной сети экологомелиоративного мониторинга и разработка системы контролируемых показателей выполнялась для агроландшафтов Смоленской области [4]. Мелиоративное состояние земель в Смоленской области в последнее время характеризуется значительным экологическим ухудшением, которое связано с влиянием различных источников загрязнения на природную среду (выбросы в атмосферу и сброс в водные системы различных загрязнений и промышленных отходов).

Формирование системы показателей экологомелиоративного мониторинга осушаемых земель Смоленской области было построено на основе следующих контролируемых показателей: для почвы (влажность корнеобитаемого слоя, кислотность, засоленность, содержание гумуса, индекс почвы, рН, содержание питательных веществ, содержание загрязняющих веществ, поемность территории, окультуренность торфяных и минеральных почв); для растений (содержание загрязняющих веществ, урожайность сельхозкультур); для грунтовых вод (уровни, напоры, минерализация и ионный состав, содержание загрязняющих веществ); для дренажных вод (уровни, расходы воды в дренах, модуль дренажного стока, минерализация воды, содержание загрязняющих веществ).

Было установлено, что для организации и ведения эколого-мелиоративного мониторинга необходимо два вида мониторинга – фонового и полигонного, которые обеспечат проведение систематических наблюдений на типовых участках за контролируемыми показателями. Для полигонного мониторинга выбран шаг наблюдений, который был увязан со спецификой землепользования и характером распределения антропогенной нагрузки; при этом число точек наблюдений по районам сильно меняется – от 26 до 12621.

Проведенные исследования по формированию эколого-мелиоративного мониторинга в Смоленской области показали необходимость проведения большого количества точек наблюдений (более 55500).

Оптимизацию системы наблюдений можно выполнить на основе использования расчетного мониторинга, который позволяет не только заметно сократить количество точек наблюдений и прогнозировать некоторые параметры, вычисление которых затруднено или требуется их большое количество, но и своевременно принять управленческие решения [1].

В последнее время большое внимание уделяется исследованиям по изучению и оценке геоэкологических рисков и их управлению, под которым понимается разработка управленческих решений по научному обоснованию природоохранных мероприятий, реализация которых позволит снизить риск развития неблагоприятных последствий, обеспечить и повысить экологическую безопасность функционирования мелиоративных систем.

Таким образом, комплексная система, включающая экологомелиоративный мониторинг, аудирование, систему управления геоэкологическами рисками возникновения негативных последствий и система упреждающих компенсационных природоохранных и природовосстанавливающих мероприятий по смягчению и снижению негативных последствий, является эффективным средством обеспечения экологической безопасности функционирования мелиоративных систем.

Библиографический список

1. Голованов А.И. О целях и сущности мелиорации земель. – Вестник сельскохозяйственной науки. – 1991, № 12, с.39-43.

2. Карпенко Н.П., Манукьян Д.А. Научно-методические основы эколого-мелиоративного мониторинга и некоторые аспекты аудирования. - Современные проблемы мелиораций и пути их решения. (Юбилейный сборник научных трудов). Т. II, М.: ВНИИГиМ, 1999, с.199-212.

3. Манукьян Д.А., Карпенко Н.П. Теория и методология ведения мониторинга техноприродных систем. – Монография, М.: МГУП, 2009, 307с.

4. Манукьян Д.А., Карпенко Н.П., Гоголев М.И., Харламов А.И. Особенности проведения регионального агроэкологического мониторинга на мелиорируемых землях. - Вестник РАСХН, М., 1997, № 6, с. 57-59.

УДК 631. 51

ИЗУЧЕНИЕ БАЛАНСОВ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

И ГУМУСА ПРИ МОНИТОРИНГЕ СОСТОЯНИЯ

МЕЛИОРИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ

М.В. Рублюк, кандидат сельскохозяйственных наук,

Д.А. Иванов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

О.В. Карасева, кандидат сельскохозяйственных наук,

Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель (ВНИИМЗ), г. Тверь, Россия

В работе приведены результаты изучения балансов питательных веществ в почвах под многолетними травами 1 г.п. в различных ландшафтных условиях в пределах мелиоративной системы. Показано, что разнообразие ландшафтных условий существенно влияет на характер балансов питательных веществ.

In work results of studying of balances of nutrients in soils under long-term grasses the first year of using are resulted. In various landscape conditions within the limits of meliorative system. It is shown, that a variety of landscape conditions essentially influences character of balances of nutrients.

Введение. Мониторинг состояния мелиорированных земель имеет специфические черты, обусловленные неустойчивостью техно-природных систем, их зависимостью от человека и спецификой эволюции. Важным показателем метаболизма мелиорированных агроландшафтов является характер баланса питательных веществ и гумуса в различных частях осушаемого массива, различающихся в ландшафтном отношении.

Обзор литературных источников. Изучение балансов гумуса и питательных веществ имеет давнюю историю. Основные принципы этих исследований описаны в работах А.В. Петербургского [8] и других исследователей [1,2,7,9]. Однако специфика изучения балансов в пределах мелиорированных агроландшафтов освещена гораздо меньше. Среди работ, посвященных этим вопросам, следует отметить статьи латвийских и литовских исследователей [3,4], показывающих особенности изменения расходных статей балансов питательных веществ и кальция на мелиорированных землях. Крайне мало работ, направленных на изучение влияния особенностей ландшафтной среды на плодородие почв. Наиболее полно эти вопросы освещены в работе Г.С. Липкиной [6].

Анализ литературы показывает, что вопрос влияния ландшафтных условий на балансы питательных веществ, в пределах массива осушения, практически не изучался. Поэтому наши исследования этих закономерностей в условиях клеверотимофеечных травостоях 1 г.п. должны представлять определенный интерес.

Методика исследований. Баланс питательных веществ рассчитывается с учетом источников их расхода и прихода в почву, установленных непосредственно в опыте или по литературным данным. При расчете балансов нами использовались методика «Проведения научных исследований на мелиорированных землях …» [10], а также данные ландшафтно-полевого опыта, который проводится на стационаре ВНИИМЗ с 1996 года. Стационар представляет собой холм с относительным превышением 15 м с плоской вершиной и длинными пологими склонами. В его пределах выделено четыре типа элементарных геохимических ландшафтов (видов земель): элювиально-аккумулятивный (Э-А), элювиально-транзитный (Э-Т), транзитный (Т) и транзитно-аккумулятивный (Т-А). Вариантами опыта являются виды земель на вершине холма, северном и южном склонах: Т-Аю, Тю, Э-Тю, Э-А, Э-Тс, Тс, Т-Ас. Опыт располагается в пределах массива, осушаемого регулярным гончарным дренажем с междренным расстоянием 30м, глубина закладки дрен – 120 см.

Поступление N, Р, К с атмосферными осадками в условиях Нечерноземной зоны брали в размере 5,0; 0,2 и 5,0 кг на 1 га соответственно. Несимбиотическая фиксация азота в почве составляет 6 кг га 1 га. Фиксация азота клубеньковыми бактериями у многолетних бобовых трав составляет 10 кг на 1 тонну сена [5]. Приход азота с пожнивными остатками определяли по данным, полученным в опыте. Он составляет 35,3 – 65,0 кг на 1 га.

Расходные статьи баланса азота, фосфора и калия состоят из выноса их из почвы с урожаем и с дренажным стоком. Вынос питательных веществ с дренажным стоком определен опытным путем. Он составляет для азота 14,6 – 45,6 кг на 1 га, фосфора – 0,07 – 0,01 кг на 1 га, калия – 1,44 - 11,9 кг на 1 га.

Нами рассчитывались также перемещения питательных веществ за счет эрозионных процессов, которые на многолетних травах проявляются в незначительной степени и мало влияют на общий характер балансов. Вместе с почвенной массой перемещается от 10 до 20 г на га. в год азота, около 30 г калия, 140 г фосфора, и не более 4-х кг гумуса.

Главная задача при расчете гумусового баланса – определение потребности пахотных почв в органических удобрениях с целью получения планируемой урожайности и обеспечения воспроизводства почвенного плодородия. Баланс гумуса рассчитывается как разность между статьями его прихода (за счет гумификации пожнивно-корневых остатков) и расхода (минерализации, эрозионных потерь, вымывания с дренажным стоком). При расчете баланса гумуса (по азоту) учитывают вынос азота с урожаем возделываемых культур, минерализацию гумуса и образование гумуса из растительных остатков. Вынос азота с урожаем соответствует потреблению его растениями за вычетом азота, фиксированного из атмосферы симбиотическими микроорганизмами в посевах бобовых культур. Принято, что поступление азота за счет азотфиксации составляет у многолетних бобовых трав 70 %. Степень минерализации гумуса зависит от гранулометрического состава почв и возделываемых сельскохозяйственных культур, поэтому к выносу азота с урожаем применяют следующие поправочные коэффициенты: для тяжелого суглинка – 0,8, среднего суглинка – 1, легкого суглинка – 1,2, супеси – 1,4, песка – 1,8; для многолетних трав – 1, зерновых и других однолетних культур сплошного сева – 1,2, пропашных – 1,6 [7]. Минерализация гумуса рассчитывается умножением показателей выноса почвенного азота при возделывании сельскохозяйственных культур на 20 (коэффициент перевода азота в гумус). Количество гумуса, образующееся в почве из растительных остатков сельскохозяйственных культур, рассчитывается путем умножения их веса на коэффициент гумификации, который для многолетних трав равен 0,18.

Основная часть. Общий характер балансов питательных веществ и гумуса при экстенсивном выращивании многолетних трав 1 г.п. показан на рис. 1.

Баланс азота отрицательный на всех вариантах, лишь на вершине (Э-А) наблюдается его накопление (+ 26,9 кг на 1 га). Максимальный дефицит азота отмечен в транзитном варианте северного склона - 32,9 кг на 1 га.

Баланс фосфора и калия также был отрицательным. Максимальный дефицит отмечен для фосфора в нижней части склона северной экспозиции – 56,1 кг на 1 га, а для калия - в транзитных вариантах южного склона (142,3-143,5 кг на 1 га).

Баланс гумуса (по азоту) при возделывании многолетних трав 1 года пользования был положительным на всех вариантах опыта. Наибольшие накопления специфической почвенной органики отмечены на плоской вершине (до 9,35 ц на 1 га). В транзитных вариантах накопление гумуса было наименьшим и составило 1,01-0,31 ц на 1 га.

Заключение. Таким образом, возделывание многолетних трав 1 года пользования в севообороте, хотя и позволяет получить положительный баланс гумуса без применения удобрений, однако требует внесения значительных доз минеральных удобрений. Следует отметить, что изменение ландшафтных условий, при одинаковом антропогенном воздействии, приводит к значительным трансформациям приходных и расходных статей балансов питательных веществ.

Библиографический список

1. Бобрицкая М.А. Водная миграция азота и других элементов в профиле дерново-подзолистой почвы как расходная статья при балансовых расчетах. / Роль азота в земледелии дерново-подзолистых почв. – М.: Колос, 1974, с. 146-186.

2. Ефимов В.Н., Донских И.Н., Синицын Г.И. Система применения удобрений. - М.: Колос, 1984. – 272 с.

3. Киндерис З.Б. Вымывание питательных веществ дренажными водами. // Почвоведение, 1970, №2, с. 102-111.

4. Компараскас И.И. О режиме выщелачивания дренажным стоком питательных веществ на дренированных минеральных почвах. / Тр. ЛитНИИГиМ, -Вильнюс, 1966, Т.5, С.74-81.

5. Кулаковская Т.Н. Справочник агрохимика. - Минск.: Урожай, 1974, - 368с.

6. Липкина Г.С. Влияние почвообразующих пород и рельефа на плодородие дерново-подзолистых почв Центрального района России./ Автореф. дисс. д-ра с-х наук, - М., 1993. -41с.

7. Лыков А.М. Гумус и плодородие почвы. -М.: Моск. Рабочий, 1985. – 192 с.

8. Петербургский А.В. Круговорот и баланс питательных веществ в земледелии. - М.: Наука, 1979.

9. Попова П.Д., Жукова А.И. и др. Расчет баланса гумуса и потребности в органических удобрениях. Методические рекомендации под ред. - Владимир, 1986. – 17 с.

10. Проведение научных исследований на мелиорированных землях избыточно-увлажненный части СССР (методические указания). Минсельхоз СССР, ВАСХНИЛ, ВНИИМЗ, - М.: 1984, -163с.

УДК 631.67: 631.8: 635.25 (470.45)

ВЛИЯНИЕ ВОДНОГО И ПИТАТЕЛЬНОГО РЕЖИМОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ УРОЖАЕВ ГИБРИДОВ РЕПЧАТОГО ЛУКА

В УСЛОВИЯХ ВОЛГО-ДОНСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

Н. В. Кузнецова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

Л. Н. Маковкина, ассистент

ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная

академия», г. Волгоград, Россия

Приведены значения суммарного водопотребления репчатого лука за вегетационный и по межфазным периодам при различных режимах орошения и глубине увлажняемого слоя почвы. Установлена наибольшая урожайность репчатого лука по годам исследования (2005-2007 гг.) на фоне режима орошения 80…80…70 % НВ с глубиной увлажняемого слоя 0,3 м.

Values of total water use for growing onions and interphase periods at different mode of irrigation and deep moisturizing layer of soil. A highest yield of onions by year study (2005-2007.) The regime of irrigation is about 80...80...70% humidity volume the least with deep moisturizing layer of 0,3 m.

Волго-Донское междуречье и Волгоградская область является зоной товарного производства овощей и в частности лука. Благоприятные почвенно-климатические условия и проводящиеся водно-мелиоративные мероприятия способствуют получению товарных урожаев лука.

Для совершенствования технологии возделывания и повышения планируемой урожайности гибридов лука-репки на светло-каштановых почвах Волго-Донского междуречья за счет оптимизации режима орошения и дозы внесения минеральных удобрений при рациональном использовании материальных, трудовых и энергетических ресурсов с 2005 по 2007 г. была проведена производственная проверка результатов исследования гибридного лука Банко F1 компании «Семинис В.С.» («SEMINIS VEGETABLE SEEDS»), выращиваемого на репку на орошаемых землях на территории КФХ «Гуляев Н.В.» Городищенского района Волгоградской области. Полив лука осуществляется дождевальной машиной «Волжанка» ДКШ-64.

учитывая то, что основными регулируемыми урожаеобразующими компонентами являются водный и пищевой режимы почвы схема первого опыта предусматривала изучение трех факторов: режим орошения - назначение вегетационных поливов при влажности расчетного слоя почвы 80-80-70, 80-70-70, 80-70-60 % от наименьшей влагоёмкости (НВ) дифференцированно по периодам роста и развития по схеме: «посев – формирование луковицы», «формирование луковицы – начало созревания», «начало созревания луковицы – техническая спелость».; глубина увлажняемого слоя: 0,3; 0,3 и 0,6; 0,6 м; дозы удобрений рассчитанные на планируемую урожайность: 40, 60, 80, 100 т/га. (N120 P60 K40, N180 P90 K60, N240 P120 K80, N300 P150 K100).; контроль – вариант без удобрений.

При оптимизации условий водообеспечения сельскохозяйственных культур и разработке ресурсосберегающих режимов орошения одним из основных исходных показателей является определение закономерностей динамики суммарного водопотребления растений с учетом возможности наиболее полной реализации их продуктивности. Результаты проведенных нами исследований показали, что суммарное водопотребление возрастает с увеличением влагообеспеченности репчатого лука за счет изменения глубины расчетного слоя почвы и повышения предполивного порога влажности и в разные по погодным условиям годы изменялось в пределах 6077,5…8777,5 м3/га (рис. 1, 2). В среднем за годы исследований самый влагообеспеченный вариант с режимом орошения 80…80…70 % НВ и глубиной расчетного слоя 0,3 м, так как суммарные затраты воды за период вегетации в этом варианте составили 8685,3 м3/га, это на 10…15 % больше, чем в вариантах с глубиной промачивания 0,3-0,6 и 0,6 м.

В варианте с режимом орошения 80…70…70 % НВ при постоянной глубине промачивания (0,3 м) общий расход влаги растениями уменьшался по сравнению с вариантом 80…80…70 % НВ в среднем за 3 года до 7768,5 м3/га, в вариантах с глубиной промачивания 0,3-0,6 и 0,6 м., также как и в предыдущих вариантах, общий расход влаги растениями уменьшался в среднем за годы исследований соответственно до 7018,9 и 6476,6 м3/га.

Снижение предполивного порога влажности почвы до 80…70…60 % НВ позволило сократить затраты воды на возделывание лука до 6196,6 м3/га, разница между вариантами по глубине промачивания почвы колебалась от 10 до 13 %. Во всех вариантах по влажности почвы, независимо от глубины её промачивания основной приходной статьей водного баланса орошаемого поля лука в годы исследования являлась оросительная норма. Потребление поливной воды по вариантам опытов изменялось в пределах 70,9…84,0 % общего расхода воды растениями.

Доля участия запасов почвенной влаги в снабжении растений репчатого лука зависит в основном от принятого режима орошения, глубины расчетного слоя и имеет обратные по сравнению с оросительной нормой показатели изменения численных значений. Самый высокий коэффициент участия естественных запасов почвенной влаги в удовлетворении потребности растений в воде сложился в варианте с режимом орошения 80…70…60 % НВ при постоянной глубине промачивания (0,6 м). В среднем за три года доля участия их в этом варианте составила 10,4 % от общего расхода воды растениями, при изменении глубины расчетного слоя 0,3 и 0,3-0,6 м запасы почвенной влаги в среднем за годы исследования составляли 2,8 и 4,0 % соответственно.

Минимальные значения доли участия запасов почвенной влаги в структуре водопотребления отмечены в наиболее водообеспеченном варианте 80…80…70 % НВ и составляли в зависимости от глубины промачиваемого слоя от 1,3 до 3,8 %.

Осадки, выпадающие в течение вегетационного периода, в отдельные годы играют существенную роль в обеспечении лука водой. В наших исследованиях на их долю по вариантам опытов приходилось 14,5…30,5 % общего водопотребления, чем интенсивнее режим орошения, тем меньше в структуре суммарного водопотребления участие суммы осадков, выпадающих за вегетационный период.

Наибольший объем воды как в целом за вегетацию, так и по межфазным периодам, затрачивался на формирование лука в самом водообеспеченном варианте, в котором поливы назначались при снижении влажности почвы в соответствии с фазой роста и развития лука по схеме 80…80…70 % НВ в слое 0,3 м

В зависимости от метеоусловий лет исследований и периода развития растений процент отклонения суммарных затрат воды от среднемноголетних значения изменялся в пределах от – 27,6 до 15,3 в 2005 году; от -24,0 до 38,8 в 2006 и от -20,4 до 19,9 в 2007 г

Рассматривая потребность в воде по межфазным периодам можно отметить, что наименьшее количество воды посевы затрачивали в период от посева до появления всходов. В указанный межфазный период растениям потребовалось в среднем за годы исследований 398,9…423,2 м3/га, т.е. 4,9…6,4 % суммарных затрат воды (рис. 3.5). При чем закономерность увеличения доли суммарного расхода воды, приходящейся на указанный межфазный период со слежением предполивного порога влажности почвы с 80…80…70 до 80…70…60 % НВ и увеличением глубины промачиваемого слоя с 0,3 до 0,6-ти м. Установленная закономерность прослеживается на протяжении всего периода вегетации лука.

После появления всходов в период листообразования для достижения фазы формирования луковицы растениями было израсходовано в расчете на 1 гектар посевной площади 2179,8…2351,2 м3 влаги. Это составляет в среднем за 2005…2007 гг. 27,1…35,2 % суммарных затрат воды.

Наибольшие затраты (2372,1…3716,1 м3/га) приходятся на период «формирование…созревание луковицы» на долю которых приходится 36,6…42,8 % суммарного водопотребления.

Итогом сложного и трудоемкого процесса возделывания культурных растений в сельскохозяйственном производстве является количество и качество получаемого урожая (табл. 1).

Таблица 1 - Урожайность лука репчатого по вариантам опыта, т/га

(средние за 2005-2007 гг.)

Предполивная влажность почвы, % НВ	Глубина расчетного слоя, м	Планируемая урожайность, т/га
		без удобрений	40 т/га	60 т/га	80 т/га	100 т/га
80…80…70	0,3	44,2	52,8	72,6	92,5	109,5
	0,3 и 0,6	40,4	48,3	69,1	90,6	107,9
	0,6	37,5	44,5	64,2	83,8	101,2
80…70…70	0,3	41,3	49,0	69,3	90,3	108,2
	0,3 и 0,6	38,6	46,4	67,2	88,6	107,2
	0,6	35,8	43,4	62,0	81,6	99,7
80…70…60	0,3	38,1	46,8	66,7	88,1	105,2
	0,3 и 0,6	36,2	44,9	65,4	87,1	104,0
	0,6	32,3	41,5	60,3	80,2	97,1

НСР 05 2005 г. 1,16 т/га; 2006 г. 0,91 т/га; 2007 г. 0,94 т/га

Урожайность лука в вариантах с назначением поливов при влажности почвы 80…80…70 % НВ повысилась при внесении удобрений на планируемую урожайность: 40 т/га на 7…8,6 т/га, 60 т/га на 26,7…28,7 т/га, 80 т/га на 46,3…50,2 т/га, 100 т/га на 63,7…67,5 т/га. Урожайность лука в условиях поддержания режима орошения 80…70…70 % НВ возросла по сравнению с вариантами без удобрений на 7,6…66,9 т/га. В варианте с режимом орошения 80…70…60 % НВ эффективность влияния вносимых доз удобрений снижалась, а прибавка урожайности за счет улучшения естественного плодородия отмечена минимальная 8,7...67,8 т/га.

Изучаемые в опыте агроприемы оказали существенное влияние на продуктивность посевов. Так, математический анализ данных урожайности лука по годам исследования показал существенность различий по всем факторам: «предполивной порог влажности почвы», «глубина увлажняемого слоя», «дозы удобрений».

Библиографический список

1. Кузнецова, Н.В. Орошение и минеральное питание репчатого лука в условиях Нижнего Поволжья / Н.В. Кузнецова, Л.Н. Маковкина // Использование инновационных технологий для решения проблем АПК в современных условиях: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию образования ВГСХА. - Волгоград: ИПК «Нива», 2009. - С. 339-341.

2. Кузнецова, Н.В. Режимы орошения для получения планируемого урожая репчатого лука / Н.В. Кузнецова, Л.Н. Маковкина // Плодородие – 2009. - № 5(50). - С. 31-32.

УДК 631.312

Рабочий орган КУЛЬТИВАТОРА ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ВОССТАНАЛИВАЮЩИХ ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

И.Н. Шило, доктор технических наук, профессор,

В.А. Агейчик, кандидат технических наук, доцент,

Н.Н. Романюк, кандидат технических наук

УО «Белорусский государственный аграрный технический университет», г. Минск, Беларусь;

Агейчик А.В., Ph. D., Университетский колледж Лондона,

г. Лондон, Великобритания

Предлагается оригинальная конструкция рабочего органа культиватора, использование которой позволит повысить качество обработки восстанавливающих плодородие почв, в том числе с запущенной сорной растительностью.

An original design of cultivator tool permitting the improvement of tillage quality of the fertility restoring soils as well as badly kept ones with weed vegetation is suggested.

Введение

Эффективное производство продукции растениеводства должно обеспечиваться применением инновационных технологий и современных средств механизации. Для их внедрения необходима разработка системы машин, формируемой из современных технических комплексов, взаимоувязанных технологически (по ширине захвата, рядности, рабочей скорости), а также технически (способами агрегатирования и привода рабочих органов).

Современные социально-производственные условия требуют новых подходов к выбору систем обработки восстанавливающих плодородие почв и применяемых орудий. Производство конкурентоспособной продукции – это, в первую очередь, возможность оптимального выбора орудий и технологий под разные природно-климатические зоны, под разный севооборот с учетом энерго- и ресурсосбережения, а также экологических факторов – сохранения плодородия почвы, а, следовательно, устойчивого состояния агроландшафтов.

Исходя из этого, интенсификация работ в земледелии требует нового подхода к обработке почв и выбору средств механизации на основе создания и внедрения почвозащитных и энергосберегающих технологий [1]. Анализ почвенно-климатических условий различных районов Республики Беларусь показывает, что перспективными системами обработки почвы и посева должны быть, наряду с традиционной отвальной обычная безотвальная, минимальная и нулевая, которые особенно эффективны на эрозийно опасных склонах (круче 5), где водная эрозия почв уносит столько питательных веществ, сколько идёт на формирование урожая [2]. Такие участки составляют около 60 % возделываемых почв в Беларуси [3], причем безотвальное рыхление на них плоскорежущими лапами на глубину пахотного слоя уменьшает сток осадков в 1,75 и смыв почвы в 3,6 раза [4]. Однако применение безотвальной обработки в условиях Беларуси не может происходить в течение нескольких лет подряд, так как может привести к образованию в верхнем слое почвы значительного количества многолетних сорняков [2].

Целью данных исследований является повышение качества обработки восстанавливающих плодородие почв, в том числе с запущенной сорной растительностью.

Обзор литературных источников

Российскими учеными разработан рабочий орган для обработки паров, включающий стойку и универсальную стрельчатую лапу, зафиксированную на нижней части стойки хвостовиком лапы и средствами крепления, снабженный деформатором стеблей сорной растительности, установленным с возможностью переустановки по высоте стойки и выполненным из упругодеформируемого стального листа в виде полоза, рабочая поверхность которого образована движением прямой линии, перпендикулярной к направлению движения стойки, по направляющей - циссоиде Диокла, а полоз несущей плоскостью связан со стойкой, размещенной в прямоугольном отверстии несущей плоскости, и соединен с ней Г-образными кронштейнами, при этом ширина полоза на 5-10% больше ширины захвата универсальной стрельчатой лапы, причём полоз посредством овального отверстия установлен с охватом на нижней части стойки [5].

Существенным недостатком такого рабочего органа является то, что он не обеспечивает качественное дробление комков почвы, а находящаяся на поверхности сорная растительность сгруживается перед стойкой лапы, обволакивает её, препятствуя тем самым выполнению технологического процесса и повышая энергозатраты на его выполнение.

Основная часть

В Белорусском государственном аграрном техническом университете разработан и запатентован рабочий орган культиватора [6], вид сбоку которого представлен на рисунке 1, а. На рисунке 1, б - вид спереди, на рисунке 1, в – представлена развертка деформатора стеблей сорной растительности: полоз с несущей плоскостью выполнены единой деталью из упругодеформируемого стального листа.

Технический результат – полное подрезание корней сорняков и мульчирование верхнего слоя почвы разрезанными сорняками и дополнительное дробление комков почвы, закреплёнными на нижней поверхности деформатора лезвиями, в том числе и за счёт подпора со стороны верхнего обреза универсальной стрельчатой лапы.

Рабочий орган культиватора включает стойку 1, универсальную стрельчатую (полольную) лапу 2 и деформатор 3 стеблей сорной растительности. Универсальная стрельчатая лапа 2 на нижней части стойки 1 зафиксирована хвостиком 4 лапы 2 и средствами крепления 5. Деформатор 3 стеблей сорной растительности установлен на стойке 1 с возможностью переустановки благодаря отверстиям 6, выполненным с декретным шагом, равным 4 см. Деформатор 3 выполнен из упругодеформируемого стального листа в виде полоза 7. Материал - сталь 45 - сталь 65 Г. Толщина листа 1,5...3,0 мм.

Рабочая поверхность полоза 7 образована движением горизонтальной прямой линии, перпендикулярной к направлению движения стойки, по направлению циссоиде Диокла.

а)

б)

в)

Рисунок 1 – Рабочий орган культиватора.

Циссоида Диокла в системе декоративных координат ОХУ, находящихся впереди носка универсальной стрельчатой лапы 2 по направлению её движения (рисунок 1, а), описывается уравнением вида

(1)

где а - параметр циссоиды.

Полоз 7 связан несущей плоскостью 8 со стойкой 1. Несущая плоскость 8 размещена на стойке 1 благодаря прямоугольному отверстию 9 в несущей плоскости 8 и Г-образным кронштейном 10, 11 и 12. Кронштейн 10 выполнен из материала несущей плоскости 8. Кронштейны 11, 12 контактной сваркой соединены с несущей плоскостью 8. Ширина полоза 7 на 5-10 % больше ширины захвата универсальной стрельчатой лапы 2. Полоз 7 установлен с охватом на нижней части стойки 1 посредством овального отверстия 13 (рисунок 1, б). Средства крепления 14 и 15 обеспечивают требуемую жесткость положения несущей плоскости 8 на стойке 1. Полоз 7 на нижней части имеет равномерно расположенные по ширине на расстоянии а друг от друга вертикальные продольные клинообразные ножи 16, образованные в передней части с заострённой кромкой касательными к циссоиде Диокла в точках В, где Х=У=а, в задней части в конце полоза перпендикулярными его нижней поверхности тупыми задними кромками высотой а, и заострёнными нижними лезвиями, проходящими от нижних точек задних кромок К по линиям параллельным нижней поверхности деформатора до пересечения с передними заостренными кромками в точках М.

Рабочий орган культиватора работает следующим образом.

При установившемся движении носок универсальной стрельчатой лапы 2 врезается в слой почвы на глубине a1 (рисунок 1, а). Режущие кромки на крыльях лапы 2 подрезают слой почвы, подъем которого вверх на крыльях лапы 2 приводит к деформации верхнего горизонта и крошению почвы. Одновременно с этим вступает в работу деформатор 3 стеблей сорной растительности. Закругленным переходом несущей плоскости 8 и полоза 7 стебли наклоняются вперед. Наклон стеблей вперед приводит к напряженному состоянию скелетных боковых и вертикальных корней и нитяных сосущих корней. Напряженные корни подрезаются режущими кромками крыльев стрельчатой лапы 2. Стебли сорной растительности полозом 7 придавливаются к поверхности поля и разрезаются вертикальными продольными ножами 16. Одновременно осуществляется мульчирование верхнего слоя почвы разрезанными сорняками и дополнительное дробление комков почвы закреплёнными на нижней поверхности деформатора лезвиями 16 в том числе и за счёт подпора со стороны верхнего обреза универсальной стрельчатой лапы 2.

При изменении глубины культивации (a1) и высоты стеблей сорняков деформатор 3 благодаря отверстиям 6 на стойке 1 может быть перестановлен в иное положение для качественного выполнения технологического процесса.

Для условий Республики Беларусь [7] с учётом рекомендуемой глубины обработки почвы и допустимого размера комков параметр циссоиды следует принять равным 40…50мм.

Заключение

Использование предлагаемой оригинальной конструкции рабочего органа культиватора позволит повысить качество обработки восстанавливающих плодородие почв, в том числе с запущенной сорной растительностью.

Библиографический список

1. Дмитриев, А.М. Механизация обработки почвы и повышение ее противоэрозионной устойчивости / А.М. Дмитриев, Р.Л. Турецкий // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – Минск : Ураджай, 1990. – Вып. 33. – С. 8…17.

2. Казакевич, П.П. Проблемы и перспективы механизации процессов обработки почвы и посева в Беларуси / П.П. Казакевич, А.А. Точицкий // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – Минск : Ураджай, 1996. – Вып. 35. – С. 18…33.

3. Жилко, В.В. Водная эрозия почв в БССР / В.В. Жилко, А.И. Паярскайте // Эрозия почв и борьба с ней / В.В. Жилко, А.И. Паярскайте. – Минск : Ураджай, 1968. – С. 32…37.

4. Бондаренко, А.Г. Определение противоэрозионной устойчивости почв методом искусственного дождевания / А.Г. Бондаренко, В.П. Мармалюков // Механизация и электрификация сельского хозяйства : сб. науч. работ аспирантов ЦНИИМЭСХ. – Минск, 1980. – С. 3…6.

5. Рабочий орган для обработки паров : патент на изобретение №2303340 C1 Российская Федерация, МПК A01B35/00 ,  A01B39/28 / В.П. Зволинский, В.И. Мухортов, А.М. Салдаев ; заявитель ГНУ Прикаспийский НИИ аридного земледелия РАСХН. – № 2006101841/12 ; заявл. 23.01.2006 ; опубл. 27.07.2007.

6. Рабочий орган культиватора : патент на полезную модель № 5883 U Респ. Беларусь, МПК А01В35/00, А01В39/00 / И.Н. Шило, В.А. Агейчик, Н.Н. Романюк, А.В. Агейчик ; заявитель Белорус. гос. аграр. техн. ун-т. – № u20090542 ; заявл. 26.06.2009; опубл. 30.12.2009 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2009. – № 6.– С.144.

7. Клочков, А. В. Сельскохозяйственные машины / А.В. Клочков, Н. В. Чайчиц, В.П. Буяшов. – Минск : Ураджай, 1997. – С.54.

УДК 631.67:628.3:577.4

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ МЕЛИОРИРУЕМЫХ АГРОЛАНДШАФТОВ ПО УРОВНЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ

В.И. Желязко, доктор сельскохозяйственных наук

УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная

академия» г. Горки, Беларусь

Выполнена агроэкологическая оценка стоков свиноводческих комплексов при использовании их для орошения земель, загрязненных тяжелыми металлами, и разработана методика экологического районирования агроландшафтов.

Agroecological evaluation of the pig-fattening feedlots slurry was done using the latter to irrigate lands contaminated with heavy metals. Methods of ecological planning of agrolandscapes were developed.