Введение к работе
Актуальность работы. Оптимизация взаимодействия природы и общества предполагает экологически обоснованную социально-хозяйственную деятельность населения в определенных физико-географических условиях конкретной территории. Процесс экологизации антро -погенного воздействия на природные ландшафты базируется на полу-чзнии прогностической и фактической информации о состоянии географической среды. Важнейшими показателями изменчивости фитогеоце-нотических компонентов географической среды являются характерне -тики степени обеспеченности агротехнических систем теплом и вла -гой.
Конкретные прогнозные, оценочные и измеренные величины пара
метров, влагообеспеченности агротехнических систем, полученные по
региональным методикам, необходимы для обоснования, планирования
и проектирования: техногенных нагрузок на природные ландшафты;
водосберегавщих технологий на сельскохозяйственных угодьях; агро-
гидрофитомелиораций в' экологически неблагоприятных районах; меро
приятий по защите фитоцвнозов от болезней и вредителей на основе
определения темпов вегвтированая растительности и накопления фи -
томассы. ,
При подготовке'различной планово-прогнозной, нормативно-технической, инструктивно-руководящей документации, регламентирующей степень воздействия социально-экономических объектов и мероприя -тай на природно-техногенную среду, требуется соответствующее ко ~ тодологическоа обеспечение, содержащее прогнозно-расчетіше методы и показатели..
Под агротехнической системой понимается территория с сельс -нехозяйственными культурами, рассматриваемая как совокупность те-гоювлагообменных, биологических и фенологических процессов, про -текающих в комплексах почва-растительность-приземный слой воздуха.
Елагообеспеченность агротехнической системы определяется сравнением гидрологических ресурсов конкретного фитогеоценоза с их заданными значениями за установленный период времени.
Горно-долинные, ландшафты, характеризующиеся вертикальной поясностью гидроклиматических условий и почвенно-растителыюго пок -рова, отличаются сложностью и разнообразием физико-географических компонентов (определяемыми изменчивостью естественной увлажненности и притока тепла в зависимости от высоты расположения местности над уровнем моря), что вызывает необходимость как дифференци -рованного, так и комплексного учета гидро- и агрометеорологичес -ких факторов, определяющих гидротерміческие ресурсы заданных районов.
В аридных условиях-Кыргызстана ведущими факторами, обуслов -ливагащими влагообеспечснность, гидротермическое и фенологическое состояние агротехнических систем (агроценозові, являются суммарная радиация, радиационный баланс, температура и влажность воздуха, атмосферные осадки, суммарное испарение, величина подпитыва -ния слоя почвы от грунтовых вод, при их близком залегании,, фазы развития растительности.
Существующие методики и способы определения указанных факторов имеют либо сложные и громоздкие расчетный схемы, либо не от -личаются необходимыми точностью, оперативностью и долгосрочностыо, используют нестандартную информацию (получение которой требует организации сети специализированных наблюдений), не учитывают региональных особенностей, не предусматривают самостоятельного прогнозирования необходимых гидро- и агрометеорологических факторов . увлажошгости или не имеют необходимого методологического обеспечения, ввиду чего мало пригодны для определения элементов влагоо-беспечонности засушливых зон Кыргызстана. Поэтому до настоящего
времени остается актуальной проблема разработки универсализированной методологии, достаточно надежно, достоверно и комплексно учитывающей региональные географические и хозяйственные особенности процессов формирования и пространственно-временного распределения водно-тепловых ресурсов местности.'
Данная проблема решается путем создания системы, включающей методики, методы и способы, базирующейся на прогностических и контрольно-диагностических моделях, схемах, зависимостях и функционирующей на оскої>е использования репрезентативной долгосрочноЗ и оперативной информации о гидроагромєтеорологических факторах, ха-рактеркзуэищх влагообеспеченность природпо-хозяйственннх комплексов..
'''* Доль и задачи работы. Дельэ работы является разработка кете— дологии ensциольних, прогнозов,оценок и контроля влагообвепочен -ности агротехнических систем;в арйЛных регионах Кыргызстана, для опмішзапли взаимодействия географической и техногенной среды. Для выполнения поставленной цели били .решены следующие зада-
'ни: ""-."; :. ' "';.."-' ;'':'.' Sc'-x"у.'"
1. Исследованы процессы энергс- й:кас'сообмана'гв.",агросистемах,
влияние гидроагроиетеорологических.уелогни,и f акторов на структу
ру, временное и пространственное распределим, водно-тепловых ре
сурсов аридных территория.',-,
2. Изучены имевшие региональный характер- закономерности про- .
' цесса суммарного испарения в зависимости, .от степени увлатления
почвогрунтов, интенсивности притока тепла;, вида и состояния испаряющей поверхности, разработаны их модели, резим наблюдений и порядок расчетов.
3. Определены основные агро- и гидрометеорологические факто
ры и показатели, интегрально характеризующие водно-тепловые и фе-
вологическиа условия вегвтирования сельскохозяйственной растительности, осуществлен выбор схем их расчета и прогноза.
-
Выявлены закономерности вкутрішагетационного распрєдела -ния характеристик влагообеспечешюсти и обусловливающей ее тепло-обеспєченности агросистем в зависимости от их исходного состояния, выявлены предикторы и имеющие прогностическое значанад' элементы и уравнения, как основа для разработки методики прогнозирования и . оценки ведущих- гидро- и агрометеорологических факторов влагообес-печеняоети.
-
Исследовано воздействие естественного и искусственного увлажнения агроценозов на изменчивость гидротермических условий почвогрунтов, воздуха и режимы вегетированая сельскохозяйственной растительности. Разработаны модели и процедуры их расчета.
-
Проанализированы фондовые и оперативные данные и.получены значєїгая агроклиматических характеристик природнообусловлекпого вегетационного периода, главных фаз и шзфазньпе периодов развития агроценозов, как необходимая временных периодов прогнозирования елагообеспеченности.
-
Изучена, в условиях вертикальной поясности климата и поч-венио-растительного покрова, пространственная изменчивость основных региональных и локальных характеристик ресурсов влаги и тепла аридных зон на основе выбора и уточнения базовых интегральных показателей гидротермического состояния.
-
Уточнены представления о механизме прогнозирования и оценки гицроэкслогического состояния регионов, на основе комплексного исследования процессов взаимодействия гидроагроклиматических факторов с вегетируящиш агросистемами аридной зоны..
-
Изучены существующие процессы в системе мониторинга географической среды и разработаны для аридных территорий методологи-
5 ческпе основы организации и функционирования подсистем и комплексов контроля, оценки и прогноза водно-тепловых и фенологических услозкй вегєтирозания агроцєнозов..
Зап^иае;.п:е поло-тения- На защиту выносятся разработанные авто-рок В ХОДЄ МНОГ0ЛЄТНИХ ИССЛеДОВаНИЙ ТвОрЗТЦЧеСККе И МЄТ0Д0ЛОГЕЧЄ-
ские основы оценки прогнозирования увлажнения, теплообеспечегаюс-тк и фенологического состояния растительности как элементов вла -гообеспеченкости агротехнических систем в аридных регионах йгргіз-стана, которые включают:
механизм разработки системы унифицированных модолой, методов и показателей телловлагообмеяа в географической среде как основы прогнозов и оценок гидрометеорологических, климатических, фптоце-нотических факторов, формирующих структуру водного баланса арии -ннх территорий и обусловливающие годротермщескоз и фенологячес -кое состояние агроцєнозов за вегетационные и внутривегетациошшэ периоды;
схемы формирования структуры, режимов функционирования и со
става элементов подсистем: уточнения (корректировки) прогнозов и
упрощения расчетов; контроля гидротермлчееких, агрометеорологиче
ских и фенологических элементов влагообеспеченности орошаемых аг
роцєнозов; * .
механизм разработки методических и географических обоснова -ний и принципов создания информационных комплексов мониторинга, оценки и прогноза гидроэкологического состояния агротехнических систем;
обоснование выбора номенклатуры необходимых для прогноза, оценки и контроля гидротермических, агрофизических и фенологических факторов, параметров, критериев и кзтодов определения влагообеспеченности.
Научная новизна. На основании обширного материала комплекс -ных исследований, изучения методических принципов по фактической и перспективной оценка параметров эиорго- и кассообыена в систеш почва-растеиио-воздух, в орошаемых агроценозах аридных регионов, их анализа и обобщения получены следующие результаты, имеющие научную, новизну:
выдвинута концепция системного влияния гидроагрометеороло -гических факторов и показателей на процессы тепловлагообмена, ги-дротер;.аческие ресурсы и построена физико-био-статистическая мо -дель влагообеспеченности агротехнических систем;
установлены имеющие региональную специфику особенности внут-рисезонного и территориального распределения гидрометеорологических и фенологических йакторов, обусловливающих влагообеспеченность агроцэнозов (атмосферных осадков, испаряемости, влажности почвы, фаз вегетации сельскохозяйственных культур, суммарного "испарения и др.) и разработана система методов их прогноза и оценки;
Ескрыт механизм воздействия гидроагрокетеорологических факто
ров и агротехнических мероприятий на динамику гидротеркических и
китоценотических процессов, и явлений и разработана методика уточ
нения кс оценочных значений; . '
определены оптимальные значения потребности основных видов агроцсдозов в тепле и влаге на базе сукм агрометеорологических факторов и предложены катоды их получения;
ІНЯБЛ0ІШ закономерности временного и внутрирегионального 30-иалы-ого распроделешія метеорологических и гидрологических показателе"; водных и- тепловых ресурсов в зависимости от высоты местности над уровнем моря и предложена усовершенствованная методика аг-роклп.уатпческсго- районирования засушливых территорий по степени Елагообзсиечешгости;
разработаны, на основе учета агрометеорологических и биологических особенностей произрастания растительности, методы, упрощающие оценку и контроль интегральных показателей гидротер:;:іческого и фенологического режимов_вегетирования агроцбнозов;
выявлены закономерности пространственной изменчивости репрезентативности наблюдений за агрометеорологическим! элементами влагообесявченяости и усовершенствована методика выбора местопо -ложения базовых зональных пунктов контроля;
установлены, на основе выявленных хозяйственных особенностей агротехнических систем, нормативно-методические требования к разработке инженерно-географических основ и структурно-функциональ -ных схем для комплексов мониторинга гидротериіческого и гидроэкологического состояния природно-тбхногенной среды;
сформулированы более комплексно и детально ключевые понятия, определения и термины, характеризующие процесс влагообеспеченнос-ти_ аграсистем. '
Полученные результаты по совокупности представляют собой научное направление - разработку универсализированной методологии исследований процессов влагообеспеченности агроценозов в аридных регионах как теоретической базы создания системи новых и усовершенствования существующих прогнозно-оценочных, контрольных и расчетных методик, методов, способов и приемов, позволяющих на основе стандартных агрометеорологических данных более комплексно и эф-" фективно изучать динатаку природно-техногенных процессов, выяв -лягь закономерности накопления, трансформации и перераспределения водных и тепловых ресурсов, определять их качественные и количе -ственныз характеристики для заданной территории.
Практическая ценность и реализация результатов исследований.
-
Положения разработанной методики прогнозирования и оценки водопотребления агроцвнозов и гидроагрометеорологических факторов его обусловливающих за сезонные и внутрквегетационные периоды в аридных районах использованы в Руководящем документе (РДИ 33-13-84) "Инструкция по прогнозированию сроков и норм полива для one -ративного управления поливами" (І9Є4) и "Рекомендациях по опера -тивному управлению водным режимом поля на основе прогноза погод -них условий" (1969) - базовых нормативно-методических документах, регламентирующих процесс и порядок составления прогнозов влагоо -беспеченности и режимов орошения земель в Кыргызстане.
-
Предлагаемая методика прогнозирования и диагностики вла -гообеопеченности, оуммарного испарения, почвенных влагозапасов, испаряемости и фаз развития растительности принята к внедрение .в системах Ыинсельхоза и Мннводхоза Кыргызстана в качестве методологической основы при разработке рекомендаций, нормативных и ру -ководящих документов по- рациональному водопользованию и водосбе -регающам технологиям, при прогнозах водно-тепловых ресурсов, экологически обоснованных оросительных норм и режимов орошения сельскохозяйственных угодий, при планировании освоения новых зе -ы&ль в аридных зонах, при разработке рекомендаций по долгосрочно-t ыу и оперативному прогнозированию и расчетам объемов, сроков и приоритетности проведения агротехнических и мелиоративных мароп -ршиий,
-
Проведенные исследования и полученные результаты по раз -работке и выбору методов и схем прогноза, оценки и режимов конт -роля экологического соотояния природно-техногенных ландшафтов по-вводили разработать "Концепцию единой экологической информацион -вой системы и ее генеральной схемы для регионов Киргизской ССР",
9 использованную Госкомприродой Кыргызстана для подготовки методи -ческих и технологических основ создания республиканской системы, геоэкологического мониторинга.
-
Методологические основы созданной системы диагностики, прогнозов и уточнения прогнозных значений теплообеснеченностн, суммарного испарения, почвенных влагозапасов, фаз развития растений приняты к внедрению и могут использоваться в Государственном агентстве по гидрометеорологии при Правительстве Кыргызстана для разработки новых и усовершенствования существующих методик наблюдения, долгосрочного и краткосрочного прогнозирования гидро- и агрометеорологических факторов, характеризующих водно-теплевые ресурсы и темпы вегетирования природной и сельскохозяйственной растительности аридных регионов. -
-
Материалы и результаты исследований по вопросам методологии прогнозирования и оценки геоэкологического состояния'геогра -фической среды, создания, функционирования и взаимодействия сне -тем мониторинга и структур экологической экспертизы природно-тох-ногенных ландшафтов и их компонентов, обоснования и планирования проведения агрогидрофитомелиораций в аридных'регионах, мелиорати-вно-географического обоснования земле- и водосберэгающих технологии используются в система Министерства народного образования Кыргызстана в курсах вузовских лекций "Мониторинг природной среда и экологическая экспертиза", "Мелиоративная география", "Основы мелиорации и орошаемого земледелия", "Агрометеорология и агроклиматология".
-
Результаты исследований по оценке и прогнозирована» увла-якенности сельскохозяйственных угодий использованы Министерством мелиорации и водного хозяйства 6. СССР при разработке Типовых технологических схем, принципов и порядка создания автоматизированных
информационно-измерительных систем прогнозирования водопотребле -ния орошаеиа земель и алгоритмов их функционирования.
-
Разработанная система методов прогнозов и оценок тэпловых ресурсов, степени естественного увлажнения, темпов вегетирования природных и агроценозов и их отдельных элементов приняты к использованию в системе Госкомгидромета б. СССР при подготовке новых региональных методик составления оперативных и долгосрочных гидро-и агрометеорологических прогнозов.
-
Разработанные методологические и технологические основы формирования структуры и моделей функционирования систем экологического мониторинга географической среда горных территорий (базирующиеся на выявленных гидро- и агрометеорологических эакономер -костях и принципах) использованы Госкомприродой б. СССР в Техни -ческоы задании на разработку "Генеральной схемы создания единой-геоэкологической информационной системы Советского Союза".
Апробация результатов исследований. Основные положения работы изложены в 42 научных трудах, в том числе 2 монографиях,.Iруководящем документе-инструкции, I броааэре.
По теме работы сделаны доклады на: Республиканской научно-технической конференции по вопросам технологии и автоматизации. гидромелиоративных систем (Фрунзе, 1977), Республиканской научно-практической конференции по проблемам агрономии и орошаошго земледелия (Фрунзе, 1978), Республиканском.совещании по мелиорации и орошаомому земледелию (Киев, I960), Республиканской научно-технической конференции "Разработка и внедрение АСУ ТП на гидромолио -ратизных системах" (Фрунзе, 1980), Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация гидромелиоративных систем" (Фрунзе, IS8I), Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов по водному хозяйству (Ташкент, 1981), Все -
союзной конференции "Гидроілетеорологическое обеспечение мероприятий по выполнению Продовольственной программы" (Днепропетровск, 1983), Республиканской конференции "Режим орошения при прогрессивных способах полива и разработка АСУ ТП в мелиорации* (Кишинев, 1983), Зональном совещании по земельным и водным малиорациям на неблагополучных землях (Волгоград, 1987), Региональной конференции республик Прибалтики и Белоруссии по проблемам защиты растений (Минск, ISS7), Республиканской научно-теоретической конференции "Географические исследования и рациональное природопользова -ниє" (ірунзе, 1939), всесоюзной научно-теоретической конференции "Экологические пробльми природопользования" (Ленинград, I99Q), Республиканской научно-технической конференции по охране и рацио-нальноглу использованию природных ресурсов" (Фрунзе, 1990), Пятом съезде Географического общества Киргизской ССР (Прзєвальск, 1990). Всесоюзном.симпозиуме "Комплексный мониторинг, оптимизация и прогноз состояния природной среды" (Москва, 1991).