Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Агроэкологическая оценка и мониторинг орошаемых земель в системе управления и охраны плодородия почв
1.1 Земельно-информационные системы как инструмент управления земельными ресурсами
1.2 Методология оценки плодородия орошаемых почв 28
1.3 Водный режим почв в системе агроэкологической оценки орошаемых земель
1.4 Учет засоления и осолонцевания почв при агроэкологической оценке орошаемых земель
1.5 Анализ существующей системы мониторинга мелиоративного состояния орошаемых земель Поволжья
Глава 2. Методология, состав, объекты и методы исследований 87
2.1 Основные концептуальные положения решения проблемы 87
2.2 Характеристика объектов исследований 92
2.3 Методика исследований 100
Глава 3. Агропроизводительная способность орошаемых почв 107
3.1 Основные положения и схема оценки агропроизводительной способности орошаемых почв
3.2 Учет пространственного варьирования влагозапасов и поливной нормы при описании водного режима орошаемых почв
3.3 Модель формирования эффективного ресурса влаги (ЭРВ) на орошаемых землях
3.4 Верификация модели формирования ЭРВ и примеры ее использования
Глава 4. Оценка гумусного состояния и воспроизводства плодородия орошаемых почв
4.1 Оценка гумусного состояния орошаемых почв 151
4.2 Агрофизические свойства и баланс гумуса орошаемых почв: 159 результаты производственного опыта и прогнозные расчеты
4.3 Воспроизводство плодородия орошаемых почв 173
Глава 5. Разработка и апробация балансовой модели вертикального влагообмена и равновесной засоленности орошаемых почв
5.1 Экспериментальное изучение водно-солевого баланса и параметров вертикального влагообмена
5.2 Разработка метода расчета вертикального влагообмена на базе эмпирических зависимостей и балансовых соотношений
5.3 Результаты полевых исследований водно-солевого режима орошаемых почв
5.4 Разработка и верификация модели равновесного солевого баланса орошаемых почв
5.5 Обоснование объемов дренажного стока при проектировании дренажа
Глава 6. Совершенствование методов диагностики мелиоративного 265 состояния орошаемых земель
Пространственно-временная изменчивость показателей агроэкологической оценки орошаемых земель
6.1.1 Назначение и способы описания варьирования параметров 265
Пространственное варьирование засоления в пределах элементарного почвенного ареала
6 1.3 Пространственно-временная изменчивость показателей мелио- ративного состояния орошаемых земель
6.2 Диагностика переувлажнения орошаемых почв 295
6.3 Диагностика засоления орошаемых почв 309
5 4 Совершенствование шкалы оценки мелиоративного состояния з22
орошаемых земель
Глава 7. Методология стоимостной оценки и оптимизации информации о качественных характеристиках земель при формировании земельно-информационных систем
7.1 Оптимизации информации при формировании земельно- информационных систем
7.2 Методология стоимостной оценки информации прикладного почвоведения в системе управления и охраны плодородия почв
7.3 Потребительская стоимость и оптимизация информация мониторинга мелиоративного состояния орошаемых земель
(ММСОЗ)
7.3.1 Производственные функции ущерба и потерь при использовании информации ММСОЗ в экономической оценке орошаемых земель
7.3.2 Производственные функции ущерба и потерь при использовании информации ММСОЗ в управлении водоподачей
7.3.3 Производственные функции ущерба и потерь при использовании информации ММСОЗ в установлении платежей за загрязнение водных объектов
7.3.4 Оптимизация информации ММСОЗ локального уровня 372
Основные выводы 381
Предложения производству 385
Список литературы
- Методология оценки плодородия орошаемых почв
- Характеристика объектов исследований
- Учет пространственного варьирования влагозапасов и поливной нормы при описании водного режима орошаемых почв
- Результаты полевых исследований водно-солевого режима орошаемых почв
Введение к работе
Актуальность исследований. Объективная необходимость решения комплекса социально-экономических и народно-хозяйственных задач обусловила широкое развитие мелиоративного комплекса в Поволжье Изменения экономических условий в стране привели к негативным процессам в сельском хозяйстве и особенно в мелиоративно-водохозяйственном комплексе Это проявляется в резком снижении общей площади орошаемых земель и в их продуктивности Практически все орошаемые участки и системы построены в 70-х начале 80-х годов и требуют проведения ремонтно-восстановительньгх работ, а около 40% - реконструкции. Учитьтая современное экономическое состояние сельскохозяйственных предприятий, решение этого- вопроса не возможно без самого активного участия государства. Вместе с тем, в настоящее время не разработана научно-методическая база, обеспечивающая приоритетность реализации технически и экологически более совершенных проектных решений Эффективность использования в сельскохозяйственном производстве дополнительного ресурса влаги определяется как оптимальностью его соотношения с другими видами необходимых для производства ресурсов (тепловых, почвенных, материально-технических, финансовых, трудовых), так и сохранением экологической устойчивости агроланд-шафтов Для оптимизации выбора объектов и видов мелиоративного воздействия необходима разработка интегральных показателей уровня технического состояния гидромелиоративных систем и моделей, адекватно отражающих прирост агропро-изводительной способности почв и экологические издержки при орошении Основным показателем услуг мелиоративно-водохозяйственного комплекса становится прирост или восстановление плодородия почв сельскохозяйственных угодий, улучшение экологического состояния территории, сокращение затрат всех видов ресурсов на создание единицы полезной продукции.
Переход мелиоративно-водохозяйственного комплекса на экономические методы управления и реализация механизма устойчивого развития предполагает совершенствование системы природно-мелиоративного мониторинга Её формирование должно вестись на качественно новых принципах, учитывающих специфику, как природных составляющих регионов, так и весь комплекс антропогенных нагрузок, связанных с мелиоративной и сельскохозяйственной деятельностью, рассматриваемых в виде единой системы
Низкий уровень использования агроресурсного потенциала орошаемых земель в стране и регионе, продолжающееся масштабное снижение плодородия почв, убедительно свидетельствуют о необходимости совершенствования системы управления в этой сфере Решение этой задачи в современных экономических условиях на основе системного подхода к реализации принципов эффективного использования и охраны плодородия почв представляет собой актуальную научно-методическую проблему, а успешное её решение имеет большое практическое значение Ее основополагающим моментом является повышение достоверности информации о параметрах состояния мелиорированных агроландшафтов и уровня адекватности знаний о происходящих в них процессах, а также включение их
(информации и знаний) в систему управления земельными ресурсами, проектирования и эксплуатации орошаемых земель
Цель и задачи исследований Целью исследований являлось совершенствование агроэкологической оценки орошаемых земель и оптимизация информационного обеспечения при формировании системы мониторинга, как инструментов повышения эффективности управления и охраны плодородия почв
Для реализации указанной цели решались следующие основные задачи
Разработка и экспериментальное обоснование метода математического моделирования водного режима почв и водопотребления культур, учитывающего вероятностный характер процессов
Изучение влияния орошения и способов управления пищевым режимом на баланс гумуса и агрофизические свойства темно-каштановых почв для обоснования затрат на воспроизводство плодородия почв
Изучение и количественное описание процессов формирования баланса грунтовых вод и водно-солевого режима орошаемых почв
Изучение пространственной и временной изменчивости показателей мелиоративного состояния орошаемых земель
Разработка шкалы диагностики вторичного засоления и переувлажнения орошаемых почв Поволжья по показателям глубины залегания и минерализации грунтовых вод
Разработка модели потребительской стоимости информации о плодородии почв сельскохозяйственных угодий при формировании земельно-информационных систем
Научная новизна работы заключается в обосновании ресурсного подхода к агроэкологической оценке земель, как способа приведения сложного сочетания природных и хозяйственных факторов, качества информационных активов о них, в интегральные и сопоставимые показатели эффективности использования и охраны плодородия почв.
агропроизводительной способности почв (АПСП), как показателя ресурсо-обеспеченной урожайности,
затрат на регулирование баланса органического вещества и элементов минерального питания, обеспечивающих заданный уровень реализации АПСП,
затрат на информационное обеспечение управления и, зависящие от них, риски потерь АПСП и ущерба эколого-ресурсному потенциалу земель
В работе впервые разработаны или получили дальнейшее развитие-
Модель формирования эффективного ресурса влаги на орошаемых землях, в которой детерминированное описание водного режима почв и водопотребления культур учитывает вероятностный характер формирования дефицита водопотребления, режима водоподачи и усвоения почвой дополнительного ресурса влаги
Аналитическое решение и экспериментальное подтверждение балансовой модели запасов гумуса, обеспечивающей прогнозную оценку их изменения и параметры затрат на воспроизводство плодородия почв в зависимости от условий сельскохозяйственного использования (набор культур и их продуктивность).
Метод описания вертикального влагообмена и равновесного солевого ба-
ланса, устанавливающий в явном виде взаимосвязь параметров солевого режима почв с комплексом неуправляемых природных и управляемых хозяйственных факторов
Метод диагностики засоления и переувлажнения почв, оценки мелиоративного состояния орошаемых земель Поволжья по комплексу режимообразую-щих факторов.
Метод оценки потребительской стоимости (общественно-необходимых затрат) информации о качественных характеристиках сельскохозяйственных угодий, как ресурса управленческой деятельности
Практическая значимость Реализация предлагаемых подходов к агроэко-логической оценке орошаемых земель дает возможность учесть в интегральных показателях эффективности использования и охраны плодородия почв
системную сложность почв как объекта управления,
вероятностный характер параметров состояния почв и управляющих воздействий,
параметры технических средств и технологий по управлению водным режимом;
качество информации и знаний о параметрах состояния и процессах в аг-роландшафтах, как ресурса управленческой деятельности
Прикладное значение работы проявится в повышении эффективности решения следующих задач
Модель формирования эффективного ресурса влаги является инструментарием для разработки нормативов агроэкологической оценки орошаемых земель, технических средств и технологий полива, без которых невозможна их экономическая оценка и обоснование инвестиций в мелиоративно-водохозяйственный комплекс
Метод определения затрат на воспроизводство плодородия почв унифицирует расчеты и повышает адекватность учета различий в уровне плодородия почв при экономической оценке сельскохозяйственных угодий
Метод описания вертикального влагообмена и равновесного солевого баланса сводит к минимуму необходимость наиболее трудоемких экспериментальных полевых наблюдений, обеспечивая решения задач по диагностике мелиоративного состояния орошаемых земель и оптимизации мелиоративного режима в сложных гидрогеологических условиях
Внедрение разработанной шкалы оценки мелиоративного состояния повысит адекватность отражения в информации мониторинга орошаемых земель проявление процессов засоления и переувлажнения почв и даст возможность использовать ее в экономической оценке земельных ресурсов.
Модель потребительской стоимости информации о показателях плодородия почв сельскохозяйственных угодий является инструментарием для обоснования требований к качеству информации и оптимизации затрат при формировании государственных систем кадастра и мониторинга земель.
На защиту выносится ресурсный метод агроэкологической оценки орошаемых земель и оптимизации её информационного обеспечения включающий-1. Модель формирования эффективного ресурса влаги как инструментарий
агроэкологическои оценки орошаемых земель, технических средств и технологий управления водным режимом почв
Метод учета затрат на воспроизводство плодородия почв в цене производства растениеводческой продукции для земельно-оценочных работ
Метод описания вертикального влагообмена и равновесного солевого баланса для обоснования оптимальных параметров мелиоративного режима при близких грунтовых водах.
Метод диагностики вторичного засоления и переувлажнения орошаемых почв и оценочные шкалы по основным почвенно-геоморфологическим районам Поволжья
5 Модель потребительской стоимости информации о качественных характеристиках сельскохозяйственных угодий при формировании земельно-информационных систем и параметры оптимальной детальности наблюдений за эколого-мелиоративным состоянием орошаемых земель Поволжья
Реализация работ Основные результаты и практические рекомендации были использованы при составлении «Методических рекомендаций по оценке вторичного засоления орошаемых земель» (1987), «Временных рекомендаций по определению категорий мелиоративного состояния орошаемых земель среднего и нижнего Поволжья» (1987), «Методического руководства по методам контроля и критериям оценки мелиоративного состояния орошаемых земель Поволжья» (1991), используемых в системе гидрогеолого-мелиоративных партий региона, а также в разделах по мелиорации земель «Системы ведения агропромышленного производства Саратовской области» (1998)
Материалы диссертации использовались для разработки проектов строительства и реконструкции Старо-Полтавской оросительной системы в Волгоградской области, участков вертикального дренажа на Энгельсской оросительной системы, Бурдинской системы лиманного орошения, и ряда участков орошения в Краснопартизанском районе Саратовской области.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Втором форуме почвоведов России, Пущино, 1993, Всесоюзном совещании «Проблемы экологии, воспроизводства плодородия почв.. », Херсон, 1990, Всеросийских научных и научно-практических конференциях «Возрождение Волги», Саратов, 1998; «Агрогенная деградация почвенного покрова», Москва, 1998, «К 200-летию Российской АН», Саратов, 1999, «Повышению эффективности использования земель лиманного орошения», Саратов, 1999, «К 65-летию Энгельсской ОМС и 35-летию ГУ ВолжНИИГиМ», Энгельс, 2001, «Эволюция и деградация почвенного покрова», Ставрополь, 2002, «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства», Пенза, 2005, «Землеустроительное и кадастровое обеспечение », Омск, 2005; Вавиловских чтениях, Саратов, 2005, ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им Н И Вавилова, 2000-2007 Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 46 печатных работах.
Организация исследований Исследования по теме диссертации проводились в период работы в Волжском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации (ВолжНИИГиМ) СІ974 по 2000 гг, а также при обучении в
докторантуре СГАУ им Н И. Вавилова - 2004-2007 гг. Работа содержит результаты исследований, выполненных лично автором по заданиям организаций Мин-водхоза СССР, Минсельхоза РФ, в рамках Федеральных и региональных программ развития мелиоративно-водохозяйственного комплекса и повышения плодородия почв В работу включены также результаты производственного опыта, заложенного Федориной В М. в 1982 г и вьшолнявшегося с 1991 по 1999 гг. под руководством автора. Диссертационная работа является завершением экспериментальных исследований и теоретических обобщений
Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам лаборатории мелиорации почв и экологии к. с.-х. н Федориной В.М, к.б.н Галибину А Н, к. с -х н Романовой Л Г., Майоровой В В., Лимаревой ЛИ., Кижаеву В В, с которыми проводились экспериментальные исследования, а так же к т н. Фальковичу А С, Доржиеву В.С, участвовавших в разработке и реализации программ на ЭВМ, Хо-луденёвой О Ю и Кривкину А А. за помощь в оформлении диссертации
Автор искренне признателен за ценные консультации, помощь и поддержку академику ВАСХНИЛ [Егорову В В ], д. б. н. |Козловскому ФИ[, д с -х н Сини-
цыной Н Е, д с -х. н Решетову Г.Г, к с -х н [Платоновой Т К
Личный вклад автора заключается в разработке программы и методики исследований, проведении экспериментальных наблюдений, интерпретации и обобщении данных, разработке и реализации предложенных концепций агроэко-логической оценки орошаемых земель, потребительской стоимости информации при формировании земельно-информационных систем
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, восьми разделов, заключения, списка литературы, приложений Работа изложена на 430 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 70 таблиц, 15 приложений, список литературы включает 447 наименования, из них 13 на иностранном языке
Методология оценки плодородия орошаемых почв
В агроэкологической оценке земель и почв центральное место занимает комплексная оценка почвенного плодородия (включая и экологически обоснованные затраты на его воспроизводство), создание эталонов и моделей почвенного плодородия (В.И. Кирюшин, 1996; Д.С. Булгаков, 2000, 2002). Именно они формируют систему показателей, как основу для различных видов районирования агроэкологического плана, группировки почв, учёта площадей почв с различными качественными характеристиками. Обще признано, что внедрение моделирования и модельных представлений характеризует уровень зрелости любой науки. Конечная цель моделирования в агропочво-ведении состоит в том, чтобы глубже понять и количественно выразить функционирование почвы как открытой много компонентной динамической системы, исходя из сведений о ее составляющих.
Точное количественное описание почвообразовательных процессов и моделирование плодородия почв, как подчеркивали А.А. Роде (1976) В.А. Ковда (1989), Ф.И. Козловский (1991) очень затруднительно. Во-первых, из-за сложности системы, которой представляет почва. Во-вторых, из-за труд ностей измерений отдельных её свойств, скорости процессов. В третьих, трудно выбрать наиболее существенные показатели, которые должны быть измерены для того, чтобы охарактеризовать доминирующие процессы. Эти трудности начинаются с разночтений самого определения «плодородие почвы», как понятийно-терминологического аппарата в почвоведении, программировании урожая (управление продуктивностью) и в системе экономической оценки сельскохозяйственных угодий (Никитин Б.А., 1985; Фрид А.С., 1985; Семенов В.А., 1986; Шишов Л.Л. и др., 1991; Державин Л.М., 2001; Методические указания по проведению комплексного мониторинга...2003). В литературе встречаются ссылки на различные виды плодородия почв: естественное, искусственное, природное, базисное, эффективное, потенциальное, текущее, полное, экономическое. Разные авторы понимают их неоднозначно. Очевидно, что унификация возможна только на основе взаимной договоренности (Шишов Л.Л. и др., 1991). Прикладное использование этого термина, как категорийного понятия в вопросах оценки качества и управления продуктивностью земель, выявило целесообразность использования двух форм плодородия почв - «потенциальное плодородие» (за рубежом как его синоним используется термин «производительная способность почв») и «эффективное (действительное) плодородие» или «реальное плодородие» (Володин В. М., 1988).
Учитывая многоаспектность понятия плодородия почв, под ним понимается способность почвенного покрова удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде, воздухе, тепле, свете и физико-химических условиях и обеспечивать нормальные условия для их жизнедеятельности (Фрид А. С, 1985). Эта способность проявляется как на фоне вполне определенных экологических условий (приход фотосинтетически активной радиации, климатических условий и характеристик почвенного покрова), так и социально-экономических факторов (культура земледелия, обеспеченность материально-техническими и финансовыми ресурсами в хозяйстве).
Потенциальное плодородие - показатель относительно стабильный, определяемый прежде всего комплексом экологических факторов воздействия на растения, включая и свойства почвы на фоне средних многолетних климатических условий. В результате интенсивного мелиоративного воздействия (орошения, осушения, мелиорации солонцов или же техногенного загрязнения, заболачивания, засоления, эрозии) потенциальное плодородие почвы может существенно измениться за короткий период. Чтобы сделать более определенным понятие потенциального плодородия, его предлагается оценивать по интенсивности связывания энергии в системе почва - растение в оптимальных для фотосинтеза условиях (Володин В.М., 1988).
Как количественная характеристика природно-ресурсной обеспеченности урожайности растений в системе программирования урожая, величине потенциального плодородия соответствует действительно возможная урожайность (У сков И.Б, 1986).
Эффективное плодородие характеризуется степенью проявления потенциального плодородия в конкретных хозяйственных условиях на фоне реальных климатических условий. Из самого определения понятия следует, что оценке может подлежать только потенциальное плодородие почвы. Эффективное плодородие, будучи реально учитываемым показателем - урожайностью, в дополнительной оценке не нуждается. Вместе с тем, и критерием оценки потенциального плодородия может быть только урожайность.
Характеристика объектов исследований
В диссертационную работу включены результаты исследований автора, выполненных им в ВолжНИИГиМ за период 1974-2000 гг. и при обучении в докторантуре ФГУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова в 2004-2007 гг. Структура экспериментальных работ приводится в таблице 8.
Основная часть полевых экспериментальных исследований по количественному описанию вертикального влагообмена, водно-солевого режима орошаемых почв и пространственного варьирования показателей мелиоративного состояния проводилась на каштановых глинистых почвах Валуйско-го опытно-мелиоративного пункта (ВОМП) ВолжНИИГиМ и темно-каштановых суглинистых почвах Волжских террас на Энгельсской и Приволжской оросительных системах. Изучение баланса гумуса и агрофизических свойств орошаемых почв при различных вариантах управления пищевым режимом осуществлялось в длительном производственном опыте, в опытно-производственном хозяйстве ВолжНИИГиМ (ОПХ ВолжНИИГиМ). Характеристика этих базовых объектов исследований и основные положения методики их проведения приводятся ниже. Более детальное описание методики, где это необходимо, приведено в соответствующих разделах работы.
Валуйский опытно-мелиоративный пункт ВолжНИИГиМ (ВОМП) находится в Старополтавском районе Волгоградской области и известен как старейший (начиная с 1894 года) из крупных участков регулярного орошения в Поволжье. В геоморфологическом плане он приурочен к северной кромке Прикаспийской низменности с абсолютными отметками поверхности 19-20 м и расположен на второй террасе рек Еруслан и Соленая Куба.
Взаимосвязь показателей плодородия почв с параметрами переувлажнения Наблюдения на стационарных площадках 1993-1998 Совхоз «Мелиоратор» Темнокаштано-вые, терраса р.М. Караман
Взаимосвязь показателей плодородия почв с условиями формирования пищевого режима и баланса гумуса Производственный опыт 1982-1999 ОПХ ВолжНИИГиМ Темнокаштано-вые Волжскихтеррас
Общий характер рельефа равнинный со слабо выраженным уклоном от 0,0005 до 0,001 на северо-восток и юго-запад. У русла р. Еруслан местами развита неглубокая (около 2,0 м) овражная сеть с полузадернованными склонами. По всему участку отмечаются небольшие замкнутые западины и ложбины, которые можно отнести к элементам микрорельефа с амплитудами высотных отметок 15-25 см. Встречаются также отдельные лиманообразные понижения.
Характеристика климатических условий приводится в приложении Б по результатам наблюдений на метеостанции Костычевка, расположенной на территории ВОМП в 500 м от лизиметрического пункта м 3-4 км от участков, где проводились режимные наблюдения.
В геологическом строении участка принимают участие породы апшеронского (Ыгар), хазарского (Qnhz), хвалынского (Qmhv) ярусов. Глубина кровли отложений апшеронского яруса мощностью более 50 м колеблется от 14 до 18 м. Представлены они в основном темно-серыми и темно-бурыми глинами с прослоями разнозернистого кварцевого песка. Хазарские отложения, вскрываемые с глубины 6-10 м, представлены в основном мелкозернистым песком и супесью. Хвалынский ярус представлен шоколадными и желто-бурыми глинами, мощностью 4,5-10,0 м. Эти отложения характеризуются высокой засоленностью. По данным Щеглова Л.И. (1928), содержание в них одних только хлоридов натрия может достигать 2,0-2,4%.
Глубина залегания грунтовых вод колеблется на участке от 0,5 до 4,0 м. Основное их питание осуществляется водохранилищем р. Соленая Куба, разгрузка в русло р. Еруслан. Колебания уровня грунтовых вод (УГВ) в годовом разрезе обусловлено изменениями уровней поверхности в Волгоградском водохранилище и р. Соленая Куба, в меньшей степени поливами. Годовая их амплитуда не превышает 1,0-1,5 м. По классификации Д.М. Каца (1976), эта территория относится к искусственному типу режима грунтовых вод.
Сравнение современного УГВ на участке режимных наблюдений с результатами, полученными Б.А. Можаровским (1930) в 1929 году, свидетельствует о том, что подъем произошел только в прирусловых участках р. Еруслан. Это связано с подпором их уровня со стороны Волгоградского водохра 95 нилища. По химическому составу воды пестрые: от слабоминерализованных (1,5-3,0 г/л) до сильноминерализованных (25-30 г/л).
Почвенный покров ВОМП хорошо изучен, начиная с работ B.C. Богдана (1900), а впоследствии обследованиями и почвенно-мелиоративными исследованиями И.А. Щеглова (1928), Ю.Г. Лопато (1932), Н.И. Усова (1940), А.П. Бирюковой (1962), Н.С. Кистанова (1983).
На участке, где проводились исследования, почвенный покров представлен остаточно олуговелыми террасовыми каштановыми в разной степени засоленными почвами тяжелосуглинистого и глинистого состава. Характеристика основных свойств почв представлена в таблицах 9,10.
Мощность гумусового горизонта колеблется в пределах 32-42 см. Содержание гумуса в пахотном слое от 2,5 до 3,5%, в подпахотном снижается до 2,0%о и карбонатном (45-80 см) до 1,0%. Обеспеченность элементами питания средняя. Карбонатов в виде расплывшейся белоглазки встречаются с глубины 45-50 см, однако вскипание обычно начинается с поверхности.
Судя по анализам гранулометрического состава почв и грунтов (табл. 10), содержание частиц физической глины возрастает, достигая с глубиной 78-80%, при этом в их составе преобладает илистая фракция. Переход к горизонту шоколадных глин характеризуется заметным увеличением содержания илистых частиц. Тяжелый гранулометрический состав почв и грунтов обуславливает их высокую водоудерживающую способность. Значения наименьшей влагоемкости варьирует от 28-30% от веса в пахотном слое и горизонте шоколадных глин до 23%) в уплотненном горизонте 80-120 см. Интервал капиллярно подвижной влаги от НВ до ВРК составляет всего 3-4%, что характерно для глинистых грунтов (Роде А.А., 1965, Абрамова М.М., 1968). Высоки также значения максимальной гигроскопической влажности -10-12%. Гидрогеолого-мелиоративная обстановка на орошаемых участках
Учет пространственного варьирования влагозапасов и поливной нормы при описании водного режима орошаемых почв
Решить эту задачу на основе эмпирических зависимостей, сориентированных на традиционную схему полевого опыта, невозможно. Только для одного сочетания почвенно-климатических условий слишком много факторным и длительным должен быть эксперимент. Включить в систему оценки урожайности орошаемых земель влияние таких факторов, как параметры технического состояния гидромелиоративных систем и свойств почв, позволяет метод математического моделирования водопотребления культур на основе описания водного режима почв.
Ключевыми моментами этой задачи являются: - разработка модели формирования эффективного ресурса влаги (ЭРВ) в орошаемых почвах; - выявление связи между ЭРВ и показателями, используемыми для оценки уровня потенциального плодородия богарных почв.
Вычисление и количественное описание той части водного ресурса, которая участвует в биопродукционных процессах (транспирации) - ЭРВ, является необходимым условием корректности определения прироста агропроиз-водительной способности почв при орошении. Одновременно это создает условия и для эколого-экономической оценки технических средств и технологии управления водным режимом. Так как именно с потерями, то есть неиспользуемой (не эффективной) частью ресурса влаги связаны экологические издержки орошения - ирригационная эрозия, загрязнения водоисточников, инфильтрационные потери, ведущие к подъему грунтовых вод.
Необходимость привязки ЭРВ к действующей системе оценки качества богарных почв для определения агропроизводительной способности орошаемых земель объясняется следующими причинами. Обязательное условие применимости любого показателя урожайности для земельно-оценочных работ это привязка его к определенному уровню интенсификации производства. Таким образом устанавливается не только общественно необходимый уровень использования потенциального плодородия (агроресурсного потенциала земель), но и определенный уровень затрат на производство, что дела 109 ет их нормативными, то есть взаимоувязанными именно с этим уровнем урожайности.
Если результаты оценки сориентированы на использование среднеобластного уровня интенсификации производства, то показатель уровня потенциального плодородия почв - балл бонитета богарных почв (ББП) трансформируется в сопоставимую нормальную или кадастровую урожайность (Усп) через урожайную цену балла (ЦУБУ УСЛ=ББП-ЦУБ. (3.1)
Величина ЦУБ определяется по результатам очередного тура земельно-оценочных (кадастровых) работ и характеризует среднеобластной уровень использования потенциального плодородия почв. Чтобы агропроизводитель-ную способность орошаемых почв выразить величиной урожайности культур для соответствующего уровня интенсификации производства, используя для этого ЦУБ, необходимо количественный показатель агропроизводительной способности почв трансформировать в единицы измерения уровня плодородия богарных почв - балл бонитета. Для этого автор предлагает определить регрессионный параметр - цену эффективного ресурса влаги (ЦЭРББ) В количественном показателе уровня потенциального плодородия богарных почв по уравнению связи: "БПІ "БПІ ЦЭРББ » W / где ЭРВБШ - эффективный ресурс влаги для богарной почвы с баллом бонитета ББШ.
В этом случае, определив ЭРВ орошаемой почвы с соответствующими параметрами агрофизических свойств и уровня технического состояния орошаемого участка, мы получаем сопоставимую с богарным аналогом количественную оценку уровня потенциального плодородия в баллах бонитета (Бопд и соответствующую ему сопоставимую нормальную урожайность (УсРп) Бот Эрвот " Цэгвк (3 -3) 110 УсРп=Боп.Цун. (3.4)
Для высокой культуры земледелия, предполагающей использование интенсивных технологий и оптимизацию пищевого режима, нормативная урожайность богарных почв (Унд согласно «Методических рекомендаций по оценке качества и классификации земель ...,2003», определяется по формуле (1.5). В ней величина нормативной урожайности «привязывается» к базисной (УНБ) через соотношение агроэкологических потенциалов для оцениваемых и базисных условий. Смысл поправочных коэффициентов на мощность гумусового горизонта, содержание гумуса и гранулометрический состав пахотного слоя, учитывая оптимальность пищевого режима, состоит в оценке отклонений водно-воздушного режима почв от условий оптимальности. При определении агроэкологического потенциала (АП) наряду с суммой биологически активных температур (taK) и коэффициента континентальности климата (Кк) в качестве количественного показателя влагообеспеченности используется коэффициент увлажнения по Иванову с поправками (КУ-Р) (1.4):
Результаты полевых исследований водно-солевого режима орошаемых почв
Интегральным показателем влагообеспеченности посевов влагой, необходимым для их агроэколого-экономической оценки орошаемых земель, служит величина эффективного ресурса влаги - Еф. Соответствующие индексы означают, что в определении объема влаги на единицу площади, непосредственно участвующей в биопродукционных процессах (транспирации), учтено влияние лимитирующих факторов: а - агрофизических свойств почв; /? - организационно-технических условий орошаемого участка по обеспечению оптимального режима водоподачи; у - параметров впитывающей спо 120 собности почв и дождевальной техники, характеризующих равномерность распределения по площади поля дополнительного ресурса влаги.
Явно выраженная неравномерность в многолетнем и сезонном аспектах климатических факторов интенсивности водопотребления культур и его дефицита, делают необходимым определение не только абсолютных, но и относительных (приведенных) значений ЭРВ: Ё а =Е R IE,, (3.14) ару ару 0 v J где E0 - оптимальная величина транспирации і-той культуры для задаваемых климатических условий.
Определение ЭРВ связано с необходимостью учета большого числа факторов, влияние которых носит нелинейный и, как правило, стохастический характер. Это вынуждает при оценке влияния конкретного фактора на конечный результат - ЕаРу рассматривать всю систему «климат - почва - растение - проводящая сеть - техника полива». Функция отклика этой системы на поведение отдельного фактора будет иметь индивидуальный характер и может быть получена на основе прямого расчета, то есть путем решения прогнозной задачи. Общая схема взаимодействия факторов при оценке ЭРВ, в разработанной для этого модели имитационного эксперимента, приводится на рисунке 5.
Для описания влагопереноса используется модифицированная совместно с А.С. Фальковичем программа WAS-61, разработанная Л.М. Рексом и A.M. Якиревичем (Рекс Л.М. и др., 1984). Выбор именно этой программы, построенной на одномерной модели влагопереноса, обусловлен ее широким применением на практике при разработке мелиоративных прогнозов в зоне орошения (Мелиоративные системы и сооружения..., 1987; Гидрогеологические прогнозы, 1987; Расчет параметров дренажа..., 1990). В подборе и определении параметров, верификации модели участвовали Н.Ф. Рыжко, В.В. Майорова, Л.Г. Романова. Весь комплекс работ по разработке и апробации модели формирования ЭРВ проводился в рамках выполнения НИР по теме
«Разработать систему показателей уровня производительной способности мелиорируемых земель, методику экономической оценки ущерба от изменения эколого-мелиоративной обстановки при освоении территории» в 1991-1994гг., в которой автор был научным руководителем и ответственным исполнителем, а также координатором работ институтов соисполнителей (В.М. Янюк, 2000).
Реализация модели ЭРВ предполагает использование следующих информационных блоков: климатические условия, характеристика почв, растительный покров, параметры технического состояния орошаемого участка. Чтобы сделать модель общедоступной, ее реализация предполагает использование стандартного набора параметров, применяемого в разработке агро-почвенных разделов мелиоративных проектов.
Блок «Климатические условия» включает информацию по следующим параметрам: атмосферные осадки (О), мм; температура воздуха (/ С), град; дефицит влажности воздуха (d), мб; скорости ветра, (Ve), м/сек; относительной влажности воздуха ( р), %.
Используются средние декадные значения t, d и декадные суммы осадков для теплого (вегетационного) периода года (t +5 С) и ереднемноголетние значения Ve, для периода проведения поливов май - сентябрь.
Характеристика климатических условий базируется на ряде непрерывных наблюдений не менее чем за 20 лет.
Блок «Характеристика почв» включает информацию по следующим параметрам: разновидность почвы; уклон поверхности поля; плотность почв, г/см ; общая пористость, %; основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) - зависимость всасывающего давления от объемной влажности (Fp); зависимость коэффициента влагопроводности от объемной влажности (Fv); коэффициент фильтрации, м/сут.
При моделировании водного режима и баланса следует ограничиться минимальным числом расчетных слоев и, соответственно, характеризующих их гидрофизических параметров. Слоев должно быть, по крайней мере, три, а именно: верхняя часть корнеобитаемого слоя, которая предопределяет условия физического испарения влаги из почвы; собственно корнеобитаемый слой; подстилающая порода. Более детальная дифференциация целесообразна только при четко выраженных различиях по характеру влагопроводности отдельных горизонтов в указанных выше трех слоях (резкая смена гранулометрического состава и степени уплотнения).
Для аппроксимации кривой водоудерживания (ОГХ) используется формула, предложенная Пачепским Я.А. и др. (1982): W = , (3.15) ґРлг 1 + где W объёмная влажность; Р - всасывающее давление; в, Р - регрессионные параметры, определяемые методом нелинейной регрессии. Зависимость влагопроводности от влажности апроксимируется формулой, предложенной Пачепским Я.А. (1984): К р Ку= у, (3.16) \Р ) 1 + где Кф,Р , z - регрессионные параметры.
Авторы данной формулы предлагали в качестве параметра КФ использовать коэффициент фильтрации почвогрунта Кф. Однако, как показывают исследования (Фалькович А.С., 1989), аппроксимация экспериментальных данных значительно лучше, если этот параметр отыскивается как регрессионный. Поэтому введено обозначение КФ.
