Статья: Обобщенная модель управления потоками органического углерода и азота на мелиорированных землях (2024)

Цель: изучение особенностей формирования и трансформации мак-симального стока реки на основе эмпирических данных. Материалы и методы. В качестве исходных материалов использовались ряды наблюдений за уровнями и расходами воды по двум имеющимся гидрологическим постам Куйбышево (гидрологический пост 1) и Матвеев Курган (гидрологический пост 2) продолжительностью 51 год. В ка-честве методов обработки информации использовались статистические и теоретические, в т. ч. системного анализа и гидролого-географических обобщений. Результаты и обсуждения. Выполнено исследование, состоящее из четырех этапов: анализ гидрографических характеристик, построение графиков зависимости максимальных расходов Q = f(H), анализ гидрологических рядов и расчетных данных. В результате анализа гидрографических характеристик выявлена значительная разница в средних высотах водо-сбора и уклоне русла. При сопоставлении максимальных параметров по годам выявлено, что максимальный уровень, зафиксированный на гидрологическом посту, не соответствует максимальному расходу: на гидрологическом посту 1 максимальный уровень воды наблюдался в 1979 г. и соответствовал 2 % обеспеченности, при этом в том же го-ду расход 151 куб. м/с соответствовал 6 % обеспеченности, наибольший расход зафиксирован в 1970 г. и был выше на 30 куб. м/с, уровень воды соответствовал 4 % обеспеченности и был ниже на 0,49 м; на гидрологическом посту 2 максимальный уровень во-ды зафиксирован в 1985 г. при расходе 202 куб. м/с, соответствующем 6 % обеспеченности, максимальный расход наблюдался в 1964 г. при уровне воды на 0,38 м ниже максимального, что соответствует 12 % обеспеченности. Выводы. Приведенные в ста-тье материалы подтверждают, что использование коэффициентов вариации и асимметрии одного поста для среднемноголетних значений другого поста не совсем корректно, несмотря на то, что расположены они на одной реке на достаточно близком расстоянии.

Цель: разработка предложений по конструированию и методике расчета гидрометрических параметров трактов пригидроузловых рыбоходно-нерестовых каналов. Материалы и методы. Фактологическую основу работы составляют данные гидрометрических исследований Николаевского и Константиновского рыбоходно-нерестовых каналов и материалы технического обоснования проектов каналов при Багаевском и Кочетовском гидроузлах на р. Дон. Методическую основу исследований составили результаты авторских исследований и известные рекомендации по определению параметров трактов каналов с усиленной шероховатостью. Результаты. Гидрометрические параметры рыбоходно-нерестовых каналов принимаются и рассчитываются исходя из обеспечения необходимых условий для привлечения в каналы анадромных рыб, их прохода из нижних бьефов гидроузлов в верхние и нереста их части в трактах. В качестве таких параметров рассмотрены: расход, средняя скорость течения, глубина и ширина по дну, форма поперечного сечения и заложение откосов, уклон дна и длина канала, виды и размеры гравийно-галечного покрытия русла и элементов усиленной шероховатости. В результате исследования предложены рекомендации по назначению расходов, скоростей и глубин потока, выбору поперечного сечения канала, вида и размеров фракций гравийно-галечной смеси. Разработана методика гидравлического расчета тракта рыбоходно-нерестового канала для принятых условий его работы и с учетом обустройства русла элементами усиленной шероховатости. В порядке апробации методики проведен расчет гидрометрических параметров тракта условного рыбоходно-нерестового канала, обустроенного элементами усиленной шероховатости, со средней скоростью течения 0,9 м/с. Вывод. Предложены рекомендации по расчету гидрометрических параметров трактов рыбоходно-нерестовых каналов с элементами усиленной шероховатости и методика такого расчета, которые отвечают требованиям рыбоводно- биологических обоснований по формированию в их трактах условий для миграций и нереста рыб.

Цель: разработка методики физико-географического контроля дос-товерности определения границ рек и их специальных зон на территории Томской об-ласти. Материалы и методы. Исходными материалами послужили материалы режим-ных гидрологических (Росгидромет) и гидрогеологических (ФГБУ «Гидроспецгеология») наблюдений, результаты инженерных изысканий и обследований. Основные объекты – р. Томь у г. Томска, р. Васюган у п. Новый Васюган, р. Икса у с. Плотниково, р. Ключ у с. Полынянка. Дополнительно использованы данные по р. Обь, Парабель и ряду других притоков Оби. Результаты. Проведены расчеты положения береговой линии и границ зон затопления и подтопления долин ряда рек в Томской области. Выполнено сопоставление характерных уровней речных вод с гидрогеологическими, геоморфологическими и геоботаническими условиями в речных долинах, а также сравнение условий подтопления с преобладающими типами русловых процессов. Предложена методика физико-географического контроля достоверности определения границ береговой линии, водо-охранных зон, зон затопления и подтопления. Выводы. Показано, что определение положения береговой линии рек на территории Томской области может проводиться не толь-ко по данным о среднесуточных уровнях воды за период открытого русла, но и по данным о среднемесячных уровнях речных вод весенне-летнего половодья и летне-осенней меже-ни. Установлено, что среднемноголетний максимальный уровень и максимальный уровень обеспеченностью 1 % в целом соотносятся с рельефом, уровнями грунтовых вод и расти-тельным покровом речных долин. Выявлено, что вероятность подтопления в пределах долины увеличивается в случае пойменной многорукавности и свободного меандрирования и уменьшается при преобладании ограниченного меандрирования.

Цель: провести обзор по малоизученной мятликовой культуре – овсянице тростниковой (Festuca arundinacea Schreb.), не получившей широкого распро-странения в кормопроизводстве, но обладающей некоторыми преимуществами перед другими мятликовыми травами. Обсуждение. Овсяница тростниковая характеризуется высокой урожайностью семян и кормовой массы, продолжительным вегетационным пе-риодом, ранним отрастанием весной и способностью вегетировать до поздней осени, активной отавностью. Агроценозы овсяницы отзывчивы на орошение и высокий фон ми-нерального питания. Значение имеет и способность произрастать на солончаках и солонцеватых почвах. Ее широко используют для закрепления склонов и оврагов. Обеспечение оптимальных сочетаний факторов жизни растений создает условия для хорошего роста, развития и формирования высокой продуктивности на протяжении длительного времени, а также позволяет культуре сохраняться и преобладать в поливидовых агро-ценозах в самых разных почвенно-климатических условиях – от лесных и лесостепных до степных и полупустынных регионов. Овсяница тростниковая в естественных условиях хорошо произрастает во влажных местах. Это влаголюбивое растение хорошо выдерживает насыщенные влагой тяжелосуглинистые почвы. Регулирование водного режима посевов овсяницы обеспечивает более полное использование биологического потенциала культуры, что выражается в получении двух дополнительных укосов, по сравнению с ес-тественными условиями увлажнения. Используют овсяницу тростниковую в основном в виде сена, силоса и сенажа. Вывод. Возделывание овсяницы тростниковой на фоне внесения минеральных удобрений и орошения обеспечивает повышение урожайности в среднем до 15 т/га сухого вещества и до 2,5 т/га сбора сырого протеина. Широкое распространение этой ценной культуры в кормопроизводстве засушливых зон сдерживается отсутствием научно обоснованных рациональных способов создания высокопродуктивных травостоев и элементов технологии возделывания.

Цель: научное обоснование применения агромелиоративных прие-мов обработки светло-каштановых тяжелосуглинистых почв при возделывании риса с периодическими поливами дождеванием. Материалы и методы. Исследования проводились на опытном полигоне Всероссийского научно-исследовательского института орошаемого земледелия в 2022–2023 гг. на посевах риса сорта Сталинград 1 в двух-факторном эксперименте: фактор А (водный режим почвы) – два варианта и фактор В (обработка почвы) – три варианта. Применялись общепринятые методики закладки и проведения полевых исследований. Результаты. Сразу после посева риса плотность почвы в слое 0,0–0,6 м в зависимости от способа ее обработки изменялась в интервале 1,19–1,41 т/куб. м. Ми-нимальное значение плотности почвы в слое 0,0–0,6 м сложилось в варианте А₂В₃ и со-ставило 1,23 т/куб. м. Максимальное уплотнение почвы в этом слое 1,34 т/куб. м на-блюдалось в варианте А₁В₁. В период полной спелости зерна уплотнение почвы про-изошло во всех вариантах обработки. Минимальное ее уплотнение (1,34 т/куб. м), по сравнению с контролем (зяблевая вспашка), отмечалось при сочетании зяблевой вспашки и весеннего глубокого рыхления. Минимальные значения коэффициента водопотребления и затраты оросительной воды получены в варианте А₂В₃, и их численные значения составили соответственно 851,7 и 703,6 куб. м/т. Выводы. Установлено, что зяблевая вспашка на глубину 0,25–0,27 м в сочетании с весенним глубоким рыхлением на глубину до 0,40 м, в сравнении с традиционной зяблевой вспашкой в один прием, обеспечивает снижение плотности почвы в слое 0,0–0,4 м на 0,10 (после посева) и 0,12 т/куб. м (в период полной спелости зерна), это способствует повышению урожайности до 6,95 т/га и уменьшению затрат оросительной воды на 112,4 куб. м на образование 1 т зерна.

Цель: провести гидрохимический анализ и дать комплексную эко-токсикологическую оценку качества вод р. Качи. Материалы и методы. Содержание химических компонентов в поверхностных водах определяли методами титриметрического и фотоколориметрического анализов. Степень загрязненности поверхностных вод рассчитывали методом комплексной оценки по отдельным гидрохимическим показателям, вычисляя комбинаторный индекс загрязнения вод. Альготестирование производили путем измерения оптической плотности культуры микроводорослей хлореллы (Chlorella vulgaris Beijer). Для фитотестирования использовали семена двудольных растений – огурца посев-ного (Cucumis sativus L.), сои культурной (Glycine max (L.) Merr.) и однодольных – овса посевного (Avеna sаtiva L.). Анализировали тест-параметры: всхожесть и энергию прорастания семян, длину корней и проростков. Результаты. По данным гидрохимических показателей воды р. Качи были отнесены к олигогалинным, по величине удельного комбинаторного индекса (S′ = 1,15) – к слабо загрязненным второго класса. Значения коэффициента комплексности загрязненности вод на протяжении 2012–2018 гг. находились в пределах 12 %. В 2023 г. воды р. Качи были определены как воды средней жесткости (7,4 мг-экв/куб. дм), при этом отмечено снижение средней минерализации вод (566,1 мг/куб. дм) и улучшение их качества по содержанию общего железа (0,12 мг/куб. дм), что соответствовало предельно допустимой концентрации для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового значения. Альгоэффект вод дос-тигал 57 %, а фитоэффект – 87 %. Выводы. Использование биологических методов – альготестирования и фитотестирования – показало присутствие токсикантов в водах р. Качи от истока к устью. Отмечена необходимость дополнительного контроля качества речных вод при их использовании, в т. ч. для целей орошения.

Цель: гидравлические расчеты действующей водопроводящей сети каналов Черноземельской обводнительно-оросительной системы. Материалы и методы. Материалами к выполнению расчетов послужили: документация по эксплуатации Черноземельской обводнительно-оросительной системы, результаты натурных обследований каналов и данные инструментальных измерений уровней, скоростей и расходов воды в обследуемых створах распределительных каналов. Натурные исследования выполнены по общепринятым правилам и методикам проведения обследований, гидрометрических измерений и оценки состояния объектов мелиоративного назначения. Гидравлические расчеты каналов выполнены для условий равномерного движения вод-ного потока в их руслах на прямолинейных участках. Расчеты основных элементов жи-вого сечения каналов Черноземельской обводнительно-оросительной системы выполнялись с использованием данных паспортов и результатов натурных обследований этих каналов. Результаты. Для контрольных створов на Яшкульском и Гашунском распределительных каналах Черноземельской обводнительно-оросительной системы выполнены расчеты основных элементов живого сечения каналов, построены кривые зависимости расхода и средней скорости водного потока в каналах от глубины их наполнения, опре-делены допускаемые (неразмывающие и незаиляющие) скорости движения воды в кана-лах. Выводы. Для створа на Гашунском распределительном канале было установлено, что заиление его русла будет происходить при расходе водного потока Q < 2,75 куб. м/с и наполнении канала h < 1,0 м. При оценке русла Гашунского канала на подверженность размыву определено, что канал на участке контрольного створа может пропускать задан-ные расходы, не подвергаясь размыву. Проверка русла Яшкульского распределительного канала в контрольном створе на заиление и размыв показала, что его русло не будет под-вергаться размыву в рассмотренном диапазоне скоростей водного потока 0,62–1,14 м/с.

Цель: исследование способности аккумулировать наносы мелкозема, поступающие с поверхностным стоком талых и дождевых вод, гидротехническим сооружением в виде запруды в сочетании с мелиоративными защитными лесными насаждениями в условиях Ростовской области. Материалы и методы. Объектом исследований является гидротехническое сооружение в виде запруды, заложенное в 1982 г. под руководством профессора Е. В. Полуэктова на одном из ответвлений балки Большой Лог у поселка Степного Аксайского района Ростовской области. Схемой опыта были предусмотрены наблюдения за аккумуляцией объема и массы наносов в запруде и сравнение их со стоком на стационарной стоковой площадке. Уклон поверхности 2–3°. Применялись общепринятые методы исследования Г. В. Добровольского и методика Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации. Результаты. Исследования проводились в 1982–2023 гг. по трем периодам: 1982–1995, 1996–2004 и 2004–2023 гг. Использованы архивные наблюдения профессора Е. В. Полуэктова за первый и второй периоды, и проведены исследования в 2023 г. Установлены показатели объема и массы мелкозема, и получены зависимости, отражающие их поступление в запруду, по периодам наблюдений 1982–1995, 1996–2004 и 2005–2023 гг., определены темпы аккумуляции наносов в запруде за периоды наблюдений. Выводы. Многолетние исследования показали, что простейшие гидротехнические сооружения в виде запруд являются эффективны-ми, способны задерживать сток наносов в размере 15,59 т на 1 га водосбора, это состав-ляет 61 % от стока наносов на стационарной стоковой площадке – 25,63 т/га, т. е. количество наносов снизилось на 39 %. Полученные зависимости планируется использовать при разработке программы для ЭВМ для расчетов поступления наносов в запруду, а результаты исследований могут быть применены при проектировании таких гидротехнических сооружений.

Цель: разработка водозаборного сооружения для целей гидромелиорации земель в условиях забора воды из горных природных водных источников. Материалы и методы. Работа основана на теоретическом анализе гидрологической и геологической характеристики реки, который позволил провести расчет минимального стока, необходимого для стабильной работы водозаборного сооружения и гарантированного забора воды по периодам вегетации. Разработка конструктивных параметров водозаборного сооружения выполнена методом экспертной оценки с применением непараметрической статистики сравнением нескольких зависимых переменных. Определив требуемые качества для водозаборного сооружения, разработали конструкцию мелиоративного сооружения, адаптированную для условий горной и предгорной зоны Северного Кавказа. Результаты. Для достижения поставленной цели адаптирован статический метод анализа водозаборных сооружений, разработаны ведомости с факторной балльной шкалой для оценки экспертов. Коэффициент конкордации Кендалла составил 0,726, дан-ные согласованны, уровень значимости P меньше 0,05, различия между факторами существенны. Максимальную эффективность имеет послойно-решетчатый тип водозаборно-го сооружения. Разработана конструкция водозаборного сооружения донного типа, ис-ходя из гидрологического режима реки и способа подачи воды в систему. Данный тип сооружений демонстрирует высокую эффективность в условиях сложного рельефа местности и неустойчивого в течение вегетационного периода выращиваемых культур режима водного источника, обеспечивая стабильный забор воды при минимальном воздействии на экосистему. Выводы. Предложенная конструкция водозаборного сооружения может быть адаптирована к разным типам водных ресурсов и их колебаниям, что делает ее приемлемой для горных районов с переменным уровнем воды в природ-ных водных источниках. Минимальное воздействие на экосистему обеспечивается вы-сокой степенью очистки воды без значительных изменений в речных руслах.

Цель: изучение воздействия различных мелиорантов и их сочетаний, а также промывки на свойства почв рисовых чеков в лабораторных условиях для установления возможности дальнейшего их использования. Материалы и методы. В ходе данной научно-исследовательской работы было проведено почвенно-мелиоративное обследование земель рисовых чеков в Ростовской области. Анализы почвенных образцов выполнялись в эколого-аналитической лаборатории по общепринятым методикам. Для ла-бораторного опыта взяты почвы с различным химизмом, степенью засоления и степе-нью солонцеватости, разным содержанием гипса. Основываясь на результатах обследования почвенных образцов, в качестве мелиорантов использовали фосфогипс, электро-лит травления стали и их сочетания. Результаты. Промывки без мелиорантов способ-ствовали уменьшению общего содержания солей. На слабозасоленной почве хлоридно-сульфатного химизма их количество сократилось на 54 %, а на среднезасоленных почвах сульфатного засоления всего на 5 %. Мелиоранты, особенно фосфогипс, в незасоленных почвах увеличивали их количество в 5 раз, а в слабозасоленных – в 2,7 раза за счет накопления сульфатов кальция. В среднезасоленных гипсоносных почвах их накопление не наблюдалось. Электролит травления стали снизил их количество, по сравнению с контролем, на 18 %. Почвенный поглощающий комплекс незасоленных и слабо-засоленных почв оптимизировался, а в гипсоносных почвах практически не изменился. Выводы. Лабораторные опыты показали, что почвы хлоридно-сульфатного засоления, обладающие магниевой солонцеватостью и недонасыщенностью обменным кальцием в почвенном поглощающем комплексе, можно улучшить, используя в качестве мелиоранта фосфогипс и электролит травления стали, как наиболее доступные для земле-пользователей. Они способствуют образованию гипса, ускоряющему процессы замены обменного магния и натрия кальцием. Мелиорация высокозагипсованных почв с со-держанием гипса более 20 % и легкорастворимых солей более 1,0 % традиционными методами малоуспешна.

Цель: оценка удобрительной ценности осадков сточных вод (ОСВ). Материалы и методы. В качестве материала для исследований использовались ОСВ муниципальных очистных сооружений г. Новочеркасска с трехлетним сроком пребывания на иловой карте. Исследования проводились в рамках вегетационного опыта на почвах, отобранных с сельскохозяйственных угодий Аксайского района Ростовской области. По данным анализов, почвы являются недеградированными, незасоленными с низким со-держанием гумуса и средним содержанием питательных веществ. В гранулометрическом составе почв преобладают крупнопылеватые фракции. ОСВ, напротив, характеризуется высоким содержанием органического вещества и питательных элементов, в гранулометрическом составе преобладают песчаные фракции. В качестве тест-растений использовали редис и кресс-салат как наиболее чувствительные к присутствию загрязнений. Оценку биопродуктивности почв проводили по показателям всхожести семян, общей биомассы и средней биомассы на одно растение. Результаты и обсуждения. Отмечена наилучшая всхожесть семян растений в вариантах с добавлением к почвам ОСВ в сравнении как с контролем, так и с вариантом использования удобрений в аналогичных дозах по дей-ствующему веществу. Под влиянием ОСВ отмечены изменения в качественном составе почв: увеличилось количество нитратов, фосфатов, ионов кальция и сульфатов, вырос-ло содержание органического вещества. Выводы. Установлено положительное влияние ОСВ на растения: урожай редиса на фоне применения ОСВ вырос на 55 %, а на фоне применения азофоски – всего на 10 %; урожай кресс-салата вырос на 29 % на фоне применения ОСВ и на 2 % – на фоне применения азофоски. В вариантах с внесением ОСВ наблюдается повышение содержания органического вещества в среднем на 30 %. В образцах почвы с ОСВ отмечен рост по сравнению с контролем содержания азота на 30–59 %, фосфора – на 67–78 %, а при внесении азофоски в сравнении с контрольными образцами количество азота повысилось на 5–23 %, а фосфора в среднем на 50 %.

Цель: с использованием контуров увлажнения исследовать динамику влаги в почвогрунтах на дренажном слое при капельном орошении для экономии водных ресурсов и обеспечения равномерного полива культур. Материалы и методы. В основу исследования положена теория влагопереноса при воздействии капельного орошения на почвогрунт. Контуры увлажнения изучены в лабораторных условиях на почвенном лизиметре, с помощью которого выполнено моделирование геологического разреза орошаемой территории, представленной сформированными на галечнике аллювиальными луговыми почвами. Мощность галечникового слоя принята до 3 м. Выполнен регрессионный анализ движения влаги, и получена математическая модель, описывающая характер ее движения на дренажном слое. Расчетный объем влажного грунта определялся на основании контуров увлажнения как результат вычисления объема образованной фигуры вращения по картограммам на каждый час полива. Результаты. Получены данные о распространении влажности в почвенном профиле по часам полива, которые представлены на картограммах, построенных при помощи персонального компьютера. На картограммах выделены контуры с одинаковой влажностью – изолинии, на которых отображалась влажность: 5; 10; 40 %. Установлено, что вода при расходе капельницы 2,5 л/ч достигает дренажного слоя через 4 ч после начала полива. Построен график распределения влажности в объеме почвогрунта по часам, который отражает динамику распространения подаваемой из капельницы воды с постоянным ее расходом за 10 ч полива. Вывод. Исследована динамика распространения влаги при капельном поливе в условиях грунтов, расположенных на дренирующей подушке. В условиях опыта при продолжительности полива культур свыше 8 ч наблюдается неэффективное превышение поливных норм и увеличение проектной мощности системы капельного орошения.

Цель: разработка методики расчета поливной нормы при капельном орошении древесно-плодовых культур, обеспечивающей формирование в почвенном пространстве контуров увлажненной почвы с требуемыми геометрическими и влажностными параметрами. Материалы и методы. Эмпирическую базу для разработки методики составили материалы авторских исследований, посвященных определению геометрических размеров (параметров) контуров увлажнения почвы. Рабочая гипотеза исследования предусматривала определение нормы водоподачи на одну капельницу, одно древесно-плодовое растение и ряд культур в насаждении с последующим установлением нормы капельного полива на единицу площади капельно-орошаемого сельскохозяйственного угодья, учитывающей количество расположенных на нем капельных микроводовыпусков. Результаты и обсуждение. При определении геометрических параметров контуров влажности и нормы водоподачи в качестве факторов влияния рассмотрены основные почвенные и технологические параметры капельного полива и контурообразования (содержание в почве физической глины, ее наименьшая влагоемкость и плотность сложения, уровни дополивной и постполивной влажности почвы, заданная глубина увлажнения почвенного профиля и расход капельницы). Полученные авторские зависимости позволяют определить линейные, площадные и объемные размеры локальных контуров влажности и норму водоподачи, обеспечивающую в соответствующих условиях капельного полива образование в почвенной толще локального, первично формирующегося контура увлажнения с требуемой глубиной промачивания почвенного слоя. Исследование предложенной методики показало отклонение прогнозируемых параметров от опытных контуров увлажнения почвы в пределах ±10,0 %. Выводы. Разработана методика, позволяющая с приемлемой для практики точностью определять поливную норму для капельного орошения сельскохозяйственных угодий как сумму норм водоподачи всех капельных водовыпусков, орошающих 1 га сельскохозяйственных угодий.