Методика исследования комплексных мероприятий сельскохозяйственного природообустройства

Области исследований:

1. Исследование и обоснование необходимости и масштабов различных видов мелиорации земель: водных, химических, тепловых, физико-механических, биологических. Обоснование требований к различным видам изысканий, характеризующих свойства компонентов природы с учетом присущей им неоднородности.

2. Установление требований различных природопользователей к свойствам компонентов природы, к управляемым факторам плодородия почвы, качеству грунтов, поверхностных и подземных вод, воздушных масс.

3. Исследование методов и способов мелиорации земель, их влияния на свойства компонентов природы, развитие, функционирование и устойчивость геосистем (ландшафтов). Обоснование необходимости комплексных видов мелиорации, их роли в создании культурных ландшафтов, в которых гармонизированы деятельность человека и состояние природы, в создании культурного агроландшафта, как важнейшей техноприродной ресурсовоспроизводящей и средообразующей экосистемы.

4. Исследование водопотребления сельскохозяйственными культурами, разработка режимов орошения и осушения в различных природных зонах, исследование особенностей агротехники выращивания сельскохозяйственных культур, систем земледелия на мелиорированных землях.

5. Исследование оптимальных мелиоративных режимов на землях различного назначения, обеспечивающих достижение заданного технико-экономического эффекта и охрану окружающей среды.

6. Разработка методов долгосрочных прогнозов водного, химического, питательного, теплового и других режимов на мелиорируемых землях с учетом изменчивости природных условий, моделирования этих процессов, обоснования расчетной мощности (обеспеченности) гидромелиоративных систем, оценки надежности их функционирования.

7. Исследование способов и техники орошения и осушения земель, прогрессивных ресурсосберегающих и природоохранных приемов мелиорации, создания совершенных инженерно-мелиоративных систем.

8. Исследование способов расселения, раскисления, окультуривания почв, прогрессирующего повышения их плодородия, воссоздания растительного покрова, методов и способов борьбы с водной и ветровой эрозией, способов агролесомелиорации, биологических приемов мелиорации, фитомелиорации, создания экологической инфраструктуры на водосборах.
9. Разработка методов расчета элементов инженерно-мелиоративных систем, разработка их более совершенных конструкций.
10. Исследование и разработка методов, способов и техники мелиорации земель лесного и водного фондов, населенных пунктов, индустриальных, рекреационных, оздоровительных земель, земель обороны.

11. Исследование приемов борьбы с затоплением, подтоплением, размывом земель, с оползнями, селями.

12. Исследование способов обводнения территорий, водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод сельских населенных пунктов и сельскохозяйственных предприятий.

13. Исследование источников воды для орошения и обводнения, способов улучшения водоисточников, восполнения и улучшения качества поверхностных и подземных вод, водоприемников сбросных и дренажных вод, способов их утилизации.
14. Исследование образования, эволюции и свойств нарушенных земель как объектов рекультивации, природных и антропогенных биогеохимических барьеров; обоснование направления использования нарушенных земель.

15. Исследование этапов рекультивации земель (подготовительного, технического, биологического), оптимального рекультивационного режима восстанавливаемых земель.

16. Исследование технических мероприятий при рекультивации земель: структурно-проективных (профилирование, террасирование, вертикальная планировка, землевание, торфование, кольматаж, создание экранов и барьеров), химических, водных, теплотехнических.

17. Исследование биологических мероприятий при восстановлении земель, способов создания и улучшения культуроземов, урбаноземов.

18. Исследование способов технической рекультивации выработанных месторождений, карьеров,

торфяников, отвалов, нарушенных при строительстве земель, свалок и полигонов.

19. Исследование процессов загрязнения земель при разных видах природопользования, оценки степени загрязнения, особенностей миграции веществ-загрязнителей, моделирования процессов загрязнения.

20. Исследование технологии очистки земель, загрязненных тяжелыми металлами, нефтепродуктами, нитратами, радионуклидами, гербицидами и др.

21. Исследование технологий переработки отходов, их утилизации, способов захоронения.

22. Разработка методов расчета элементов инженерно-экологических систем на сильно загрязненных землях, разработка их более совершенных конструкций.

23. Исследование технологических приемов строительства инженерно-мелиоративных и инженерно-экологических систем, выполнения мелиоративных и рекультивационных мероприятий, рационального и безопасного использования средств механизации.

24. Исследование способов и технических средств эксплуатации инженерно-мелиоративных и инженерно-экологических систем, ремонта, реконструкции, автоматизации их работы, повышения надежности, рациональных приемов управления.

25. Исследование способов организации и средств охраны труда, техники безопасности при строительстве и эксплуатации инженерно-мелиоративных и инженерно-экологических систем.

26. Исследование и разработка способов и технических средств контроля за состоянием мелиорируемых, рекультивируемых и охраняемых земель, мониторинга этих земель.

27. Разработка новых методов исследований, приборного оборудования и технических средств для проведения научно-исследовательских работ.

28. Оптимизация водопользования и водораспределения на оросительных системах.

29. Разработка биолого-технологических основ земледелия на мелиорируемых землях, обоснование выбора севооборотов с учетом адаптивно-ландшафтного подхода, разработка специализированных мелиоративных севооборотов.
30. Оценка агроресурсного потенциала ландшафтов при проведении комплексных мелиораций.

31. Разработка и совершенствование моделей осушения, орошения и засоления почв, а также моделей роста и развития сельскохозяйственных растений с учетом факторов жизни и параметров природного объекта.

32. Совершенствование способов и технологий подготовки и обработки мелиорируемых и рекультивируемых почв (культуртехнические и планировочные работы, план-тажная вспашка, многоярусная пахота, глубокое рыхление, кротование, щелевание).

33. Исследование, разработка и совершенствование методов, способов и технологий информационного обеспечения управленческой мелиоративной деятельности.

34. Создание новых мелиорантов для восстановления деградированного почвенного покрова при засолении, осолонцевании, загрязнении тяжелыми металлами и нефтепродуктами.

Формирование научных гипотез при исследовании мелиоративных земель. Методика исследования оросительных систем земледельческих полей. Проведение н.и. работы по выбранной теме. Формирование научных гипотез при исследовании мелиорации с/х земкль.

Методика исследований – это совокупность подходов, способов и приемов проведения научных исследований [1]. Она отвечает на вопрос: как и каким образом проводить исследование. Методика исследований определяет: оборудование, приборы, количество опытов (повторностей), план работы, затраты времени и средств.

НАУЧНАЯ ГИПОТЕЗА — непротиворечивое эмпирическое или теоретическое утверждение, решение об истинности которого научным сообществом еще не принято. Самым простым способом удостоверяется истинность эмпирических гипотез, имеющих форму единичных высказываний о наличии

Орошение (ирригация) — подвод воды на поля, испытывающие недостаток влаги, и увеличение её запасов в корнеобитаемом слое почвы в целях увеличения плодородия почвы. Орошение, вместе с осушением, является основным видом мелиорации — гидротехническим[1]. Орошение улучшает снабжение корней растений влагой и питательными веществами, снижает температуру приземного слоя воздуха и увеличивает его влажность.

 

Орошение относится к гидромелиорации, которая представляет собой ряд мер, направленных на долговременное улучшение водного режима почвы с целью повышения её урожайности. Гидромелиорация осуществляется путём строительства инженерных гидротехнических сооружений, с помощью которых осуществляется просчитанное изменение или регулирование водного режима территории. Если орошение требуется осуществлять в местности бедной водными запасами, то предварительно следует провести обводнение территории, так как постоянная транспортировка требуемых для орошения объёмов воды была бы чрезвычайно неэффективной и дорогостоящей. С помощью же обводнения обеспечивается поступление воды естественным ходом, что позволяет её использовать в дальнейшем непосредственно в оросительных системах.

Эффективным является использование орошения вместе с другими видами мелиорации, например, с агролесомелиорацией, которая включает в себя создания защитных лесополос и участков. При этом возможно достичь не только улучшения почвенных условий, но и изменения в лучшую сторону микроклиматических условий, когда улучшается местный влагооборот в целом[3]. В засушливых регионах только увлажнения почвы может быть недостаточно, так как при действии сухих ветров испарение с поверхности растений усиливается, и скорость подпитки из корневой системы может оказаться недостаточной, что приводит к увяданию. Также можно отметить такие виды мелиорации как опреснительные мелиорации, которые заключаются в выведении из почвы вредных солей, и тепловые мелиорации, когда полив культур производится тёплой водой.

В целом, орошение применяется в самых различных участках по климатическим условиям. Очевидно, что наибольшая нужда в орошении наблюдается в регионах с жарким сухим климатом (аридный климат), характеризующихся малым количеством осадков (200—300 мм в год). Показатель увлажнения (отношение годовой суммы осадков к потенциальной испаряемости) меньше 0, 33, а дефицит испаряемости (разница между возможной испаряемостью за вегетационный период и продуктивно используемыми осадками) превышает 5000 кубических метров на гектар. В России к подобным землям можно отнести территорию Астраханской области. Данный климат типичен для государств Средней Азии, где основной культурой, выращиваемой с помощью орошения является хлопчатник.

Также орошение весьма эффективно в субаридных областях. Для них показатель увлажнения составляет меньше 0, 77, а дефицит испаряемости — 2000-5000 куб. метров на гектар. Климат в таких областях более благоприятный, чем в зонах аридного климата, однако раз в несколько лет здесь случаются засушливые периоды, что может наносить большой ущерб сельскому хозяйству. Орошение здесь играет несколько иную роль, служит не столько для создания возможности произрастания, сколько для выравнивания колебаний объёма получаемой продукции по годам и более эффективного использования земель с возможностью снимать урожай несколько раз в год. Определяющими культурами являются кормовые и зерновые[4].

В зависимости от местной ситуации возможны разные способы проведения орошений. Во-первых, может орошаться как целиком вся площадь угодий, что характерно для засушливого климата, так и отдельные участки определённых культур, что свойственно для более влажных климатических районов. Во-вторых, орошение может осуществляться единожды за год (так называемое лиманное орошение), при котором в почве создаётся необходимый запас воды, используемый растениями в течение года, или же орошение может производиться постоянно[5].

Режим орошения

В задачу орошения входит определение необходимого количества воды, требуемого для проведения оросительных работ с максимальной эффективностью. Для этого учитывают как местные климатические условия, так и вид орошаемых растений и требуемые ему условия для максимального произрастания и количества воды в разные периоды роста. Следует знать фазы развития той или иной культуры и обеспечивать требуемые условия для каждой из фаз. Можно выделить следующие фазы роста: прорастание, кущение, цветение и созревание. Наиболее водозатратной для злаковых культур является фаза кущения, тогда как, например, для хлопчатника — фаза цветения.

Различают поливную норму — количество воды, требуемое сельскохозяйственной культуре на один полив, и оросительную норму — весь объём воды на период орошения. Коэффициентом водопотребления называют количество воды, израсходованное растениями, на единицу урожая[6].

Оросительные системы

Оросительные системы в общем случае состоят из нескольких компонентов[7][8]:

Водоисточник — река, пруд, водохранилище, скважина, обеспечивающие требуемый объём воды

Водозаборное сооружение — регулирует забор воды в систему

Сеть линейных водопроводящих устройств — каналы, лотки, трубопроводы

Поливная сеть и устройства — непосредственно поливные полосы, борозды, чеки, ярусы, поливальные машины и устройства

Водосборно-сбросная сеть — для сбора и отвода поверхностного стока с участка

Дренажная сеть — для регуляции уровня подземных вод и отвода солей

Вспомогательные сооружения — для регулирования напора, расхода и объёма воды, очистные сооружения и пр.

Инфраструктура — дороги, лесополосы, сооружения энергоснабжения, производственные и жилые здания, пруды-накопители и пр.

Соответственно, можно выделить несколько типов оросительных систем в зависимости от применяемых компонентов. Например, если в качестве водозаборного сооружения используются насосные станции, то система является с механическим водоподъёмом, в отличие от самотечной системы. По типу открытости можно различить системы открытые, где используются каналы и лотки и закрытые, где используются трубопроводы. Также системы различаются по способу полива: поверхностного полива, дождевальные, рисовые, лиманного, капельного или внутрипочвенного орошения.

Почвенная влага

Изучение и прогнозирование свойств почвенной влаги является одной из важнейших задач в орошении, так как именно для её регулирования орошение и предназначено. К почвенной влаге относят влагу, содержащуюся в верхнем слое земли в пределах зоны аэрации. Ключевым параметром, характеризующим почвенную влагу, является её подвижность, в зависимости от величины которой почвенную влагу разделяют на кристаллизационную, твёрдую (лёд), парообразную, прочносвязанную, рыхлосвязанную и свободную. Задачей орошения является создание определённой влажности, которая бы обеспечивала максимальный урожай засеиваемой на данном участке сельскохозяйственной культуры. При этом выделяют несколько видов влажности почвы, что позволяет максимально точно рассчитывать её свойства:

Максимальная гигроскопичность позволяет оценить, сколько влаги может содержать почва прежде чем прекратится процесс впитывания

Наименьшая влагоёмкость показывает, сколько воды останется в почве, после того как стечёт вся гравитационная вода

Полная влагоёмкость определяет максимальное количество влаги, способное содержаться в почве

Влажность завядания — влажность, при которой прекращается процесс усвоения влаги из почвы определённым растением, соответственно, данная характеристика зависит не только от типа почвы, но и от сорта сельскохозяйственной культуры.

 

К основным способам орошения относится:

полив по бороздам водой, подаваемой насосом или из оросительного канала;

разбрызгиванием воды из специально проложенных труб;

аэрозольное орошение — орошение мельчайшими каплями воды для регулирования температуры и влажности приземного слоя атмосферы;

подпочвенное (внутрипочвенное) орошение — орошение земель путём подачи воды непосредственно в корнеобитаемую зону;

лиманное орошение — глубокое одноразовое весеннее увлажнение почвы водами местного стока.

дождевание — орошение с использованием самоходных и несамоходных систем кругового или фронтального типа.

Негативные экологические последствия

При ошибках в организации мелиорации оросительное земледелие может вызывать целую цепь негативных экологических последствий. Главными из них являются:

ирригационная эрозия;

накопление агроирригационного культурного горизонта почв;

вторичное засоление грунта и почвы;

заболачивание грунта и почвы;

загрязнение поверхностных и подземных вод;

обмеление рек;

оседание рельефа местности.

Вторичное засоление — одно из главных последствий орошения земель в условиях аридного климата[10]. Оно связано с подъемом минерализованных грунтовых вод к земной поверхности. Грунтовые воды, содержащие соли, начинают при этом интенсивно испаряться, в результате чего почва насыщается избыточным количеством солей. Острая экологическая проблема орошаемого земледелия — загрязнение поверхностных и грунтовых вод. Это результат полива угодий и использования воды для рассоления почв. Большинство рек, воды которых используются для орошения имеют минерализацию 0, 2—0, 5 г/л. В настоящее время их минерализация возросла в 10 раз, что привело к росту вторичного засоления. Проблемы засоления почв и вод усугубляются применением минеральных удобрений.

Сведение негативного экологического эффекта к минимуму возможно при правильном планировании и проведении орошения, так как большая часть недостатков не является органически ему присущей[11].

Технико-экономическое обоснование орошения

Экономическая эффективность мероприятий по орошению зависит от того, смогут ли дополнительные доходы, получаемые в результате проведения оросительных мероприятий, превзойти затраты на их осуществление. Соответственно, требуется иметь информацию о том, сколько средств потребуется вложить в строительство мелиоративной системы, представлять получаемый дополнительный объём продукции, а также рассчитать величину расходов, затрачиваемых на само производство сельскохозяйственной продукции.

Следует учитывать, что объём капитальных вложений в оросительные системы включает в себя не только средства на сами эти системы, но также и средства на создание соответствующей инфраструктуры, например, на создание внутрихозяйственной сети дорог, электрификацию, строительство дополнительных зданий для производственных нужд и проживания обслуживающего персонала и пр[12].

Годовые издержки на производство продукции при введении оросительных систем возрастают. Помимо обычных затрат на удобрения, посев, уборку и транспортировку урожая и т. п. появляются расходы на обслуживание самих оросительных систем, которые могут включать в себя затраты на оплату рабочих, на амортизацию оборудования, на дополнительные земляные работы (например, очистку каналов, нарезку временных оросительных сетей), на поливы.

В связи с этим перед введением систем орошения требуется тщательный анализ, сопровождающийся экономическими расчётами и технико-экономическим сравнением нескольких вариантов[12]. Для этого могут потребоваться данные о видах и площадях предполагаемых к орошению земель, оценка их мелиоративного состояния, геодезические работы по съёмке местности, с целью составления топографических планов и профилей угодий, данные о физико-химическом составе почв, геологические данные о грунтовых основаниях и уровне подземных вод.

Создание крупномасштабных оросительных систем требует участия специализированных проектных институтов и научной поддержки ввиду как значительных затрат, так и возможного кардинального влияния на природу и население региона. Извлечь максимальную выгоду из внедрения мелиорации возможно при общем развитии сельскохозяйственной отрасли, когда происходит внедрение современной сельхозтехники, создаются профессиональные кадры работников, а также развивается социальная сфера на селе[13].

Нормативно-техническое обеспечение орошения в Российской Федерации

В настоящее время работы по строительству, эксплуатации и содержанию оросительных систем регулируются сводом строительных норм и правил (СНиП) с сопутствующими нормативно-методическими документами (ведомственные строительные нормы (ВСН), пособия к СНиП, методические указания, большая часть которых сохранилась со времён государственного регулирования вопросов мелиорации. Стоит задача по созданию новых норм, отвечающих как современным требованиям и ситуации, так и находящихся в соответствии с требованиями Международных ассоциаций по стандартизации (ИСО). Однако появление в ближайшее время единого технического российского регламента по мелиорации в ближайшее время маловероятно. В настоящее время ведутся работы по разработке научно-методической основы для создания национальных стандартов, которые бы регулировали мероприятия по орошению, как составной части мелиорации в целом[14].

Земледельческие поля орошения и поля фильтрации. Земледельческие поля орошения (ЗПО) — это вид очистных сооружений, основанных на очищающих свойствах почвы и почвенной микрофлоры, воздействии солнца, воздуха и жизнедеятельности растений

Земледельческие поля орошения устраиваются и эксплуатируются на договорных началах между городскими коммунальными органами и совхозами или колхозами. При этом обычно коммунальные органы прокладывают магистральные закрытые трубопроводы, по которым сточные воды подаются на командные точки полей орошения. Эти трубопроводы эксплуатируются ими же. Вся же остальная оросительная сеть устраивается и эксплуатируется сельскохозяйственными органами, которые должны обеспечить круглогодичный и круглосуточный прием сточных вод для их утилизации и обезвреживания.

ПОЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ —территории, специально устроенные и предназначенные для биологической очистки сточных вод. П.ф. обычно не используются для иных целей. См. Поля ассенизации.

Земледельческие поля орошения. Земледельческие поля орошения устраивают на землях колхозов и оставляют в пользовании последних. Они служат для круглогодичного приема и обезвреживания сточных вод в процессе их сельскохозяйственного использования. Эти поля имеют невысокие нормы нагрузки на 1 га площади орошения, а также небольшой объем тла.нировочных работ.

Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками снижаются капитальные и эксплуатационные затраты; 2) исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади; 3) обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений; 4) вовлекаются в сельскохозяйственный оборот малопродуктивные земли.

Земледельческие поля орошения — это специально подготовленные и спланированные участки, на которых выращивают сельскохозяйственные культуры, а для орошения и удобрения используют сточные воды после их полной биологической очистки.

Земледельческие поля орошения принимают небольшую нагрузку сточных вод на единицу площади и требуют меньше затрат на их планировку и оборудование по сравнению с коммунальными полями орошения.

ПОЛЯ ОРОШЕНИЯ — см. Земледельческие поля орошения.

Поля фильтрации можно устраивать на земельных участках с естественным уклоном местности до 0, 02, однако наилучшими являются участки с уклоном от 0, 005 до 0, 015. Чтобы добиться равномерной и непрерывной подачи сточных вод на орошение участка, а также равномерного и непрерывного приема сточных вод, поступающих на поля за 6—8 ч ночного времени, можно использовать в качестве регулирующих емкостей типовые резервуары и накопители. Схема земледельческих полей орошения следующая: сточные воды поступают на очистную станцию, где проходят решетки, песколовку и первичные отстойники. После отстойников сточная вода самотеком или насосами подается на командные точки полей. Применяют вегетационный и вневегетационный полив. Для культур сплошного посева применяют вегетационный полив по мелким бороздам и полосам. Вневегетационный полив производят по глубоким бороздам и полосам, нарезанным вдоль горизонталей или близко к ним, с уклоном не более 0.005. На земледельческих полях орошения выращивают зерновые и силосные культуры, однолетние и многолетние травы, овощи, употребляемые после термической обработки (свекла, тыква, кабачки и др.), высаживают плодово-ягодные а декоративные деревья и кустарники.

Земледельческие поля орошения в настоящее время в отечественной практике получают все большее распространение, вытесняя, обычные коммунальные поля.

В Земледельческие поля орошения (ЗПО) —это специализированная мелиоративная система для приема предварительно очищенных сточных вод, используемых для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий, а также доочистки стоков в8 естественных условиях.

На земледельческих полях орошения разрешается выращивание технических, зерновых, кормовых и силосных культур, однолетних и многолетних трав, овощей, употребляемых в пищу после термической обработки (свекла, тыква, кабачки, баклажаны и т. д.), капусты (не применяемой для салата в свежем виде), картофеля, плодово-ягодных и декоративных насаждений и других культур. Запрещается выращивание овощных культур, употребляемых в пишу без термической обработки (морковь, петрушка, брюква, репа, редис, лук, сельдерей, огурцы, помидоры, салат и др.), а также бахчевых культур (арбузы, дыни) и ягод (земляника и клубника). При сборе урожая с орошаемых участков нельзя складывать овощи на землю. Их следует укладывать непосредственно в тару или на специальную подстилку.

МЕЛИОРАЦИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ, ПОЧВ система организационно-хозяйственных, агрономических итехнических мероприятий для коренного улучшения неблагоприятных природных условий мелиорируемыхземель путем регулирования их водного (и связанных с ним воздушного, пищевого и теплового) режима иобеспечения повышения плодородия почвы. К мелиорации относятся осушение и орошение почвы(ирригация), регулирование рек и поверхностного стока вод, укрепление сыпучих песков и оврагов, а такжекоренное улучшение химических свойств почвы (известкование кислых почв, гипсование засоленных почв идр.).

 

16 Формирование научных гипотез при исследовании мелиоративных земель.

Научные исследования – для развития мелиорации

Было выставлено шесть лотов по темам: проведение исследований и разработка предложений по совершенствованию системы безопасности и эффективности функционирования мелиоративных систем, гидротехнических сооружений; проведение исследований, разработка комплекса технологических и технических решений в целях снижения энергоемкости эксплуатации мелиоративных систем и гидротехнических сооружений; проведение исследований, разработка инновационных технологий строительства, реконструкции и технического перевооружения мелиоративных систем и гидротехнических сооружений; совершенствование нормативно-правовых документов в части сокращения сроков и затрат по оформлению права собственности на бесхозяйное имущество; проведение исследований и разработка системных мероприятий по вовлечению деградированных земель в сельскохозяйственный оборот на адаптивно-ландшафтной основе; разработка современных технологий ускоренного восстановления продуктивности выбывших из оборота сельскохозяйственных угодий, опустыненных пастбищ и сенокосов комплексными методами проведения инновационных приемов по био- и фитомелиорации и агролесомелиорации.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: