Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агрофизические основы регулирования гидротермического режима почв

ВАК РФ 06.01.14, Агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Агрофизические основы регулирования гидротермического режима почв"

На правах рукописи

РГЗ од

1 НОЯ

ГОРЯЕВ Владимир Егорович

АГРОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ

Специальность - 06.01.14 - агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва »1997

Работа выполнена в Алтайском государственном аграрном университете и Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова.

Официальные оппоненты:

— доктор биологических наук Е В. Шеин;

— доктор биологических наук А.И. Поздняков;

— доктор биологических наук C.B. Макарычев.

Ведущая организация:

Почвенный институт им. В.В. Докучаева.

Защита состоится « Ш» /оС 1997года в « Ю » часов

в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д.053.05.31 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения. Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан « (Ь » V_ 1997 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба присылать по указанном)7 адресу.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор Лебедева Л. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Повышение плодородия земель в условиях резко континентального климата Юго-Западной Сибири требует целенаправленного регулирования гидротсрмического и питательного режимов почв. Для разработки методов мелиоративного регулирования теплового, водного и газового режимов почв необходимо изучить закономерности тепло- и массообменных процессов в промерзающих почвогрз'нтах с учетом их генетических особенностей, теплофизических свойств и метеорологических параметров приземного слоя атмосферы.

Тепло- и массообменные процессы, динамика промерзания и оттаивания почв Юго-Западной Сибири изучены недостаточно. Ограничены знания о процессах влагопереноса и аэрации подмерзлотной зоны почвогрунтов, что сдерживает разработку эффективных агротехнических приемов и средств обработки почв в осенне-зимне-весенннй периоды.

Актуальность исследований тепло- и массообменных процессов в почве и на ее поверхности обусловлена также возможностью использования перепадов температуры в почвогрунтах и атмосферного давления в приземном слое воздуха в качестве определяющих факторов регулирования режимов движения жидкой и газовой фаз почвы.

В целом, изучение закономерностей регулирования тепло- и массообменных процессов в почвогрунтах в период их промерзания, оттаивания и на поверхности почвы в условиях конденсации атмосферной влага необходимо, как для расчета и оценки параметров гидротермического и газового режимов почв, так и для разработки способов и средств их регулирования.

Цель работы. Изучение тепломассообмена и методов регулирования гидротермического режима почв в условиях резко континентального климата Юго-Западной Сибири.

Задачи исследований:

1. Экспериментально изучить особенности промерзания, оттаивания и водовоздушный режим подмерзлотной зоны почв.

2. Выявить закономерности и установить взаимосвязь параметров процесса тепло- и массопереноса в промерзающих почвогрунтах. Разработать методы оценки величины зимней влагозарядки почв.

3. Изучить механизм, закономерности термоградиентного движения почвенной влаги с учетом сезонных и суточных изменений

термодинамических параметров почвы и приземного слоя воздуха и на ич основе обосновать физические методы регулирования гидротермического режима почв.

4. Разработать методы и средства для экспериментального изучения водовоздушного режима промерзающих почвогрунтов, а так же для изучения тепло- и массообмена на поверхности и в глубинных слоях почвы в летний период.

5. Разработать приемы регулирования гидротермического режима почв и обосновать перспективные направления их мелиорации.

Объекты и методы исследований:

Объектами исследований явились черноземы Приобского плато, предгорий Алтая и Салаира, а также каштановые почвы Центральной Кулу иды.

Для изучения водовоздушного режима промерзающих почв разработан метод зондирования подмерзлотной зоны и лабораторно-полевое оборудование, позволившие изучать параметры тепло- и массообмена в подмерзлотной зоне через сквозные полости, соединяющие подмерзлотную зону с атмосферой.

Водно-физические свойства почв определялись с использованием принятых в почвоведении методик.

Полевые производственные опыты осуществлялись с использованием сельскохозяйственной техники и специального оборудования (тер-мобур, буровая каретка, компрессоры, буровая установка).

Работа выполнялась в соответствии с планом НИР по научно-техническим программам ГКНТ и Комплексной программы «Сибирь» СО АН СССР. Автор являлся научным руководителем и ответственным исполнителем программ: «Методы управления миграцией и сохранения почвенной влаги в интенсивных технологиях» (3.04.02.01), «Новый вид органического удобрения на основе суспензии микроводорослей» (3.04.02.05) и темы гос. per. № 81067819.

На различных этапах работа выполнялась с участием В. А. Демина, П.И. Кострова и студентов гидромелиоративного и агрономического факультетов Алтайского сельскохозяйственного института (с 1992 года - Алтайский государственный аграрный университет). Всем им автор выражает благодарность. Автор выражает также особую благодарность коллективу кафедры физики и мелиорации почв МГУ им. М.В. Ломоносова, а так же д.с.-х.н. Л.М. Бурлаковой за научные консультации, заботу и внимание.

Научная новизна. Впервые теоретически и экспериментально иззчен механизм и природа возникновения разрежения (вакуума) в подмерзлотной зоне почв Юго-Западной Сибири. Разрежение обусловлено конденсацией паров почвенного воздуха, термическим сжатием фаз почвы и снижением уровня грунтовых вод. Экспериментально на физических моделях и полевыми опытами выявлено, что аэрация подмерзлотной зоны позволяет ликвидировать в ней вакуум, предотвратить нисходящую миграцию влаги из оттаивающей почвы и сохранить ее зимнюю влагозарядку. Получены экспериментальные данные о воздухопроницаемости подмерзлотной зоны черноземов Приобья и предгорий Салаира. Обнаружена способность корневой системы многолетних растений осуществлять аэрацию подмерзлотной зоны, обеспечивая сохранность влаги в оттаивающей почве. Впервые получены расчетные и экспериментальные данные о величине влагозарядки промерзающих почв в условиях регулирования их гидротермического режима.

Изучен механизм и закономерности внутрипочвенного восходящего тепло- и массоиереноса промерзающих почв. Математическим моделированием выявлено, что внутрипочвенный влагоперенос обусловливает снижение темпа и глубины промерзания почвогрунта.

Механизм термоградиентного движения почвенной влаги в общем случае характеризуется изменением термодеформационных состояний твердой фазы почвы и движение влаги обусловлено работой объемных сил воздействия твердой фазы на адсорбированную прочносвязанную влагу, а через нее и на подвижные формы влаги.

Произведена оценка изменений почвенного влагопереноса под влиянием сезонных и суточных изменений термодинамических параметров почвы и приземного слоя воздуха. Определены параметры мелиоративного регулирования тепло- и массоиереноса в глубине и на поверхности почвы. Предложена методика расчета режима орошения почвы атмосферной влагой.

Обоснованы перспективные направления и режимы комплексной мелиорации почв, включающие, наряду с регулированием гидротермического режима, внесение в них ионизированных растворов минеральных удобрений и почвенных микроорганизмов.

Защищаемые положении:

1. Обоснованы механизм и природа возникновения вакуума в подмерзлотной зоне промерзающих почвогрунтов и сопряженная с этим

явлением возможность мелиоративного регулирования аэрации и гидротермического режима почв.

2. Механизм, закономерности и взаимосвязь параметров сезонного тепло- и массопсреноса почв. Энергетическая оценка механизма термоградиентного передвижения почвенной влаги.

3. Комплекс расчетных и экспериментальных методов определения параметров тепло- и массопереноса почв.

4. Агротехнические приемы мелиоративного регулирования гидротермического режимов почв.

Практическая значимость работы. Выполненные исследования явились основой создания практических рекомендаций и методов мелиоративного регулирования гидротермического, воздушного и питательного режимов почв.

Разработаны методы и лабораторно-полсвос оборудование для экспериментального исследования вакуума и аэрации подмерзлотной зоны почвогрунтов, для изучения их водо- и воздухопроницаемости, позволяющие определять технологические параметры регулирования гидротермического и газового режимов почвы.

Разработаны, опробованы и внедрены в производство способы и технические средства, позволяющие регулировать процесс промерзания, оттаивания, аэрации и у влажнения почв с целью их мелиорации. Сущность способов заключается в интенсификации процесса передвижения влаги и теплоты из глубинных слоев почвогрунта в промерзающую почву за счет полосного обнажения ее от снежного покрова и последующем сохранении накопленной влаги путем аэрации подмерзлотной зоны в начальный период оттаивания почвы. При этом аэрация подмерзлотной зоны достигается диффузией атмосферного воздуха через искусственно создаваемые полосы ускоренного оттаивания почвы (снежная мелиорация) или полости (скважины), соединяющие подмерз-лотную зону с атмосферой. Рекомендуется также метод полосного размещения сельскохозяйственных культур в севооборотах.

Широкомасштабные производственные опыты и результаты внедрения разработок в хозяйствах Алтайского края показали возможность повышения содержания продуктивной влаги в почве к моменту сева сельскохозяйственных культур на 20...40%. Регулирование гидротермического режима почв позволяет ускорить достижение физической спелости почвы и на 5...7 дней приблизить дату сева и

уборки сельскохозяйственных культур. При этом достигается повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 20...45%.

Разработанные способы и технические средства защищены авторскими свидетельствами, патентами Российской Федерации, экспонировались на ВДНХ СССР, XII Всероссийской выставке НТТМ (Пермь 1989), ВДНХ Алтайского края, в ВУЗах РФ, высоко оценивались в хозяйствах и на конкурсах.

Апробация результатов. Материалы диссертации доложены на Делегатском съезде ВОП (Новосибирск, 1989), на конференциях международного, всероссийского и регионального уровней, на объединенных семинарах лабораторий и отделов научно-исследовательских и проектных институтов г. Барнаула и г. Новосибирска, в лаборатории диагностики почв Почвенного института им. В.В. Докучаева (г. Москва, 1986). на техсоветах колхозов, совхозов и в структурах управления Агропромышленным комплексом Алтайского края и Кемеровской области. Практически ежегодно материалы диссертации докладывались на научных конференциях ВУЗов г. Барнаула.

Научно обоснованные рекомендации и изобретения по теме диссертации использованы при разработке проектов землеустройства и мелиорации земель институтами ЗапСибНИИГипрозем и Алтайгипроводхоз.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 печатные работы, в том числе 26 изобретений.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений. Работа изложена на 240 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы, 43 рисунка, приложения занимают 14 страниц. В списке литературы 181 источник, из них 24 на иностранных языках. Приведен список 26 изобретений и патентов.

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ ПРОМЕРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ ПОЧВ

Экспериментальному изучению режимов промерзания почвогрун-тов посвящен ряд работ в области геокриологии и почвоведения (Воейков, 1871, 1889; Цитович, 1937, 1973; Шульгин, 1938, 1954, 1967; Сум-гин и др., 1940; Морозов, 1941; Рихтер, 1948; Разумова, 1953, 1960, 1963; Панфилов, 1973, 1988; Smith, 1943; Vries, 1957; Gass, 1984 и др.). Наибольший вклад в изучение климата и физических свойств почв

Юго-Западной Сибири внесли работы A.M. Шульгина и В.П. Панфилова. Однако до настоящего времени воздушный режим мерзлотного слоя и подмерзлотной зоны, а также механизм внутрипочвенного влагопере-носа промерзающих почв остаются слабоизученными.

Нами экспериментально установлено, что процесс промерзания почв Юго-Западной Сибири сопровождается образованием воздухонепроницаемого мерзлотного слоя, оттаивание которого происходит при встречном продвижении сначала нижнего, а позже - верхнего фронта оттаивания. Обнаружено ранее неизученное явление образования разрежения (вакуума) в подмерзлотной зоне. Зондирование давления в подмерзлотной зоне осуществлялось через скважины, соединяющие подмерзлотную зону с атмосферой, с использованием специально разработанного оборудования, включающего вмораживаемые зонды и жидкостные манометры (рис. 1а).

Природа и механизм образования вакуума в подмерзлотной зоне почвогрунтов обусловлены конденсацией паров почвенного воздуха, термическим сжатием твердой и газовой фаз почвы и снижением уровня грунтовых вод за счет отсутствия

хвакуум

б)

Рис 1. Зонд для замера давления в подмерзлотной зоне (а) и лабораторная модель мерзлотного состояния почвогрунта (б)

1 - трубка погружная; 2 - мерзлотное уплотненно; 3 - г.робковый кран; 4 - жидкостный манометр; 5 - мерная емкость с водой; 6 - колонка цилиндрическая; 7 - промерзшая почва

их инфильтрационной подпитки в зимнее время.

Миграцию влаги из оттаивающей почвы изучали с помощью физической модели, выполненной в виде изолированной цилиндрической колонки (трубы), наполненной промерзшей почвой и погруженной в мерный сосуд с водой. Модель предусматривает регулирование величины разрежения в подмерзлотной зоне, образованной воздухонепроницаемым промерзшим слоем почвы и столбом воды в колонке (рис. 16).

Экспериментально на полевой модельной системе выявлена способность многолетних растений (люцерна) обеспечивать диффузию

атмосферного воздуха через промерзшую почву в подмерзлотную зону при их нагреве весенней солнечной радиацией. Модельная система выполнена в виде изолированного наземного пленочного укрытия с возможностью создания и замера избыточного давления воздуха над поверхностью почвы с многолетними растениями (рис. 2).

Опытами на

физических моделях, имитирующих промерзший почвенно-грунтовый комплекс, было выявлено, что при оттаивании почвы наблюдается нисходящая миграция влаги в зону грунтовых вод с резким подъемом их уровня. Проникновение атмосферного воздуха в подмерзлотную зону способствует исчезновению в ней вакуума и предотвращает нежелательную нисходящую миграцию почвенной влаги.

3 ф 5 Для эксперименгаль-

О Д/ ного изучения воздухопро-

ницаемости подмерзлот-ной зоны почв разработан метод компрессионной аэрации, позволяющий в условиях нестационарного режима нагнетания воздуха определять коэффициент его диффузии и давление в подмерзлотной зоне. Метод компрессионной аэрации осуществляется барометрическим анализатором, снабженным ре-для закачки воздуха в

■ Промерзший слой

: 11 . • Лодмерзлотнэя зона ■ • Рис. 2. Схема полевой модельной системы для изучения воздухопроницаемости корневой системы многолетних растений

1 - пленочное укрытие; 2 - уплотнение; 3 - трубка закачки воздуха; 4 - жидкостный манометр

Рис. 3. Схема компрессионного анализатора для изучения воздухопроницаемости подмерзлотной зоны почв

1 - зонд; 2 - трубка для залива воды; 3 - трехходовой кран; 4 - камера сжатого воздуха; 5 - жидкостный манометр

зиновои камерой переменного подмерзлотную зону (рис.3).

объема

Р, 102 Па,

Для сравнительной оценки коэффициента диффузии воздуха в подмерзлотной зоне различных почвогрунтов разработана эталонная модель подмерзлотной зоны почвогрунта в виде сухого кварцевого песка (фракция 0,25...0,50 мм) с известным коэффициентом диффузии Дэ -= 0,0399 см^/с.

Экспериментально выявлена экспоненциальная зависимость изменения давления в подмерзлотной зоне во времени при закачке сжатого воздуха с давлением, соответствующим перепадам атмосферного давления в Юго-Западной Сибири (0...4,9 кПа или 0...50 см вод. ст.). Характерные экспоненциальные кривые воздухопроницаемости подмерзлотной зоны почв и пример графической экстраполяции приведены на рис. 4.

Отличительной особенностью предложенного метода является то, что он позволяет последовательно, по мере углубления границы промерзания, определять коэффициент диффузии воздуха в различных почвенных горизонтах. Соотношение коэффициентов диффузии воздуха в двух видах почв Д\, Д2 ив эталонном грунте Дэ определяется выражением.

Д= 0,0399 см /с Д= 0,0271 см2/с Д=0,0219 ш2/с 3,00917 ш2/с

60 30 100 120 140 г. с

Рис. 4. Экспериментальные кривые воздухопроницаемости подмерзлотной зоны почв

1 - эталонная модель почвы (кварцевый песок фр. 0,25...0,50 мм); 2, 3 - чернозем предгорий Салаира (2 - глубина 32 см; 3 - глубина 45 см); 4 - чернозем Приобья (глубина 60 см)

А~ Дг

наклона

А

Дэ

(1)

&аэ

полученной логарифмированием

1т2

где а - угол наклона прямой, экспоненциальной кривой воздухопроницаемости, к оси времени.

При аэрации подмерзлотной зоны сжатым воздухом с давлением 0,12 МПа и расходом 0,083 нм3/с фронт избыточного давления распространяется в подмерзлотном слое высотой около 10 мм с интенсивностью 13,2 м2/с.

Результаты экспериментальных данных о воздухопроницаемости подмерзлотной зоны почв явились основой разработки физических методов регулирования ее термодинамических параметров.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕХАНИЗМ ВЛАГОПЕРЕНОСА ПРОМЕРЗАЮЩИХ ПОЧВ

Известные решения математической задачи промерзания влажного грунта выполнены с учетом его неизменной влажности (Лыков, 1967). Для реальной оценки динамики и глубины промерзания почв в работе рассмотрено решение Стефана с учетом возрастающей влажности почвы на величину АЛ' для конкретного отрезка времени. Решение математической задачи сводится к определению глубины промерзания почвы /? в зависимости от времени промерзания по уравнению:

Ь = рЛ (2)

Коэффициент пропорциональности Д характеризующий скорость углу бления фронта промерзания, зависит от тсплофизических свойств промерзающей почвы и определяется аналитическими расчетами или графическим решением задачи промерзания (рис. 5, 6).

Исходными данными для расчета глубины промер-ания является среднестатистическая температура поверхности промерзающей почвы Тс, температура грунтовых вод Т0, температура замерзания почвы Т3 и ее теплофи-зические свойства (плотность р, коэффициент теплопроводности Я, коэффициент температуропроводности а, объемная теплоемкость С, влажность IV). В решении задачи индекс «1» относится к промерзшей зоне, индекс «2» - к талой зоне почвогрунга.

р 24а[. . г тз-тс

Рис. 5. Схема расчета глубины промерзания почвы

Величина влагопереноса Д IV в методе графического определения р (рис. 6) оценивается углом наклона прямой:

у2 = ^-Ка-р, (3)

где Ка - критерий Коссовича, который дополнен нами составляющей влагопереноса Д IV и определяется выражением:

Л\\' + МУ)р2

К° с1Р1(т2-тс)

(4)

Тс т,

р?

У. 2 Сг Щ

/ 1

УГВ

Математическим моделированием установлено, что учет внутрипочвен-ного влагопереноса позволяет уточнить известное решение задачи промерзания грунта (решение Стефана) адекватно реальным физическим процессам и показать, что внут-рипочвенный влагоперенос обуславливает снижение темпа и глубины промерзания почвогрунга.

Природа и механизм термоградиенгного внутри-почвенного влагопереноса обусловлены термодеформа-Рис. 6. Графический способ определения ционными изменениями объ-глубины промерзания почвы ема твердых частиц почвы.

Пусковой механизм движения поровой влаги характеризуется работой объемных сил воздействия поверхности твердой фазы на адсорбированную прочносвязанную влагу, а через нее и на подвижные формы влаги при изменении температуры почвы. Для изучения влияния физических свойств почвы на термоградиентное передвижение влаги на основе первого закона термодинамики рассмотрено соотношение работы А А и изменении внутренней энергии твердых частиц с,И/ и получен

„ АЛ агЕЫ комплексный критерии IIэ - - —-—, позволяющий оценивать

с/(У С

способность почв совершать работу по передвижению влаги. Показано,

что почвы, содержащие минералы с высокими значениями модуля упругости Юнга Е, коэффициента термического расширения (сжатия) а и меньшей объемной теплоемкостью С обладают более высокой способностью совершать работу по передвижению влаги при изменении температуры АТ и наоборот.

Изучены закономерности и установлена взаимосвязь параметров процесса термодиффузионного влагопереноса промерзающих почво-грунтов и на их основе разработана методика расчета величины влагопереноса парообразной и жидкой форм влаги. Подвижная форма влаги с количественным значением ниже влажности разрыва капилляров (ВРК) передвигается преимущественно в парообразной форме (пародиффузионный влагоперенос), а основная масса капиллярной и капиллярно-гравитационной влаги передвигается в парообразной и жндкой форме. При полной влагоемкости процесс переноса жидкой фазы протекает более интенсивно, так как отсутствуют воздушные полости, демпфирующие термодеформационные изменения объема твердой фазы при охлаждении почвы.

На основе теории тепло- и массопереноса (Рабинович, 1969) установлена расчетная зависимость для определения количественных значений пародиффузионного влагопереноса в виде:

где тт„ - величина влагопереноса;

()„,„ - суммарная теплота, отведенная в процессе промерзания фаз почвы;

/'ь с!\ - энтальпия и влагосодержание почвенного воздуха в зоне капиллярной каймы грунтовых вод;

/;, (¡2 - то же для почвенного воздуха у подвижной границы промерзания почвы.

В большинстве случаев внутрипочвенный влагоперенос обусловлен совместным движением парообразной влаги, подвижных пленок и конденсата. При этом, в общем случае, пусковым механизмом движения почвенной влаги является работа объемных сил твердой фазы, которая, с учетом термического сжатия частиц, определяется известным выражением:

(5)

А = а2ЕАТ:

п

.2

Для промерзающих черноземов Приобъя с глубиной залегания фунтовых вод менее 5 м расчетная величина работы объемного сжатия твердой фазы охлаждаемого почвогрунта превышает 3600 Дж на 1 м2 площади (36 мДж/га), что эквивалентно подъему 120 мм влаги на высоту охлаждаемого грунта равную 3 м. Расчетные значения влагопере-носа хорошо согласуются с экспериментальными данными зимней влагозарядки почв Приобъя (рис. 8) и на полях Поспелихинской машиноиспытательной станции, где зимняя влагозарядка достигает 164 мм.

Оценивая работу свободной энергии адсорбированной прочносвя-занной влаги за счет уменьшения объема охлажденной твердой фазы с использование известного выражения

А = - Р<1¥ (7)

и среднего значения сорбционного потенциала влаги Р - -5-104 кПа (Воронин, 1987) определено расчетное значение работы изменения объема твердой фазы Л \ которое в условиях промерзания почв Приобья составляет в пределах 12000 Дяу^С учетом гидравлических потерь энергии при влагопереносе указанное значение работы также хорошо согласуется с данными экспериментов в Приобъе и Подмосковье (Муромцев, 1991). Величина работы объемных сил твердой фазы позволяет оценить количество перенесенной влаги в зависимости от глубины залегания грунтовых вод.

Расчетные и экспериментальные данные зависимости величины зимней влагозарядки почв от глубины их промерзания и уровня залегания грунтовых вод представлены на рис. 7, 8.

___| Рис. 8. Экспериментальные данные

1 * ' ^ зависимости зимней влагозарядки почв от

Рис. 7. Расчетная зависимость уровня грунтовых вод

величины зимнего влагопереноса от 1 . почвогрунта Ишим-Иртышского мевдуре-глубины промерзания каштановой чья (обработка данных В.П. Панфилова); ПОЧВЫ Кулундинской степи 2 - почвогрунты Приобья

3. АГРОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПРОМЕРЗАЮЩИХ ПОЧВ

Экспериментальное зондирование подмерзлотной зоны через скважины позволило обнаружить, что за счет перепадов давления атмосферный воздух поступает в эту зону, снимает в ней разрежение и этим предотвращает нежелательную нисходящую миграцию влаго-запасов из оттаивающей почвы в глубинные слои почвогрунта (рис.9). На этой основе была разработана технология и технические средства стабилизации почвенной влаги скважинами, которые защищены авторскими свидетельствами на изобретения № 188407; № 283138; №685825: № 1336961.

Сущность технологии заключается в том, что в начальный период оттаивания почвы на сельскохозяйственных полях в шахматном порядке бурят скважины диаметром 50...80 мм на глубину, превы-_________ шаютцую глубину промерзания

Рис. 9. Влияние расстояния от центра '" почвы на 20... 30 см. Расстояние скважины на влажность чернозема Приобья между скважинами Ь рассчитывается с учетом перепадов атмосферного давления АР, коэффициента фильтрации подмерзлотной зоны Кф и времени оттаивания почвы от момента бурения скважины до наступления ее воздухопроницаемости / по формуле (Горяев, 1987):

£ = 2у[Кф • АР • / (8)

Разработанная технология испытана на каштановых почвах степной Кулунды и черноземах предгорий Салаира. Бурение скважин по сетке 50x50 м позволяет на черноземах предгорий Салаира повысить влажность активного слоя почвы (0... 100 см) на 20.. .25 % и урожайность кормовых культур до 20 %. Срок окупаемости навесного бурового агрегата к трактору составляет 4 месяца. Рекомендуемая область применения технологии - степные районы с высотой снежного покрова 20... 40 см.

При высоте снежного покрова от 20 до 65 см мелиоративное регулирование гидротермического режима почв рекомендуется

1 -гпубинэ 10 см,

2 • глубина 30 см.

3 - глу5чиа 50 с«

осу ществлять агротехническими приемами, связанными с перемещениями снежного покрова в зимний и весенний периоды.

Сущность снежных мелиорации заключается в том, что, с целью интенсификации восходящего внутрипочвенного влагопереноса, в зимний период осуществляют полосное обнажение почвы от снежного покрова с формированием снежных валов. Для сохранения накопленной почвенной влаги в начальный период оттаивания почвы осуществляют сдвигание снежных валов, обеспечивающее более ускоренное оттаивание почвы и диффузию воздуха в подмерзлотную зону. В упрощенных вариантах обнажение почвы от снежного покрова выполняют только в начальный период ее оттаивания. Сравнительные экспериментальные данные о сохранении зимней влагозарядки почв в Приобье при использовании снежных мелиораций представлены на рис. 10.

Различные варианты снежной мелиорации успешно испытаны и внедрены в большинстве районов Алтайского края. В степной Кулун-де с малой высотой снежного покрова рекомендовано осуществлять ранневесеннее полосное обнажение почвы от снега в зоне размещения кулис (A.C. № 1743398).

Расстояние между полосами ранневесеннего обнажения почвы от снежного покрова в различных вариантах рассчитывается по вышеприведенной формуле (8) с учетом коэффициента фильтрации оттаивающей воздухопроницаемой почвы и соответствующей корректировкой значения времени оттаивания межполосного пространства.

Реализация разработанных технических приемов осуществляется с помощью снегопахов СБУ - 2,6; СВШ - 7,2 и специальных клиновидных орудий. Виды снежной мелиорации и агрегаты для их осуществления защищены авторскими свидетельствами и патентами РФ на изобретения (№ 1489591; № 2007058; № 2002388 и др.).

Разработанные методы снежной мелиорации позволяют повысить сохранность зимней влагозарядки почв к моменту сева

глубина

20 40 60 80 100 И см

Рис. 10. Влияние снежной мелиорации на влажность чернозема Приобья 1 - полосное обнажение почвы от снега в зимний и весенний периоды; 2 - полосное обнажение почвы от снега в зимний период; 3 - без проведения снежной мелиорации

сельскохозяйственных культур до 40 %, обеспечивать более ранний (7... 10 дней) сев и уборку зерновых культур. В период весеннего снеготаяния практически полностью ликвидируется водная эрозия почв на склоновых участках. Один миллион рублей дополнительных затрат на снежную мелиорацию окупается 50... 100 млн. руб. прибыли от реализации дополнительной продукции.

Выявленные закономерности аэрации подмерзлотной зоны через корневую систем}' многолетних растений положены в основу разработки технологии сопряженного выращивания многолетних трав и однолетних зерновых культур, позволяющая, согласно экспериментальным данным, сохранять зимнюю влагозарядку почв под зерновыми культурами на расстоянии 20...50 м от кромки полос многолетних трав. При этом расчетное значение ширины полос зерновых культур также может быть определено по формуле (8).

Как показали исследования максимальный эффект зимней влагозарядки почв выражен при близком залегании грунтовых вод, что позволяет рекомендовать разработанные приемы для увлажнения почв пойм и надпойменных террас, снижая негативные последствия регулирования стока рек.

Аналитическими и экспериментальными исследованиями изучено влияние снижающихся уровней поверхностных и грунтовых вод на иссушение почв в поймах рек и в зоне влияния водоподъемных скважин. Установлено, что снижение влажности почв обусловлено деком -прессионным нисходящим оттоком влаги и снижением эффективности внутрипочвенного восходящего влагопереноса в зимний период.

4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ И МИКРОКЛИМАТА КУЛЬТИВИРУЕМЫХ РАСТЕНИЙ

Современное учение о сезонной миграции почвенной влаги формировалось на протяжении нескольких десятилетий работал«! отечественных и зарубежных ученых. Большинство работ посвящено изучению внутрипочвенного влагопереноса в летний период. В работах И.И. Томашевского (1921), В.Е. Сечеванова (1938), A.A. Роде (1952, 1965), М.М. Абрамовой (1963), В.П. Панфилова (1973) и др. ученых показано, что в летний период в подпахотных и более глубоких горизонтах почвы наблюдается нисходящее движение влаги. Восходящее движение парообразной влаги наблюдается в поверхностном слое

почвы, подверженном суточным изменениям температуры и давления на глубину 30.. .40 см. О значительных колебаниях тензиомегрического давления в течение суток на глубине 20...30 см свидетельствуют исследования А. Д. Воронина и Е.В. Шеина (1985).

Нами установлено, что условием обратимости зимнего восходящего движения почвенной влаги на летнее нисходящее является соотношение температур почвы в подпахотном горизонте Г» и в зоне грунтовых вод (капиллярной каймы) Тге, Зимнее восходящее движение влаги характеризуется условием Тге > Тп, а весенне-летнее нисходящее движение - Тгв < Т„. На миграцию почвенной влаги оказывает влияние давление насыщенных паров влаги в почвенном воздухе с учетом температур Тп и Тгв.

Увлажнение корнеобитаемого слоя почвы в работе предусматривается осуществлять регулированием внутрипочвенного влагопереноса путем замены нисходящего движения влаги на восходящее. Нами разработаны приемы регулирования гидротермического режима почв и микроклимата культивируемых растений, предусматривающие внутри-почвенный подъем влаги и охлаждение поверхностного слоя почвы восходящим потоком сжатого воздуха, нагнетаемого в глубинные слои почвогрунта, имеющие температуру в Юго-Западной Сибири 4...8° С. Производственные испытания метода показали, что закачка сжатого воздуха под водоупор (слой плотных глин) на глубину 20 м позволяет повысить уровень грунтовых вод, расположенных на глубине 3 м, на 0,35...0,75 м. При этом радиус влияния нагнетающей скважины составляет более 30 м.

Экспериментально установлено также, что компрессионная аэрация глубинных слоев почвогрунта наряду с подъемом влаги позволяет охлаждать поверхность почвы до температуры Т„, величина которой меньше точки росы Тр для приземного слоя воздуха. При достигнутом соотношении температур (Т„ < Тр) исключается непродуктивный расход почвенной влаги на физическое испарение и восходящий поток парообразной почвенной влаги сменяется нисходящим движением атмосферной влаги и ее конденсацией в поверхностном слое почвы (0. ..5 см).

Таким образом, естественный суточный ход изменения температуры в поверхностном слое почвы к ночному периоду, когда создаются благоприятные условия для выпадения росы, в условиях регулируемого режима корректируется для достижения условий, исключающих

физическое испарение (7'я = Тр) и обеспечивающих конденсацию атмосферной влаги (7„ < Тр) (рис. 11).

Анализ термодинамических параметров почвы и приземного слоя воздуха показывает, что летом в сухостепной зоне Юго-Западной Сибири изотерма точки росы для приземного слоя воздуха находится на глубине более 40 см. В эту область атмосферный воздух практически не диффундирует и конденсация атмосферной влаги в поверхностном слое почвы и

И

Ii

Ф О с I

§ä

Т росы

к

_ -и- "^Чо

Время суток

20 0 . 4 8 12 16 Рис. 11. Динамика охлаждения почвы в ночной период

1 - естественный ход; 2 - регулируемый ход

до указанной глубины практически не наблюдается. Условия конденсации атмосферной влаги (росы) выражены в весенний и осенний периоды, а также в летние периоды с резкими изменениями температуры почвы и воздуха.

Вопрос}' конденсации атмосферной влаги в почве посвящены работы В.В. Данилевского (1935). А.Ф. Лебедева (1936), А.И. Сидорова (1937), П.И. Колоскова (1937, 1938), И.И. Жигалова (1965), В Н. Карпенко (1974), A.A. Роде (1978), Н.Ф. Лукина (1991) и других ученых. Большинство исследователей изучали процесс конденеащш атмосферной влаги в естественных условиях без использования технических средств регулирования температуры почвы.

Физическим лабораторным моделированием установлено, что при соблюдении условий конденсации атмосферной влаги (Т„ < Тр) количество влаги, конденсируемой на гладкой поверхности из движущегося воздуха (ветер 3... 5 м/с) в 4 раза превышает результаты конденсации из неподвижного воздуха и составляет 15,4 г/м2ч. Наличие влагопогла-щающего сорбента в виде хлопчатобумажного полотна на конденсирующей поверхности позволяет в 1,5 раза увеличить количество конденсата из движущегося воздуха, величина которого за 10 часов (адекватно ночному периоду) достигает 0,5 мм.

Опытами на черноземе Приобья установлено, что нагнетание сжатого воздуха на глубину 2 м позволяет за 20 минут снизить температуру поверхностного слоя (0...5 см) почвы к ночному периоду с 30,5 С до

23,0° С. За 10 часов ночного периода обеспечивается конденсация ат-юрнойвлаги на поверхности почвы в количестве 1,0... 1,5 мм.

Теоретическими исследованиями установлены закономерности термодиффузионного тепло- и массооб-мена приземного воздуха с почвой и изучен механизм ее увлажнения атмосферной влагой. Разработан метод определения количества сконденсированной влаги, зависящего от термодинамических параметров приземного воздуха (температура, относительная влажность), температуры и фильтрационных свойств поверхностного слоя почвы (рис.12). Установлена взаимосвязь количества сконденсированной влаги с интенсивностью теплообмена и скоростью впитывания влаги почвой.

Количество сконденсировавшейся влаги определяется из выражения (Эккерт, Дрейк, 1961):

0.5 1 15 2 К,

Рис. 12. Расчетная зависимость количества конденсируемой влаги от температуры поверхности (1) и водопроницаемости (2) черноземов Приобья

т =

кв ' Тп

(Р~Р )

V и нас)

(9)

где - коэффициент переноса массы влажного воздуха, определяемый в зависимости от коэффициента фильтрации поверхностного слоя почвы;

Яе - газовая постоянная водяного пара;

Р„ - парциальное давление паров влажного воздуха;

Рнас - давление насыщенных паров над поверхностью пленки конденсата;

Т„ - регулируемая температура поверхности почвы.

Термодинамические расчеты проводятся с использованием диаграммы влажного воздуха (/с/ - диаграмма).

В расчетах, использующих среднестатистические агроклиматические данные середины летнего периода в Приобье показано, что при скорости воздушных потоков 3,1 м/с с температурой воздуха 28° С и относительной влажностью <р - 70 % количество конденсата на

поверхности почвы, охлажденной до 15 С, составляет около 0,2 мм влаги за 1 час ночного периода. При этом влагосодержание 1 м3 потока воздуха изменяется на величину Ы = ^ - с12 - 11,8 г/м3. Расчетные значения согласуются с экспериментальными данными.

На основе выполненных исследований разработаны приемы регулирования гидротермического режима почв и микроклимата культивируемых растений, предусматривающие внутрипочвенный подъем влаги и охлаждение поверхности почвы восходящим потоком сжатого воздуха, нагнетаемого в глубинные слои почвогрунта. Для создания увлажненного микроклимата сельскохозяйственных растений разработана и внедрена технология сопряженного полосного чередования многолетних и однолетних культур в севооборотах. Широкую апробацию и внедрение прошли методы сопряженного полосного выращивания многолетних кормовых трав с глубокой корневой системой и однолетних зерновых культур при их полосном размещении в севооборотах. В этой технологии чередующиеся полосы сельскохозяйственных культур располагают в направлении перекрещивающемся с преобладающим направлением ветров в период вегетации растений. При этом достигается перенос холодного, более увлажненного воздуха с полос многолетних трав на полосы однолетних зерновых культур с созданием над ними надпочвенной увлажненной воздушной завесы, способствующей поглощению избыточной солнечной радиации, снижению физического испарения почвенной влаги и выпадению рос.

При скорости ветра в ночной период 1,5...2,0 м/с расчетная ширина полос однолетних зерновых культур составляет 42 м и определяется из условия сохранения ламинарного режима движения воздушной завесы, определяемого с учетом критерия Рейнольдса в диапазоне 4,3-10б < Ке < 5,7-106. С учетом сохранения зимней влагозарядки почв под многолетними растениями и удобства маневрирования техникой ширина полос однолетних культур для почв Приобья принимается равной 80... 100 м.

Опытно-производственная проверка разработанной технологии была проведена на выщелоченных черноземах Приобья и каштановых почвах степной Кулунды. В Приобье было установлено, что урожайность яровой пшеницы, выращиваемой сопряженно с люцерной 3-го года, возрастает на 4,6 ц/га в зоне сопряжения на расстоянии 20 м от кромки многолетних трав. По мере удаления от полосы многолетних трав урожайность плавно снижается и на расстоянии 45 м

соответствует уровню контроля - 19 ц/га. В степной Кулунде чередование полос многолетних трав (житняк с эспарцетом) с полосами яровой пшеницы шириной 100 м позволило повысить урожайность пшеницы с 9,2 до 12,3 ц/га на площади 300 га опытного участка по сравнению с контрольными полями.

Разработанная технология освоена в ряде хозяйств Алтайского края и защищена авторским свидетельством на изобретение № 1782382 и патентом Российской Федерации № 2019071. Применение технологии практически не требует дополнительных затрат.

Комплекс исследований, связанных с аэрацией глубинных слоев почвогрунта позволил разработать метод орошения почвы и растений атмосферной влагой. Расчеты и данные полевых опытов показывают, что одна скважина глубиной 25 м способна при закачке сжатого воздуха с расходом 416 л/с (компрессор ДК - 9) обеспечить конденсацию атмосферной влаги на площади 1 га. При закачке воздуха под водоупор орошаемая площадь составит более 200 га. Предлагаемый метод прошел предварительные испытан ияи, защищен авторским свидетельством на изобретение № 140573.

5. НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ КОМПЛЕКСНОЙ МЕЛИОРАЦИИ ПОЧВ

Комплексная мелиорация предусматривает регулирование гидротермического и питательного режимов почв с целью повышения их плодородия и рекультивацию нарушенных земель при минимальных дополнительных затратах.

Нами предложен и предварительно изучен метод мелиорации почв ионизированными растворами минеральных удобрений. Сущность метода заключается в предварительном электродиализе растворов удобрений с получением активированных составляющих (анионит, рН = 3; катионит, рН = 11), которые разбавляют оросительной водой в соотношении 1:100 и вносят в почву поочередно, обеспечивая регулирование ее кислотно-щелочного баланса. Техническое решение (патент РФ № 1653587) дополняет традиционные гидротехнические системы и позволяет в соответствии с лабораторными опытами повысить прирост биомассы культивируемых растений более чем в 1,5 раза с минимальными энергозатратами (2 Вт ч на 1 л обрабатываемого раствора с исходной концентрацией 50. ..70 г/л).

Для повышения и воспроизводства плодородия почв и рекультивации нарушенных земель предварительно изучен метод биологической мелиорации, заключающийся в орошении почв удобрительной суспензией почвенных микроорганизмов в виде микроводорослей и азотобактера, культивируемых совместно. Выявлен высокий эффект мутуализма при совместном культивировании и применении удобрительной биомассы микроводорослей хлореллы и азотобактера, выражающийся в том, что присутствие азотобактера позволяет повысить интенсивность прироста клеток хлореллы при культивировании в 1,5 раза.

Внесение в почву хлореллы и азотобактера позволяет повысить общее количество микроорганизмов в обедненной почве в 3 раза. При этом прирост биомассы культивируемых растений в результате биологической мелиорации увеличивается на 17...60 %, что подтверждено лабораторными и полевыми опытами. Гидроимпульсная обработка оросительной суспензии, предусматривающая разрушение клеток микроорганизмов, в соответствиями с опытами позволяет повысить эффективность питательного режима почв на 15 % по сравнению с орошением необработанной суспензией микроорганизмов.

Исследованиями выявлено, что в качестве питательных сред для выращивания удобрительной биомассы микроорганизмов могут быть использованы традиционные удобрения, стоки животноводческих комплексов, измельченные растительные отходы и отходы измельченных пород горно-рудных предприятий.

ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлено, что процесс промерзания почв Юго-Западной Сибири сопровождается образованием воздухонепроницаемого мерзлотного слоя, оттаивание которого происходит при встречном продвижении сначала нижнего, а позже - верхнего фронта оттаивания.

Теоретически и экспериментально изучено ранее неисследованное явление образования разрежения (вакуума) в подмерзлотной зоне промерзающих почв, обусловленное конденсацией паров почвенного воздуха, термическим сжатием фаз почвы и снижением уровня грунтовых вод. Выявлено, что промерзание почвы сопрвождается восходящим переносом влаги из глубинных слоев почвогрунта в промерзаю-

шую толщу, а оттаивание - обратимой миграцией накопленной в почве влаги в зону грунтовых вод с резким подъемом их уровня.

Показано, что аэрация подмерзлотной зоны в начальный период оттаивания почвы позволяет ликвидировать в ней вакуум, предотвратить нисходящую миграцию в ней влаги и сохранить зимнюю влагозарядку почв.

Экспериментально на физических моделях и полевыми опытами выявлена возможность аэрации подмерзлотной зоны оттаивающей почвы через корневую систему многолетних растений, локальные участки ускоренного оттаивания почвы и сквозные полости, соединяющие подмерзлотную зону с атмосферой.

Методом нестационарного режима аэрации подмерзлотной зоны почв определены коэффициенты диффузии воздуха в супесях почвог-рунтов предгорий Салаира и в суглинках Приобья. Особенностью метода является то, что он позволяет последовательно, по мере углубления границы промерзания, определять коэффициент диффузии воздуха в различных горизонтах подмерзлотной зоны.

2. Изучены закономерности и взаимосвязь параметров восходящего влагопереноса промерзающих почв. Математическим моделированием показано, что внутрипочвенный влагоперенос обуславливаеет снижение темпа и глубины промерзания почв.

На основе термодиффузионной теории тепло- и массопереноса разработан расчетный метод определения величины зимнего влагопереноса для черноземов сухостепной зоны, отличительной особенностью которого является учет массопереноса и энтальпии влажного почвенного воздуха. Для увлажненных черноземов Приобья и предгорий Салаира расчетный метод учитывает перенос влаги преимущественно в жидкой форме за счет работы объемных сил температурного сжатия твердой фазы почвы.

Расчетные и экспериментальные данные показывают, что величина зимней влагозарядки почв обратно пропорциональна глубине залегания фунтовых вод и интенсификация восходящего влагопереноса достигается увлажнением почвы перед промерзанием и снижением температуры ее поверхности в период промерзания.

3. Природа и механизм термоградиентного движения почвенной влаги в общем случае характеризуется термодеформационными состояниями твердой фазы почвы. Движение влаги обусловлено работой объемных сил воздействия твердой фазы на адсорбированную

прочносвязанную влаху, а через нее и на подвижные формы влаги при изменении температуры почвы. Влияние физических свойств твердой фазы почвы на термодиффузионный перенос почвенной влаги предла-

„ а2ЕАТ

гается оценивать комплексным критерием Пэ = ———, показывающим что почвы, содержащие минералы с высокими значениями модуля упругости Юнга Е, коэффициента термического расширения (сжатия) а и меньшей объемной теплоемкостью С обладают более высокой способностью совершать работу по передвижению влаги при изменении температуры ДТ и наоборот.

4. Физической основой разработки методов регулирования гидротермического режима почв и параметров микроклимата культивируемых растений явились результаты изучения тепло- и массообменных процессов в почве с учетом анализа исходных данных о характере сезонных и суточных изменений термодинамических параметров почвы. В качестве регулируемых параметров принимаются значения температуры и давления влажного воздуха в почве Т„, Р„\ в зоне грунтовых вод Тгв, и в приземном слое воздуха Тв, Рв, включая температуру точки росы Тр.

Установлено, что сохранение влаги в корнеобитаемом слое почвы в летний период достигается изменением направления естественной нисходящей ее миграции за счет создания избыточного давления почвенного воздуха в зоне грунтовых вод. Уменьшение величины физического испарения почвы достигается снижением температуры ее поверхности, а конденсация атмосферной влаги вызывается охлаждением поверхности почвы до температуры ниже значения температуры точки росы для приземного слоя воздуха. Для охлаждения поверхности почвы рекомендовано использовать хладозапасы глубинных слоев почвогрунта.

5. Теоретическими и экспериментальными исследованиями выявлены закономерности тепло- и массообмена приземного слоя воздуха с почвой и определены диапазоны регулирования температуры поверхности почвы (7'„ = 11...22° С), обеспечивающие снижение физического испарения и увлажнение ее поверхности конденсирующейся атмосферной влагой в соответствии со среднедекадными агрометеорологическими данными середины летнего периода.

Разработан метод определения количества конденсирующейся влаги, учитывающий термодинамические параметры приземного слоя

воздуха (температура, относительная влажность), температуру и фильтрационные свойства поверхности почвы.

6. Экспериментально установлено, что закачка сжатого воздуха в зону грунтовых вод позволяет повысить их уровень, обеспечить подпочвенное увлажнение корнеобитаемого слоя и последующее охлаждение поверхностного слоя почвы до температуры, снижающей физическое испарение почвенной влаги и способствующей конденсации атмосферной влаги на поверхности почвы.

На физических моделях и полевыми опытами установлено, что количество влаги, конденсирующейся из воздуха^ движущегося со скоростью 3... 4 м/с,в 4 раза превышает масс}' конденсата из неподвижного воздуха. Показано, что наличие влагодаглащающего сорбента на конденсирующей гладкой поверхности позволяет в 1,5 раза увеличить массу конденсата из движущегося воздуха. Данные полевых опытов показывают, что при закачке сжатого воздуха в глубинные слои черноземов Приобья в у словиях регулируемого температурного режима за 10 часов ночного периода на поверхности почвы конденсируется более 2 мм атмосферной влаги.

7. Разработаны методы, лабораторно-полевос оборудование для изучения вакуума в подмерзлотной зоне и закономерностей ее аэрации через корневую систему растений и искусственные полости, соединяющие подмерзлотную зону с атмосферой. Разработаны методы оценки параметров конденсации атмосферной влаги в поверхностном слое почвы в условиях регулирования ее температурного режима.

8. Разработаны приемы регулирования гидротермического режима промерзающих и оттаивающих почвогрунтов, предусматривающие их весенний радиационный прогрев и сохранение зимней влагозарядки почв путем аэрации подмерзлотной зоны в начальный период оттаивания почвы. Аэрация подмерзлотной зоны достигается путем диффузии атмосферного воздуха через полосы многолетних растений, формируемые полосы ускоренного оттаивания почвы (снежная мелиорация) и искусгвенные полости (скважины), соединяющие подмерзлотную зону с атмосферой.

Разработаны приемы регулирования гидротермического режима почв и микроклимата культивируемых растений в летний период, предусматривающие внутрипочвенный подъем влаги и охлаждение поверхностного слоя почвы восходящим потоком сжатого воздуха, нагнетаемого в глубинные слои грунта. Предложенный

агротехнический прием позволяет на 0,35...0,75 м повысить уровень грунтовых вод для подпочвенного орошения корнеобитаеиой зоны и обеспечивает орошение почвы и растений атмосферной влагой.

Для создания увлажненного микроклимата культивируемых растений разработана и внедрена технология сопряженного полосного чередования многолетних и однолетних сельскохозяйственных культур в севооборотах, позволяющая до 40 % увеличить урожайность яровой пшеницы в сухостепной зоне практически без дополнительных затрат.

9. Научно обоснованы перспективные направления комплексной мелиорации почв, предусматривающие регулирование их гидротермического и питательного режимов. Показано, что внесение в почву ионизированных растворов минеральных удобрений, биомассы микроводорослей хлореллы и азотобактера, культивируемых и используемых совместно, позволяет регулировать кислотно-щелочной баланс, пищевой режим почв и повысить их продуктивность на 40...60 %.

Орошение почвы суспензией смешанных культур почвенных микроорганизмов хлореллы и азотобактера, культивируемых и используемых совместно с высоким эффектом мутуализма, позволяет в 3 раза повысить количество микроорганизмов в обедненных почвах, повысить содержание в них органического вещества и обеспечить повышение урожайности сельскохозяйственных культур от 17 до 60 %.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Научные статьи

1. 'Исследование теплообмена и эффективности термомеханического разрушения горных пород высокотемпературной дисперсной средой (газ-твердые частицы). // Тр. первой Всесоюзной конф. по термоме.ханическим методам разрушения горных пород. - Киев, 1969. С. 124 - 125.

2. 'Исследование процесса и разработка средств направленного разрушения твердых тел высокотемпературными двухфазными потоками (газ-твердые частицы). // Тр. второй Всесоюзной конф. по термомеханическому разрушению горных пород. -Киев. 1972. С. 128 - 132.

* Работы, выполненные в соавторстве

3. "Исследование по разработке мерзлых грунтов термическим способом. // Тр. второй Всесоюзной конф. по термомеханическому разрушению горных пород. - Киев, 1972. С. 134 - 136.

4. К вопросу разработки технологии синтеза кормовой биомассы на органических субстратах. // Тр. Алт. СХИ. - Вып. 46. - Механизация технологических процессов в животноводстве. - Барнаул, 1982. С. 70 - 75.

5. К вопросу влияния мерзлоты на режимы миграции почвенной влаги. // Факторы плодородия почв и их регулирование. - Новосибирск, 1985. С. 27 - 30.

6. Гидродинамические режимы сезонной миграции почвенной влаги в степной Кулунде. // Гидрогеолого-мелиоративные исследования в Зап. Сибири. - Красноярск: Изд. СибНИИГим, 1986. С. 12 -16.

7. Предпосылки к разработке метода биохимической мелиорации почв. // Земельно-оценочные проблемы и рационально» использование земли в Алтайском крае. - Барнаул, 1986. С. 76 - 80.

8. Об учете климатических ресурсов при мелиорации земель Сибири. Н Земельно-оценочные проблемы Сибири и Дальнего Востока / Тез. докл. на науч. конф. - Барнаул, 1986.4.1. С. 214 - 226.

9. 'Использование сжатого воздуха для подпочвенного орошения подземными водами в Кулунде. // Подземные воды юга Западной Сибири: Формирование и проблемы рационального использования / Тр. ин-та геологии и геофизики. - Новосибирск. 1987. - Вып.683. С. 161 - 165.

10. О воспроизводстве биомассы в безотходных технологиях. // Роль Алтайского края в решении продовольственной программы. / Сб. тез. докл. на конф. АГУ. - Барнаул, 1987. С. 214 - 217.

11. Способ сохранения запасов влаги в почве. // Инф.листок Алт. ЦНТИ. - Барнаул, 1987. - X? 9. 4 с.

12. Перспективные методы орошения почвы. // Проблемы орошения почв Сибири. / Тез. докл. науч. конф. - Барнаул, 1989. С. 7.

13. О путях воспроизводства плодородия почв. И Тез. докл. XII Всесоюзного съезда почвоведов. - Новосибирск, 1989. - Кн. 1. С. 20.

14. Способ сохранения запасов влаги в почве и термобуровая установка для его осуществления. // Проспект ВДНХ СССР. - Барнаул, 1983.

15. "Изменение водного режима и режима затопления поймы Катуни и Оби после строительства Катунской ГЭС. // Проблемы

горного природопользования. / Тез. докл. на регион, конф. - Барнаул, 1989.-4.2. С.6 - 8.

16. О возбуждении сейсмичности в зоне Катунской ГЭС. // Проблемы горного природопользования. / Тез. докл. на регион, конф.

- Барнаул, 1989. -4.2. С. 52 - 54.

17. Изменение водного режима и характера затопления поймы Катуни и верхней Оби после строительства Катунской ГЭС. // Катунс-кий проект: проблемы экспертизы. / Матер, к обществ.-науч. конф. 13-15 апреля 1990 г. - Новосибирск. - 1990. С. 76 - 78.

18. Экологические последствия регулирования стока реки Катуни. // Катунский проект: проблемы экспертизы./Матер. к обществ, -науч. конф. 13 -15 апреля 1990г. - Новосибирск. - 1990. С. 38 - 39.

19. Способ сохранения запасов влаги в почве. // Инф. листок Алт. ЦНТИ. - Барнаул, 1987. № 87 - 9.

20. Технология повышения продуктивности лугов и пастбищ. // Инф. листок Алт. ЦНТИ. - Барнаул, 1990. - № 434 - 90.

21. Технология ранневесеннего размораживания почвы. // Инф. листок Алт. ЦНТИ. - Барнаул, 1990. - № 196.

22. Способ удаления весенних вод с мест их локальных скоплений. // Инф. листок Алт. ЦНТИ. - Барнаул, 1990. - № 241.

23. 'Способ снежной мелиорации. // Инф. листок Алт. ЦНТИ.

- Барнаул, 1993. - № 384 - 93.

24. Технология повышения урожайности многолетних трав и яровых культур. // Инф. листок Алт. ЦНТИ. - Барнаул, 1990. - № 433 - 90.

25. Научные предпосылки и технологии комплексного использования агроклиматических ресурсов в земледелии. П Агробиологическая оценка почвенно-климатических ресурсов и их регулирование. / Сб. науч. тр. Алт. СХИ. - Барнаул, 1991. С. 3 -10.

26. О механизме миграции почвенной влаги.. // Экологические проблемы использования водных и земельных ресурсов на юге Западной Сибири. / АГАУ - Барнаул, 1997. - С. 180 - 182.

2. Авторские свидетельства и патенты

1. Способ тегмодинамического разрушения А. С. № 188407 горных пород Бюл. № 22, 1966

2. 'Устройство для термодинамического разру- А. С. № 283138 шения горных пород Бюл. № 21, 1970

3. Способ термомеханического бурения и расширения скважин посредством отнеструй-ной горелки

4. Станок для термомсханического бурения и расширения скважин посредством огнеструй-ной горелки

5. 'Способ термомеханического бурения скважин

6. Рабочий орган станка огневого бурения

7. Способ сохранения запасов влаги в почве

8. 'Установка для культивирования фототро-фных микроводорослей

9. 'Способ орошения подземными водами

10. 'Способ сохранения запасов талых вод

11. Способ снежной мелиорации

12. 'Способ регулирования снеготаяния

13. 'Способ выращивания сельскохозяйственных культур

14. Способ выращивания сельскохозяйственных культур

15. 'Способ снежной мелиорации

16. 'Способ снежной мелиорации

17. 'Зубовая борона

18. Способ возделывания земляники

19. Способ внесения удобрений

20. 'Способ снежной мелиорации

А. С. № 597835 Бюл. № 10, 1978

А. С. № 642475 Бюл. № 2, 1979

А. С. № 685825 Бюл. № 34, 1979 А. С. № 819327 Бюл. № 13, 1981 А. С. № 1336961 Бюл. № 34, 1987 А. С. № 1130278 Бюл. № 47, 1984 А. С. № 1405730 Бюл. № 24, 1988 А. С. № 1483016 Бюл. № 20, 1989 Патент РФ № 1489591 Бюл. № 24, 1989 А. С. № 1475496 Бюл. № 16, 1989 А. С. № 1782382

Патент РФ № 2019071 Бюл. № 17, 1994 Патент РФ № 2007058 Патент РФ № 2002388 Бюл. № 41 - 42, 1993 Патент РФ № 2002389 Бюл. № 41 - 42, 1993 А. С. № 1806547 Бюл. № 13, 1993 А. С. № 1653587 Бюл. № 21, 1991 А. С. № 1715218 Бюл. № 8, 1992

21. "Способ снежной мелиорации

22. Способ создания полезащитных лесных полос

23. Агрегат для расчистки поверхности почвы от снежного покрова

24. Способ регулирования снеготаяния

25. Агрегат для расчистки поверхности почвы от снежного покрова

26. 'Снегопах

А. С. № 1743398 Бюл. № 24, 1992 А. С. № 1724092

А. С. № 1748667 Бюл. № 27, 1992 А. С. № 724028 Бюл. № 13, 1992 А. С. № 1748666 Бюл. № 27, 1992 А. С. № 1759247 Бюл. № 33, 1992

Владимир Егорович Горяев

АГРОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ

Автореферат

Подписано в печать 27.10.97 г. Формат 1/16 60x84. Печать-ризография. Бумага писчая. Усл. п.л. 2,09. Уч-изд. л. 1,05 Тираж 120 экз. Заказ 97-3^

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, 656099, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 020822 от 21.09.93 г.

Отпечатано в типографии АлтГТУ