Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Прогноз влияния комплексного регулирования факторов жизни растений на вынос питательных веществ из почвы и загрязнение водоприемников

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Прогноз влияния комплексного регулирования факторов жизни растений на вынос питательных веществ из почвы и загрязнение водоприемников"

ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОМИССИЯ СОВЕТА МИНИСТРОВ СССР ПО ПРОДОВОЛЬСТВИЮ И ЗАКУПКАМ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАРКИН Вячеслав Николаевич

УДК 631.6 : 631.4 : 681.5

ПРОГНОЗ ВЛИЯНИЯ КОМПЛЕКСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАКТОРОВ ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ НА ВЫНОС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПОЧВЫ И ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДОПРИЕМНИКОВ

Специальность 06.01.02 — мелиорация и орошаемое земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1990

Работа выполнена в Проблемной лаборатории Московского ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративного института.

Научный руководитель — к. т. н., ст. н. с. Шабанов Виталий Владимирович.

Официальные оппоненты: д. т. н. Хрисанов И. И., к. т. н. Сухарев Ю. И.

Ведущая организация (предприятие) — Союзводпроект.

Защита состоится . на засе-

дании специализированного совета К-120.16.02 МГМИ по адресу: 127550, Москва, И-550, ул. Прянишникова, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГМИ.

Автореферат разослан » . . 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета —

Сурикова Т. И.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность .тети. Необходимость создания оптклалышх мелиоративных рашаюв трзбувт регулирования водного и питательного реякюов почв о целью создания благоприятных для растений условий произрастили, а для почвенной йиотн - условий функца- ' онпровапкя. Зта в ряда случаев приводит к увеличению потерь питательных веществ в результата вымыла их в грунтовые сода и попаданию а реки-водоприемники дренажного стола. При этом увеличение концентрации биогенов в речних водах может явиться одной из причин ухудшения качества вода. Поэтому разработка глэ— 'годов прогноза изменения концентрации химических элементов в грунтовых водах и в воде открытой осушительной сети является одной из важных задач. Указанная задача нз может быть решена баз определения оптимальных диапазонов регулирования факторов вши растений, в частности, влажности почвы и содержанка в :гей питательных веществ, так как без этого нельзя рационально тсполъзовать водные ресурсы и удобрения.

Решение названных задач позволит уменьшать потери баогэл-шх веществ из почва а тем самым сохранить плодородие и умэнь-лть опасность загрязнения водоприемников осудительных систем. ■

Орль задачи яссяэдопаяия;. Работа посвядвна:

- поиску количественных методов, позволяющих получать ко-;эля для прогноза звзмэнепия влажности почва, содержания гаиа-ельшх веществ в почез и водах мелиоративного объекта;

- разработке модели прогноза влияния комплекеюнчэ мелпо-ативного регулирования водного и лицевого режимоз почв в оя-»¡алъных для растет«! пределах на вк,:ив элементов питания ра-гекиЗ 713 зоны аэрации почвы а грунтовые воды- и воды осушктэль-эй сети;

- учету влияния напорного подпитывания болотного массива на самоочищение воды. Это позволяет более точно определять ИЗ' ыенениа концентрации биогенных веществ в водах осушительной сети и реке-водолриемшше.

В задачи исследований входило:

- изучение влияния напорного' питания болотного массива на гидрохимический режим грунтовых вод;

- определенно требований сельскохозяйственных культур к водному и питательному режимам;'

- построение математической модели для прогноза изменена концентрации элементов питания растений в грунтовых водах и водах осушительной сети;

- определение влияния комплексного мелиоративного регулирования на вымыв элементов пихания растений из зоны аэрации почвы в грунтовые воды и изменение юс концентрации в воде осу шительной сети.

Методика исследований. Основным методом исследований явя лось математическое и физическое моделирование процессов, прс исходящих в природе, для разработки структуры моделей и их идентификации.

В задачу экспериментальных--иссяедований входило определе шю параметров математических моделей, описывающих поведение веществ (азота и калия) в почве, грунтовых водах и водах открытой осушительной сети. Кроме того, проведены эксперименты . с целью определения влияния на данные процессы таких фактороз как напорное питание, самоочищение воды в открытой проводите! сети, в условиях регулирования водного и питательного рекимо] почв.

В данной работе рассматриваются наиболее подвижные макр< элементы, соетачлшчгие основу в питании растений (нитратный I

- г-

аммиачный азот, калий), прогнозирование поведения которых в системе почва - грунтовке воды - зоды осушительной сети в настоящее время'затруднено. Сачзано ото с том, что недостаточно изучены микробиологические процессы, процессы потребления веществ растениями, биохимические процессы и т.п.

Научная новизна. В результате, проделанной работы предложены оригинальные модели для прогноза изменения содориаак А/0>, ( МУц з грунтовых водах, канале, пруда и реке-во-

доприемнике мелиоративной системы. Определены переменные в течение вегетации требования многолетних трав к водному а питательному режимам почвы. Полученные модели позволяют рассчитывать концентрации Шираков, аммония и калия в системе почва -грунтовые воды - закрытый и открытый коллектор - пруд - река-водоприемник мелиоративной системы для различных интенспзно-стей напорного питания, уровней саадочщающей способности воды, диапазонов регулирования водного и питательного факторов глзни растений.

Защищаемые положения.

1. Метод получения структуры моделей прогноза изменений биогенных веществ в водных объектах.

2. Модель прогноза изменешл концентрации минерального азота и катая в почве и водах мелиоративного объекта.

3. Способ оценки антропогенного влияния на состояние водного объекта.

Практическая, значимость работы. Используя результаты проведенных исследований, можно прогнозировать поведение биогенных вег:ес9-в з здзгд осугхтольной сети при различном рогулиро-вашш водного' и нцтетш'ого роякмов почв. Это позволяет назначат!. .•••олиоратш'ныз регямьс с учетом водоохршшых керопрял-

тг£ у. обооиовыаеть ах. Зедаоднга во вдошк требования многолегких трав к влазкости почвы к содержанию в кой питательных веществ рекомендуется применять для расчета режимов орошения и подкормок минеральными удобрениями.

Апробация к публикации. Материалы диссс^теционной работы докладывались и обсукдались на научно-технических конференция: ШШ (1983...1989 гг.), на конференция молодых ученых, проходившей во ВНИИШЛэ в 1586 г. Основное содергсание диссертации'. опубликовано в семи работах « огчетах Проблемной лаборатории

'шш.

Реализация результатов исследований. Полученные разработки используются Колыльским Щ'ООС (БССР, Минская обл.), колхозом им. Ы.Горького (Ставропольский край, Груновский р-н). Материалы диссертации были использованы в "Методических указаниях по расчету поступления биогенных элементов в водоемы от ' рассредоточенных нагрузок и установлению водоохранных мероприятий" Госагропрома РСФСР, 1588 г.

Структуга и объем работы. Диссертация состоит из введена?. 4 глав, заключения, списка использованной литературы (141 наименование) и приложения. Работа пзлоаена на 300'страницах ма-■ икшописного текста, иллюстрирована 55 рисунками, содержит 42 таблицы в тексте и 8 в приложении.

I

СОДВШШЙЕ ''РАБОТЫ

Е I главе приведен обзор литературы по вопросу внкыва азота и калия из почвы в грунтовые воды и природные условия объекта исследований.

Из практической деятельности, а.¡также на основании многочисленных экспериментов установлено, что природные воды сильно

загрязняются удобрениями, выносимыми с сельскохозяйственных угодий. Это в ряде случаев приводит к необратшм последствиям Ш.З.Минаев, В.М.Нпкитказн, В.2.Парфенова и др.).

Мелиорация земель в настоякее врокя усугубляет процесс выноса веществ кз почвы в водные системы, увеличивая опасность загрязнения последних.

Наиболее подвютюлп соединениям* макроэлементов являются A'ffs . Л'Щ , скорость их передвижения по профиля зоны аэрации почвы составляет 20. .-.120 см/год (В.МЛ'авриченко, Ю.Н.Никольская; , При этом их вшив из почвн зависит главным образом от водоподачи, влажности почвы, содержания веществ в почва, воднофизических свойств почвы, сельскохозяйственного использования.

На рис. I, 2, 3 показаны обобщенные по литературным дан-дал зависимости выноса минерального азота из почв различного сельскохозяйственного использования и'механического состава.

Объем выноса веществ из зоны аэрации почвы и их концентрация в грунтовых водах а значительной степени зависит от т-тиоративного регулирования водного и питательного режимов ючв. Это приводит к необходимости моделирования влияния мелн->ративного воздействия на птдрохвмический реккм природных вод ;дя прогноза их загрязнения. Это связано с тем, что получить •ребуегай результат в данном сдучаэ опытным путем практически евозглояно.

Одна из таких задач рассмотрена в настоязэ?. работа.

Исследования проводились на опытно-производственном уча-ткэ (СНУ) "Лесное", расположенном на низинном глубокозедояисм optwHaite, занкглендел слоагсь 200 ге в Хоякльскои ротоне .липко?. области БССР. Topi; мощность« 1,5...3,0 м паястглаотся су-

за-

га- 1 ' .. !

1а• • --1 ■ .. . 1 1

I

Чернозёмы Серые кхн.

1 Ркс.Г Обьемьг внмьгеа минерального, азо/Щ о\

( с разных типов почв.

укин-, кг/га \

I

I

[ .

/*-! ' . -

* I

V ^^ -1 :

^—.-1—... , ...... I.

Рис .-2 Объемы'вкмыза минерального азота кз дерного'-по-п,золистыз почв при различном сель-

¡■чт-упжгО^тпанкпм ирггппьллчяяии' vглrнтй

5С/С

иа

заА

го-

ю •

с т т.

Лёгкие гаини} иловатый

суглинок

. Диапазоны изменения 'Объемов

ЕЫМЫВ8

Содержание части:

- < о-

'ПО;Качинскому •>

Ш га ¡а <ю £о да

Рис*3 Обьемьг в шага а минерального азота из церного--■ подзолистых почв в зависимости от содержания част-ии

У ГЛ АТ ____

песямк и легкими суглавками мовдостно 0,5...3,0 м. Водонапорный горнзонг расположен в межморешшх слоях на глубине 20... 30 и. Болотный массив ШУ является тшшчкш дам центральной пасти БССР. Торф - среднеразложивагаЛся..

Клниат района - умеренно континентальный, с мягкой .згаоЗ и прохладным влажным летом. Средняя температура воздуха за пэ-ру.од май-сентябрь составляет +15,2°С, а сумма осадков - 340 ¡да,

Зо второй главе описан способ получения моделей прогноза изменения концентраций Щ, ^ ,«¿¿1 а водах осушительной сети.

Проведенные исследования показывает, что на процесс изменения концентрации веществ в грунтовых и дренажных водах большое влияние оказывают напорные .вода, питаодкв байтный массив.

Величина напорного питания болотного массива и относительно низкая концентрация рассматриваемых веществ в подзогяшх водах приводят к разбавления грунтових вод, что подтьерздается данными водно-балансовых к гидрохимических наблгадзнйй, даюпш лабораторных; опытов и расчетными методами. Так, например, по опнтнш.1 даннш получено, что на долга атмосферных осадков и напорного питания (в %% от приходной статьи баланса) приходится соответственно 80 и 202. Отношение величины жфидьтрации (<? ) к напорное/ питанию (Р) за 1983 г. 'составило 1/11,

Уелйорвтовков регулирование водного и питательного рэаи-моз почв несомненно оказывает влияние я на природные водн. Связано это с увелкчз:.".;ем объемов внноса вэааств из почзн в грунтовке воды. Учесть это влияние для разработки водоохранных и ресурсосберзгаздкх мелиоративных воздействий возможно з настоящее время'только с помоста мятематкпоскогочлодолировачти. Для получения искомой модели З.З.Шабгшовнм было преддозе-

-Ч-

но описать процесс изменения концентрации веществ в грунтовой воде однородной эргодической цепью .Маркова. В этом случае оя полностью определяется матрицей переходных вероятностей, каждый элемент которой вероятность перехода системы из одного состояния в другое (вероятность перехода из одной концентрации веществ в другую). На основе многолетних данных наблюдений (данные И.С.Костюкова и автора) за изменением концентрации веществ в грунтовых водах строилась начальная матрица > зна.' которую можно прогнозировать поведение веществ в грунтовой воде по формуле:

где (¿Ц- концентрация веществ в момент времени Т , /А-/ -матрицу переходных вероятностей на моменя времени Т, Ц РС,Ц1' -Т -я степень начальной матрицы.

. Использование матричного выражения в расчетах довольно • сложно, поэтому рассчитанные с их помощью траектории аппроксимируются дифференциальным выражением вида:

Это означает, что производная по времена концентрации веществ зависит от самой концентрации и некоторых параметров А и в . Для конкретных условий задача сводится к определению вида функции Д'С^/з/, в данном случае (в отношений веывств выражение (2) имеет следующий вид:

с(с . с(Т "

Посла интегрирования при начальном условии с(т=о)=С<

«-С+*. • (3)

получим:

/ I -аГ

Со)-в- , (4)

где Сх, - концентрация веществ, которая устанавливается в системе при Т—и отсутствии возьчзпвавдах воздействий: * - ^/а. С* - концентрация веществ в грунтовой воде, которая устанавливается после проведения возмущающего или управляющего воздействия; О. - параметр, характеризующий скорость изменения концентрации веществ в воде под действием внутренних источников.

Значения параметров а к С^ для условий ОПУ "Лесное" приведены в табл. I.

Таблица I

Значения параметров а и С&, для грунтовых вод

Вещество | ¿Г» , мг/л } а, 1/дек.

Щ °.72 1.14

Ж//<! 10,82 0,50

АгО 6,53 - 0,64

. . Физический смысл параметров ¿X и ё без учета процессов сорбции, деятельности микроорганизмов и т.д. виден из следующих формул:

. .. ^ (5)

а- п о* п

где ® _ дреналнц£ сток, й/с га; /7 - объем пор грунта водоносного горизонта, л/га; Р 7$ - интенсивность напорного питания и инфильтрации, соответственно, л/с га; С г , - концентра-дяя вэдаств в нзлоркнх и йнфйльграиконнвх валах, гс.г/д.

Таким образом, ¿> отракавт кратность разбавления веществ в грунтовой воде (или нагрузку на грунтовые воды), а параметр О. - кратность водооборота грунтовых вод.

Для построения цэпи Маркова, как показали исследования, возможно обойтись без матричных операций. Методика получения дифференциальной -зависимости сводится к следующему. На основании опытных данных непосредственно определяется приближенное значение производной по зависимости:

СМ ~с(х+<} - (6)

где С(х) , С(т*{) - соответственно концентрация веществ в момент времени Т к ; /С - интервал времени определения концентраций веществ (а-данном случае он был принят 10 сут.).

Вкбор расчетного интервала лТ производится из условия обеспечения достоверной связи значений •концентрации веществ на его начало и конец. Аппроксимируя зависимость от Ф-} и осуществляя предельный переход ( лТ — О ), получаем искомое дифференциальное выражение.

Ошибка определения параметров а и $ по Декадным данным наблюдений за изменением концентрации веществ в грунтовой воде

составляет 18,..19$, что вполне' применимо для расчетов.

>

■ Использованный метод получения дифференциального выражения впервые был использован В.В .Шабановым, В данной работе метод патучил '-;, дальнейшее развитие и может рекомендоваться для целей описания и управления природными процессами, поскольку позволяет получать простые зависимости, которые мохут быть использованы при проектировании к эксплуатации.

Полученные зависимости отражают поведение веществ в природных водах ь промежутке времени между прохождением внешних

-{Ъ-

воздействий, которые учитываются параметром С . Для процесса изменения концентрации веществ в грунтовой воде внешним воздействием будет вымыв их из зоны аэрация почвы после прохождения доядя или проведения поливов. Все остальные процессы относятся к внутренним. Для учета внешнего воздействия получены зависимости объема вкмыва веществ У из почвы а грунтовые во--да в зависимости от водоподачи (осадки или поливы), содержание веществ в почве О , вла:шость почвы I/ и глубина залегания грунтовых вод Ь .

С ~ 1/щ А -<;хр(-2№-Ь*ал?)

о

* А- ■ схр(-г.70-ь * т)

Мк,а - А ■ ■ е/р(-06 Л

(7)

где К? - коэффициент фильтрации почвы в слое зоны аэрации, м/сут.; , Уе - полная и максимальная молекулярная влагоем-кость почвы, % объема почвы; £ - объем инфшгьтрационннх вод, % объема почвы; - пористость почвы, % объема почвы.

Максимальные ошибки расчета значений объема выноса веществ по формулам (7) составляют: для ^ - 10$, - 1%,

М - 1,6*.

Из грунтовых вод оиогены через систему закрытого дренака подадаит в открытка водотоки. Для моделирования поведения , и в данных водных объектах был использован описании^ вше метод. Получеаяке з&васшосгс имеют дай шигопгаыЯ (4). Параметры й и С* представлены в табл. 2.

-и-

Таблица 2

Значения параметров О. и С<*> в модели,' описывающей изменение концентрации веществ в водах канала, пруда и реки •

I Канал ' | Пруд I ■ - Река Вещество;--;——----(—-----т--——-1-----т—г—

а | с,- - | ■ л | с~. : а | с~

Щ 0,50 5,14 0,99 . 3,65 0,94 3,72 Ш, 0,56 0,63 . 0,90 1,17 0,41 0,41 л;г? 0,84 4,21" 1,27 6,27 1,02 7,06

Примечание. Размерность параметров/^./ = 1/дек., [С-] = мг/л.

В третьей главе получены модели прогноза процессов измена?, ния влажности и содержания питательных веществ в почве, влияющих на выноо питательных веществ ^ , из. зоны, аэрации почвы в грунтовые вода. Определены потребности растений (речь вдет только о многолетних травах) к данным факторам', для возможности расчета режимов их регулирования.

С этой целью была использована модель изменения влажности в почве В.В.Шабанова:

||Г-V« у-(I/«. (8)

где к». - стационарное значение влажности почвы, которое устанавливается при -Т-«- при отсутствии внешних воздействий; и7» -.начальная влажность почвы; <х - коэффициент, характериэу-вдий скорость изменения влажности; , - соответственно поливная но!ма и осадки. :

В случае отсутствия или при глубоком залегании УГВ, к, можно принимать равной влажности заведения ( К» ). При нали-

-п-

чии УГВ можно воспользоваться уравнением:

1С- О)

где - изменение платности в расчетном слое почвы (Ь ) за счет грунтовых вод.

Применение вышеупомянутого метода для получения расчетной модели позволило получить зависимость изменения содержа-' няя веществ в почве во времени, которая имеет вид, аналогич-' ный (8). Параметры модели представлены в табл. 3.

. Таблица 3

Значения параметров С( и С с» модели изменения концентрации веществ в почве

Вещество ] [ И^О

а , 1/нед. 1,16 1,16 1,04

Съ, , мг/ЮОг 8,03 6,62 14,05

'гУ/У; V : ——————---—--------—

• Для учета гидротарыического рекима почвы использованы экспериментальные зависимости, полученные по данным компо- ' стирования низинного торфяника при различных температуре (¿? °В) и влажности почвы (данные Т.Б.Пушкэревой, обработанные автором):

ш а/б/-г / I

¿¿г£'с. ^ V , (ю)

СГ*

где Со ■ - содержанке в расчетном слое почвы на начало евзош.

Осибка определения С* по зависимостям (10) не превышает ¿5 мг/100 г.

Точность прогноза изменения содержания нитратов аммония в почве не превышает 20$, что вполне приемлемо для практических целей, так как точность определения среднего значения. ^ и Щ в. почве составляет 20...30% при 10-кратноД повторности.

Расчет режимов регулирования влаги и питательных веществ в почве (при существующем уровне плодородия) возможно осуществить после определения требований растений к-данным факторам. Данная задача решена с помощью метода стохастической аппроксимации Ккфера-Вольфоввда, который позволяет определить экстремум функции при большом разбросе точек. В данном случав целью было получение экстремума зависимости биомассы многолетних трав от влажности почвы и содержания в ней питательных веществ. Применимость данного метода проворена В.Б.Шабановым, Т.П.Тиняколш, В.Н.Маркиным. Результаты расчетов по определз/ нию оптимальных-значения влажности почвы и запасов веществ в почве (соответствующих максимальному уроааю Мыи и 0,8 Утах ) приведены в табл. 4,

Для расчета объемов выноса веществ дренажным стоком необходимо прогнозировать водообмен почвенных и дрзнаяных вод. Данная модель должна быть состыкована с ранее полученными зависимостями и быть того еэ уровня сложности.. Для этого необходимо было получить модель водообмена, для чего такта применен описанный метод получения моделей. В результате получено:

д?--?•) е'а'1 V (и)

где д - водообмен почвенных и грунтовых вод, мм/сут.; -равновесное значение водообмена при постоянном реяиме влажности потеы я 713, ьк/сут.; ¡/с - водообмен после проведения полива или дождя, г.и/сут.; О - параметр, 1/сут.

При этом значение ^ рассчитывается по формуле Ю.Н.Никольского: /»/-к/. 1" -агп-(Ь-Ье/г.)

(не, 1ч* / ~ (2 .

, к9 - -^-^аРПГТ^Т >

где Л , - параметры, учитывающие тип почЕогрунтов н их капиллярные свойства, Ьр - мощность расчетного слоя почвы. Значение рассчитывается по формуле (?)» : Дренажный сток рассчитывается по формуле:

Ъ' $ ' (13)

где Р - интенсивность напорного питания ( с о "Л ),

Проведенные исследования позволили получить модели дач прогноза водного и питательного реяимов почвы, изменения концентрации веществ в грунтовых водах, водах пруда, какала и .реки. Кроме того,, определены пределы регулирования данных факторов.

В четвертой главе представлены эксперименты по определению влияния регулирования водного а питательного режимов почв на изменение гидрохимического режима грунтовых вод, вод осушительной сети. Расчеты проводились по описанным выше моделям, позволяющим прогнозировать изменение концентрации веществ Щ , и в системе почва - грунтовые воды - воды осушительной системы, реализованные на языке "Бэйсик" ЭВМ ДЗ-28, "СИ" ЭВМ 1ВМ Рс/хг . Расчет производился по следующей схеме (рис. 4). Исходны;.® данными являются даты и объемы доядя, количество расчетных периодов (декада, сутки), исходные значения влажности почвы, водообмена почвенных и грунтовых вод, содержания веществ , ¿Щ и в почве, содеряание веществ в водах, осушительной сети на начало расчетного периода, пазен-сивность напорного питания и концентрация веществ а напорных

Уйлав'Ий на верхней граНИце- оса цки .температура, печальные значения факТйров-

водный режим

ПО^'В

питательный режим почв

Изменение -концентрации .-в грунтовых" водау

Условия на нижней гЬанйцё: напорное питание й концентрация веществ в напорных водах

изменение концентрации а водах системы

Закрытый и открытый' коллектор пруд _а> река.

1

Рис.-4 Схема расчета изменения концентрации веществ в 'йодах осушительной сети-. ■

-Таблица щ

Оптимаяьнда значения влааноста почвы и запасов веществ в почве, соотвзтствушшэ и 0,8'Сбиа* , по'фазам развития

7кос ■ I - 2 3

Фазы развития 1 кущение ■ трубко- вание колошение-цветение 1 отрастание ) одиночное цвет. о ч р а с т а н и е

Период в 15 сут.. Г 2 3 4 ; 5 { 6 Г'Т 8 9

V % объема Ыталс СЛ^тах 65 60-70 57 55-65 45 40-50 60 50-65 56 50-65 60 55-65. 57 50-70 60 50-70 60 50-70

Щ кг/га Мтар ць-а***** 300 370-230 170 190-130 220 330-160 ■ 120 160-Ц0 150 180-90 180 210-150 150 180-140 100 150-20 150 180-100

кг/га Жти* 300 350-250 120 140-80 280 310-250 200 230-170 220 300-200 180 250-80 130 ■ 240-150 НО 180-80 170 220-110

кга И маг 400 200 250 200 260 150 150 150 150

кг/га в.Ъ'икь* 430-350 290-140 300-130 220-140 320-170 220-120 210-140 200-140 220-120

водах, расстояние от ocyiîiaei.ioro массива до пруда и реки, коэффициенты саг.-.оочнценкя воды в водах осушительной системы» диапазоны регулирования водного и питательного ре;;ог.:ов почвы.

Получанная модель позволяет делать расчеты при любом сочетании входных данных при расчетной периоде времени 10 сут.

Для оценки антропогенного влияния на изменение содержания биогенных веществ л водах осушительной сети предложена следующая методика, идол которой принадлежит В.В.Шабанову. На основании рассчитанных или измерзнных данных об изменении содержания веществ в водных системах до к после проведения мелиоративных работ строятся их плотности распределения. Далее,' зная, что плотность распределения данных веществ а воде можно описать нормальным законом, по формуле определядт вероятность изменения концентрации (лР ) и вероятность превышения ПДК {¿.Рпт ) :

(Г , С - соответственно среднеквадратичэекое отклонение и среднее значение содержания зедеств до (I) и после (2) воздействия. -

Следовательно, если мелиорация никак не повлияла на гид-

В случае очень больших изменений рехима &Р— VX>%.

На рис. 5 показаны кривые зависимости величины ¿/'и х.Р/1 с* от математического ожидания ( С ) концентраций веществ ЛЩ и KtO в речной воде. Данные графики позволяет определись, с какоЛ вероятностью произойдет загрязнение водопршлиика в результату глелиэратиеных у.еронркяткП. Например, для нктраткэ-

0

(14)

х

го азота эиачэнио 100,», хотя 0%. Для аммонм

13%, е,Р.тк= 1%. Относительно калия получены следующие результаты: д Pfi0 * 92%, а й. Следовательно, интенсив-■

ноа мелиоративное регулирование водного и питательного режимов почз при выращивании многолетних трав на сено на глубоко-залеясном торфянике на 0Г1У "Лесное" могло оказать глубокое изменение гидрохимического режима реки-водоприемника, при котором создается опасность превышения ПДК та шли веществами, как А% и Htü . Для предотвращения экологической опасности не этой системе было построено водохранилище-накопитель.

выводи и лредтонж!

1. Разработан математический аппарат, позволяющий получать модели для прогноза, изменения влажности почвы, содорда-ния гштательных веществ в почве и водах мелиоративного объекта. Данные модели могут использоваться для идентификации объекта, т.е. в режимах реального времени. Эт'о позволяет при проектировании и в эксплуатации предусмотреть все многообразие природных процессов,, свойственных конкретному объекту.

2. Процесс изменения концентрации питательных веществ в грунтовых водах и водообмен почвенных.и грунтовых вод могут быть описаны как однородные эргодическиз марковские процессы. Это обстоятельство позволило получать простые математические модели для описания данных процесоов.

3. Для условий ОПУ "Лесное" найдены-переменные во времени требования многолетних злаковых траз к содзряанию питательных веществ в почве и вла;хности почвы. Это позволяет проводить регулирование данных факторов в оптимальных для растений пределах и в оптимальные сроки, позволяет экономить водные ресуреы.

рэбот и вероятности измекэнич сонцентрации Щ и в реке после уэляэрэцяк (лР) от т среаней концентрации ( С \ ■

4. Получены расчетные зависимости для учета слияния напорного питания болотного массива ка гидрохимический ре;аш вод осушительной сети.

5. Получена модель для прогноза изменения концентрации веществ /Щ , а rfi Û в почве, грунтовых и дрэнакных водах при различных условиях водного'литания массива, климатических у слови!;, режимов регулирования водного, теплового и.питательного редагов почв.

6. Экономическая эффективность от предотвращения ущерба от загрязнения водоприемников составляет 3,75 и 20,53 руб/га соответственно для учета санптаряо-тохничэских и рыбохозя&ст-венных корм.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Маркин В.Н., Костюков И.С. Изучение стохастического, процесса изменения концентрации нитратов в грунтовых водах. Тр. ЖШ, 1986.

2. Пушкарева Т.В., Халько В.Д., Маркин В.Н. Влияние пес-ковакия на биологическую активность и водно-физические свойства торфяно-болотной почвы. Тр. МШ, 1985.

'•3.;Маркин В.Н. Способы определения требований растений к содержанки А\ Р ,К в почве. Доги. ВАСХНИЛ, 1987.

4. Маркин В.Н. Описание процесса изменения содержания Щ , Щ П В почве во времени. Тр. ГЛПЛИ, ISS7.

5. Методические 'указания по расчету поступления биогенных элементов в водоемы от рассредоточенных нагрузок и установлению водоохранных мероприятий. Госагропром РС5СР, I9S6. • (З.В.Шабанов, В.Н.Маркин написали п. 2.II).

6. Земляков Ю .!<!,, Маркин В.Н., Халько З.Д. Система моде-

-2.1-

лей оперативного управления водно-пищевым реякьюм посевов на ОПУ "Лесное". Тр. МШИ, IS88.

7. Шабанов Б.В., Ыаркшг E.H. Прогноз изменения концентрации бгогенов в дренажном стоке. Тр. МШИ, IS88.

Объем 1 Чг п. л.

Заказ 3083.

Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева-127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно