Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Способ количественной оценки пищевого режима осушенных торфяных почв

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Способ количественной оценки пищевого режима осушенных торфяных почв"

МОСКОВСКИЙ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫМ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ЯКОВЛЕВ Виктор Вячеславович

удк 631.6

СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПИЩЕВОГО РЕЖИМА ОСУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ

06.01.02. Мелиорация и орошаемое земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1991

)

Работа выполнена в Московском гидромелиоративном институте.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор А. И. Голованов, кандидат технических наук, вед. н. сотр. Б. Ф. Никитенков.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Д. Ф. Шульгин, кандидат технических наук, вед. н. сотр. Л. Г. Попов.

Ведущая организация — Московский государственный университет.

Защита диссертации состоится « . . . ».......

1991 года в . . . часов на заседании Специализированного совета К. 120.16.02 в Московском гидромелиоративном институте по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « . . . ».......1991 г.

Ученый секретарь Специализированного совета — кандидат технических наук,

доцент Т. И. Сурикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность мелиорации, наряду с другими факторами, определяется возможностью регулирования и управления пищевым режимом почв. Теоретическое обоснование методов регулирования недостаточно разработано, что препятствует нормальному внедрению комплексных мелиораций в практику земледелия. В Имеющихся исследованиях пищевого режима в частости недостаточно разработаны вопросы кинетики питательных веществ в почвах, учитывающие процессы растворения, диффузии и ионного'обмена, трансформации элементов минерального питания почвенными микроорганизмами, взаимодействия корневой системы растения с твердой фазой почвы.

Цель работы - разработка математического описания процессов движения элементов минерального питания растений для количественной оценки пищевого режима осушенных торфяных почв.

Для достижения поставленной .цели рассматривались следующие задачи: .

- разработка математических моделей формирования пищевого режима на осушенных торфяных почвах;

■..-.полевые и лабораторные исследования для получения необходимого экспериментального материала;

- расчеты по предложенной математической модели, исследование вопросов ее идентификации и верификации.

Мет о. д.и к а исследований. Применялись метода математического моделирования; проводились, полевке и лабораторные эксперименты, в которых наряд' со стандартными методиками использовались модифицированные методы отбора и ис-

следования почвенных растворов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена вербальная и концептуальная модель формирования пищевого режима■ на мелиорируемых землях, отражающая и обобщающая представления о почве, как полидисперсной среде;

- разраоотана математическая модель процессов совместного движения элементов минерального питания растений с прямым учетом водного, теплового и газового режимов почв;

- разработана математическая модель.формирования"йищЙвЬго режима, на осушенных торфяных почвах, проведена ее 'Вдёнт'й$тка-ция по экспериментальным данным'и показана возможность -использования'модели данного класса в обосновании методов комплексных мелиораций;

- Еперше в полевых условиях осутцё'йвлялоя Мониторинг более чем 100 параметров водного,' теййвэго и пищевого режимов и получены новые ооъвкттю о"'кшю®шсе этих параметров и их взаимосвязях.

П р а к т и'ч в с'к "а" я значимость работы заключается в разработке модели, достаточно точно описыващей процессы изменбйия пищевого режима осушенных торфяных почв, которую можно использовать для оперативного расчета изменения, пищевого режима в краткосрочных прогнозах; а также в разработке автоматизированной системы сбора, хранения и представления' опытных данных на базе персональных компьютеров. '

Р е а л и з а ц и я р а боты. Научные результаты работы использованы Проблемной лабораторией Московского гидроме- . лиоративного института при планировании полевых экспериментов и включены в отчеты о НИР по Государственному плану (Проблема Cl.b2.Ql).

''"-г-' "■.■

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях М1'МИ (1389,1990,1991 г.г.), на заседании кафедры сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций.

Публикации. По основным результатам исследований опубликовано четыре статьи.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (187 наименований) и приложений; содержит 124 страницы машино-ппслого текста, 148 рисунков, 3 таблицы. Общий объем диссертации 252 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе диссертации рассматривается пищевой режим почвы и.методы его регулирования, дается анализ опубликованных работ по изучению и моделированию водного, воздушного и пищевого режима (работы А.И.Голованова, И.П.АйдароЕа, Д.Ф.Шульгина, Ю.Н.Никольского, А.А.Алексашенко, Б.Ф.Никитенкова, В.В.Ведерникова, В.Н.Кудеярова, Л.Л.Шишова, И.И.Карманова, Д.Н.Дур-. мансва и др.).

Для отработки методов комплексного мелиоративного регулирования необходимо систематизировать известные методы и способы воздействия на пищевой режим. Основными параметрами, характеризующими пищевой режим, являются концентрация почвенного. раствора, запасы и сбалансированность элементов минерального питания в почве. При решениин вопросов изменения и регулирования пищевого режима'обычно предполагается, что будут происходить изменения этих параметров, а также некоторых других, связанных с ними, таких, например, как активность микробнологиче-

окой деятельности. При оценке регулирования Еажно определить, какое воздействие оказывают применяемые методы на пищевой ]эе~ ким, а также насколько они рациональны.

Предлагаемая классификация методов регулирования и воз- . мощностей изменения пищевого режима почв показана на рис Л .

В диссертации анализируются методы моделирования в почвенных исследованияхь Большинство раоот в ооласти почвоведения и агрохимии, затрагивающих вопросы формирования пищевого режима, в основном фиксирует результаты экспериментов, а теоретические проработки доводятся только до уровня кинетических схем, использование которых в разработке инженерных методов комплексных мелиораций не представляется обоснованным из-за низкой надежности и достоверности.

Моделирование пш(евого: рекйМа"'поч&, основанное на теории массопереноса и массообмейа 'с '•учёт6м';ф13ико-химической и микробиологической трансформации питательных веществ, является на данном этапе вдинствЙйШа'-Шт^йя, позволяющим учесть комплексность-процессов и' вШти.1 на достоверные методы проектирования пищевого режима'почв.

Во второй главе дается математическое описание процессов формирования пищевого режима почв. На основе анализа научных ■ пуОликащй показано, что математическое моделирование процессов формирования пищевого рекима почв невозможно без уточнения и детализации основных представлений о почве, как сложной'экосистеме с большим количеством связей различной природы и множеством протекающих абиотических и биотических процессов.

В последнее время (Воронин Д.Д., Орлов Д.С., Траоре М.) почву представляют как сложную многофазную и многокомпонентную

-ч-

ПРЯМОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

внесение механи- механи- внесение

мине- ческое ческое | химмели-

ральных внесение внесенией орантов

удобре- сухих жидких I

ний с мине- удобре-

полив- ральных ний

ной ЕО- удобре-

дой ний

ОПОСРЕДОВАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

{мзхзни-Цческие воздей-1 ствия на поч-8 ву

воздействие посредством растений

Iвнесение а органических удобрений

изменение механического состава почвы

Енбор культуры и сорта, предшественников, густоты стояния, борьба с•сорняками и•болезнями

вспашка, рыхление, культивация, боронование, дискование, прикатывание, гребнеЕашге

управление микробиологической деятельностью 8

ингибированиеы и стимулированием микробиологических процессов, внесением бактериальных удобрений

регулированием водного, теплового, солевого, газового режимов почвы

Рис. I Метода и способы регулирования пищевого режима почва.

физико-химическую систему, в которой почвенный раствор, почвенный воздух и твердые вещества являются'отдельными частями, различными по физическому состоянию (жидкость, гёз, твердое тело).

Твердая часть состоит из материала почвы и растительных ■ остатков, пронизанных крупными и мелкими порами, в которых находится почвенная влага. Аналогично рассматривался почвенййй воздух крупных и мелких пор, пор растительного остатка (принимается, что он присутствует только в крупных порах). Кбмпонен-

' ¡V,'. ''¿«Ч••<?'■

ты почвенного раствора и компоненты воздуха переходят из одной части в другую.

Почвенный раствор и почвенный воздух являются ^наиболее подвижными частями почвенной система. Уравнения баланса масбя компонентов почвенных •растворов и воздуха гюгут бить записаны в виде (одномерное дёижейие, полидиспврсноё Зтре добавление о почвах):

( к > , ■ ■ . -^■'^-'■-ЙНС^Ч^ и)

ах "ох ■

где: ■- ■сойтватственно маоса 1 - компоненте почвэн-

ного^бтвЬра й р - компонента почвенного воздуха в единице -об^Ша'почвы; <.<1с> и «г'1" - поток 1-го и р-го компонентов в

• Р .

(ч - масса компонента, проходящая через единицу площади ' селения почш в единицу временя;; р^к> - плотность р-компо-нента почвенного воздуха (масса р-компонента в единице объема почвенного воздуха); <р|- плотность источников и стоков 1-

компонента за счет его перехода в ;) - компонент в растЕоре; ш|к> и о/1" - плотность источников и стоков 1 и р компонентов за счет их перехода в другую часть почвенной системы; ф<к'1',

(к I )

фр ' - плотность массооомена ^.-компонента почвенного раствора и р-компонента почвенного воздуха между выделенными 1с и 1 элементами почвенной структуры или структуры пористого пространства.

В диссертации рассмотрены и обобщены вопросы взаимодействия корневых систем растения и почвы. Приводится математическое описание процессов отбора вода и питательных элементов корнями растений. Рассмотрены теоретические основы методов моделирования роста и развития почвенных микроорганизмов.

В работе приведены зависимости, детализирующие систему уравнений движения (I) и (2). Так, для принятой схемы потоков веществ в элементарном объеме почвы (рис.2) записываются уравнения для штоков влаги между цористым пространством мелких и крупных пор:

Л.г=1Ь/:1о.г <со- сг>*о3 <3> .

А.г= К0.2/:10.2<Р0-Л'3 °о • <4>

где а - диффузионный поток, ¡3 - конвективный поток, Б - коэффициент диффузии, К - коэффициент влагопроводности, 1 - расстояние, с - концентрация, Р - давление, я - влажность пористого пространства, Б - площадь сечения потока; индекс 0 относится к влаге мелких пор, индекс 2 - к влаге крупных пор почвы (см.рис.2).

Соответственно в диссертации получены уравнения для других потоков влаги и для потоков воздуха.

Рис. 2 Схема потоков в элементарном объеме почвы:

Ч^дГ - конвекция,' ~—«- - диффузия; -^ - растворение

(выделение) газов; - поглощение (продуцирование):

АМ - автохтонными, 31/ - зймогенными мшдюорганизмами; концентрации: С0, С2 ~ раствора .мелких и крупных пор почвы, С6, С4 - раствора меДкйх % Крупных пор растительного остатка,

С1» с3 ' ьоз^Ха мелкий К тфунных пор почвы, С5 - воздуха пор растительного остатка-, - атмосферного воздуха.

В рамках оидиспдрсно& модели с пористым пространством крупных и мелких пор уравнения (I) в (2) должны быть записаны для кевдо'й из шделетшх частей пористого пространства, в этом случае сйстема уравнений, описывающая процессы движения воды и воздуха.'йрйХставится в видь /Еадврникоа в.Б.,Ншштенков Б.О./:

дЧ

-V-

д%

Ф'1-* + < +

(5)

'вк

а (Я)

Ох

-ф'*-* + + и!"

(6)

ор11' (т1- и"') . ар"У"

дт а* а

ар<2> (т'2>- вр"У®

От вх

гдэ ш(,>, иг'1', ш'г>, и'*'- пористость и влажность в пространстве мелких (I) и крупных (2) пор; ^ - потоки влаги (Я) и воздуха (а) в двух частях; р - плотность воздуха (сжимаемая фаза;; платность массооОмена между пространством мелких и крупных пор почвы; шт, оф - плотности транспирации и физического испарения из выделенных частей почвы; х - вертикальная координата, для дальнейшей определенности формул отсчитываемая от поверхности почвы и направленная вниз (глубина); т - время. »

Затем записываются уравнения для элементов питания в почвенном растворе, например, для N0,:

^ Пкоа в , еПко

Рмо —Г" -71.^ +

9 (Эх 1 дх а

АХ Зг 1 » Й дх

О)

+ <р"' + ф'1' + ф,г-0> + и'1' ,

ко .n0 . ^мо .мн n0 ыо •

12 9 4 9 9

где я"" - влажность в пространстве крупных пор; концен-

трация иона ноя н почвенном растворе крупных пор; 5^*'- коэффициент конвективной диффузии элемента в крупных порах; а^" -

поток почвенного раствора в крупных порах; Фмо ыс>г - переход из во, в Ша в почвенном растворе крупных пор ; - плот-

ность массооОмена компонента (в данном случае Щ,) мезду пространством крупных и мелких пор; - плотность источников и стоков за счет' перехода в другую часть почвенной системы (растворение твердой фазы) в крупных порах. -

д , Опмо. д

-1 = _ Го40' -11 _ 4»'.А«'

л ГКО м 1 Л V МО

ОХ их 1 Ох ОХ в

+ ф'°' + ф<0' + + У'01

' ЫО .N0 ХН ""но

где - влажность в пространстве мелких пор; концен-

»

грация иона в почвенном растворе мелких пор; Б^' -коэфри-

а ■

циент конвективной диффузии елемента в мелких порах; -

цоток почвенного раствора в мелких порах; Ф^'ыо - переход из

»' 2

КОа в И02 в почвенном растворе мелких пор; - плот-

ность массооомена компонента (в данном случае ноа) мевду пространством мелких и крупных пор; - плотность источников и стоков за счет перехода в другую часть почвенной системы (растворение твердой фазы.) в мелких порах. .

Уравнения для компонентов почвенного воздуха, например,

для о2:

а«!"

-с- -с] : :

да г Ох А з Ох г.'

(И)

Ох Я ■ * » 2

где ша> '- пористость; концентрация оа в почвенном воз-

духе крупных пор; ' - поток почвенного воздуха в крупных порах; 0 .

вх » Ох 1 » Ох » •. ■

— * Ф'1'" + + и"'

ах а 2 ,' •

(12)

-/о-

где - концентрация ог в почвенном воздухе мелких пор;

- поток почвенного воздуха в мелких порах.

Для моделирования пищевого режима почв предложена схематизация расчетного слоя почв.

Анализ системы уравнений показывает, что на данном этапе использование ее в практических расчетах невозможно не только из-за неизвестности ряда параметров, но и отсутствия математических методов решения таких задач. Поэтому треоуется дальнейшая методическая работе по уменьшению размерности задачи для возможности ее практического использования.

В третьей главе обсуждается организация, технология проведения и результаты комплексного лаоораторного и полевого эксперимента.

Теоретические положения второй главы и существующие возможности проведения полевого эксперимента с использованием новейших методов и технических средств позволили разработать и сформулировать принципы планирования и методику комплексного полевого эксперимента го изучению пищевого режима почв.

основной замысел эксперимента состоял в том, чтооы в полевых условиях получить необходимый экспериментальный материал о процессах, протекающих в почве, и их параметрах параллельно с измерением показателей роста и развития сельскохозяйственных культур.

В проведение эксперимента, был заложен принцип максимально возможного различия траекторий факторов роста и развития сельскохозяйственных культур на различных вариантах опыта с данной культурой. Кавдая из исследуемых сельскохозяйственных культур была разделена на 4 варианта, на которых искусственно (полива-

-Л-

ми и внесением удобрений) поддерживался разный водный и пищевой режимы и при этом существенно изменялись все почвенные режимы. Для каждого варианта опыта предусматривались площадки для проведения как синхронных, так и отдельных замеров.

Реализация основного принципа позволила по однородной методике получать различные почвенные режимы и физиологические реакции растений на изменение факторов роста и развития.

Для контроля большого числа параметров была разработана автоматизированная система сбора, хранения и обработки опытных данных с использованием ЭВМ.

Проведенные эксперименты выявили отсутствие прямых эмпирических связей между основными параметрами водного и теплового режимов и параметрами пищевого режима; а также отсутствие связи между концентрациями питательных элементов в почвенном растворе и их содержанием в почве, определяемым стандартными методами агрохимии (примеры экспериментальных графиков приведены на рис. а, 4). Однако теоретические построения второй главы указывают На возможность существования зависимостей между параметрами, но одновременно на неоднозначность и сложность таких зависимостей, которые существуют лишь на дифференциальном уровне.

Причиной отсутствия отмеченных связей является как сущас-твенная неоднородность почв, так и условность стандартных методов агрохимии, направленных на определение доз единоразового внесения удобрений.

Результаты специальных лабораторных экспериментов по определению водно-физических свойств почв и параметров изотерм ионного обмена для почвы осушенного участка "Лесное" использо-

-¿г-

• ¿ь РА ^/V-

X* | I д V'

♦ I I *

Апрель Май

Июнь

Июль

Август Сентябрь

Рис. 3 Концентрация N03 в почвенном растворе,

(мг/питр).

х—х Содержание НОЗ а почве (иг/1В8 г). (Стандартная годная еытяпка)

л

t

п

V ч

* V/ X

Л

1 »« 19

Рир.4 По X: Концентрация КОЗ в почвенном растворе, (мг/ямтр),

По V: Содераание НОЗ в почве (мг/100 г). (Стандартная водная вытяжка)

ваш в математическом моделировании. В полевом эксперименте оыли получены параметры, необходимые для идентификации математической модели.

В четвертой главе "рассматривается математическое моделирование пищевого рекима почв для условий 011У "Лесное".

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что из наблюдений за водным, тепловым и пищевым режимами, нельзя получить необходимые функциональные зависимости между ними.

Математическое описание процессов движения ионов в почвенных растворах и формирования ионно-солевого комплекса почв позволяет непосредственно перейти к разработке численных методов и алгоритмов решения практических задач. Для расчета пищевого режима почв необходимо учитывать наибольшее число факторов по сравнению с другими задачами расчета ионно-солевого комплекса почв.

Исследование общей модели формирования пищевого режима почв, разработанной во второй главе, привело к выводу, что на данном этапе развития численных методов решения подобных задач использовать ее невозможно, этому также препятствует отсутствие многих необходимых параметров.

После соответствующего анализа получена более простая математическая модель, отражающая основные процессы, связанные с формированием пищевого режима почв, решение которой возможно на персональных компьютерах.

Система уравнений формирования ионно-солевого комплекса записывается в виде:

I. Система уравнений в частных производных для описания движения ионов в почве (суммарное количество данного иона;

а сгг. п. а аг ач п,

= _ в + _ п---

ах бх дх ах бх бх

+ ф'1' + Ф<1> + Ф

гдэ п1 - концентрация 1-го иона; « - влажность в долях от ооъема; В - коэффициент конвективной диффузии; т1 - коэффициент активности; - коэффициент термодиффузии; У4 - поток; Ф^1>- поглощение корнями; появление или исчезновение

элементов питания из 1111К; ф^11- поглощение или выделение за счет растворения твердой фазы; ф^1' - появление элементов питания за счет микробиологической деятельности; Фх - внутренний источник перехода нн<<—>шз (в уравнениях для движения Ш4 и ша); 1=1...ш (т - общее число рассматриваемых ионов).

2. Система алгебраических уравнений ионных равновесий в почвенном растворе

г^ = Нь[1 + рс Г(й4 Л , З - 1,2...т , (14)

где п1 - концентрация содержания 1-го иона в свободном состоянии; к. - коэффициенты, определяемые константами ионного равновесия и активностями ионов; - функции,определяемые формой уравнений ионного равновесия (в большинстве случаев гJ(п,) » й,).;. .

: . ' 3. Система обыкновенных дифференциальных уравнений для содержания ионов в ППК

^ Б. -

---- N I - V , 1 - ,1.2...в» ,

аТ

ом,

■К = Х,(п J = Ь2...ш,, ф . - --Ь р ,

сл.

- ф:11 + Фа> +

где nl - содержание ионов в ШЖ; Nlp - равновесное с почвенным раствором содержание ионов в 1ШК.

4. Система обыкновенных дифференциальных уравнений для содержания ионов в растворимой твердой фазе почв

¿p<i> s

= О "W^p - v

< • •

Ф = р- (для содержащих i-й ион; пм

к dx

\р ^ Yc^.t.W) „ k = 1,2—mz .

где: Пк - произведение растворимости; я£1>- содержание ионов в растворимой твердой фазе почвы.

5. Система обыкновенных дифференциальных уравнений трансформации органического вещества почвы (эзот й фосфор)

йх

dT

= о. < «ы ;

(17)

ам, в»

<ш.

сЗЫ

мр * dt

dit,

- t), ФЫР - - — P .

(18)

(19)

где: t^ , ur -

текущее содержание азота и фосфора органичэс-

кого вещества; м - их равновесное содержание.

В соответствии с конечно-разностными аппроксимациями основных дифференциальных операторов расчетных слоев почвы записывается система квазилинейных алгебраических уравнений для каждого рассматриваемого иона.

Алгоритм расчета оыл реализован на эвм ibm pc/at для десяти расчетных олоков с общей мощностью рассматриваемого слоя однородной торфяной почвы 1,5 м и постоянном угв равным 1,2 м.

Задача решалась для шести ионов в почвенном растворе: NOj, к, Р., Сз, ci; четырех ионов в ДИК (НН4, к, Е.^Са) при отсутствии солей в кристаллических фазах (хотя в модели эти процессы учтены, но отсутствуют необходимые параметры, почва имеет органическое происхождение и кристаллические формы отсутствуют по ее генезису). Баланс микрооиологической деятельности проводился по сумме нитратного и аммиачного азота в соответствии с формулой,полученной по опытным данным Т.В.Пуш-каревой. Ионные равновесия рассматривались в почвенном рзство-pè только для аммиачной и нитратных форм азота ' так как рассмотрение остальных ионных равновесий не вполнэ корректно в данной постановке задачи. Элвкгронейтральность раствора в данном случае не-контролировалась, так как число рассматриваемых бонов было ограничено и не соответствовало их действительному составу в реальных почвенных растворах.

Исследование математической модели проводилось в два этапа. На первом этапе отработаны численные метода и проверена работоспособность модели. На втором"этапе осуществлялась иден-тсфгквция и верификация модели на полученном в полевом и лабораторном эксперименте материале.

I II.. I ■ I

5 7 9 11 13 15 1? 19 21 Т.сут.

Рис. 5 ♦ + Концентрация КН4 в почвенном растворе.

..... Расчетная кощен грация НН4 в почвенной

растворе.

_.—I, , I—.—

5 7

Рис. 6 * *

9 11 13 15 17 19

Концентрация ЮЗ в почвенном растворе.

Расчетная концентрация N03 в почвенном растворе.

21 Т,сут.

Л .11

' ■ '

1.4

+

+

■ I—. ,. 1 ■ -I--—1—I—и,

,1 . I I ,1

Рис. 7

7 9 11 13 15 17 19 21 Т.сут.

♦ Концентрация Р в почвенном растворе.

Расчетная концентрация Р о почленно» раствора.

* ■ ч I ■ 11

I . I ■.... , I

5 7 9 11 13 15 17 19 Рмс. 8 .♦•■♦■■ Концентрация X в почвенном растворе.

21 Т|Сут,

Расчетная концентрация X в почвенном растворе.

9. 00

Для идентификации модели были Еыбраны действительные наблюдения за концентрациями почвенного раствора, метеорологическими и другими параметрами на третьем варианте опыта в 198? году.При этом изменялись параметры изотерм катионного обмена, дисперсий и массооОмена. Ограничения: на изменение параметров было принято 50 % для измеряемых и 100 % для модельных. Период идентификации был принят с 6 по 13 июля, исходя из 2 точек за- . адров влажности на этом отрезке и-2...4 точек определения концентраций питательных элементов. Но этим параметрам проводился дальнейший верификационный расчет. Результаты расчета приведены на рис.5...8.

В целом оценка предложенной модели показала возможность ее использования для расчета изменения пищевого режима в краткосрочных прогнозах.

Основные выводы и результаты диссертации.

1. Эффективность мелиорация определяется возможность» регулирования и управления пищевым режимом почв. Однако в отличии от водного, теплового л солевого режимов почв в настоящее время инженерным методам регулирования пищевого режима почв и их теоретическому обоснованию не уделяется достаточного внимания.

2. Дана классификация методов регулирования и возможностей изменения пищевого режима почв.

3. Предложена вербальная и концептуальная модель, отражающая и обобщающая представления о почве, как полидисперсной среде. Эта модель может являться основой построения математического описания процессов движения воды, воздуха, тепла и элементов минерального питания в почвах. Математическое ошев-

-¿С

низ процессов движения элементов минерального питания растоний с прямым-учетом и описанием водного,, теплового и газового режимов почв представляется наиболее полным из существующих.

4. Разработана автоматизированная система сбора, хранения и представления опытных данных с использованием ЭВМ. Необходимость создания такой системы' определяется тем, что в соответствии с планом полевых експериментов необходим контроль большого числа (около ста) параметров внешней среды и физиологических показателей выбранных культур.

5. Проведенные эксперименты показали:

- отсутствие прямых эмпирических связей между основными параметрами водного и теплового режимов (влажностью и температурой) и пищевого режима (концентрациями питательных элементов и их запасами в почье);

- отсутствие связи между концентрациями питательных элементов в почвенном растворе и га содержанием в почва, определяемым стандартными методами агрохимии;

- несмотря на имеющуюся синхронность ряда процессов во времени, отсутствуют тесные связи между их параметрами.

- для идентификации параметров математической модели необходимо наблюдение за изменением концентрации элементов минерального' питания в почвенном растворе.

6.1 Измерения запасов основных элементов питания - азота, фосфора, калия, полученные по стандартным агрохимическим методам, невозможно использовать для оперативного регулирования пищевого режима почв, так как они не связаны с концентрациями этих элементов в почвенном растворе, откуда растения потребляют необходимые для их жизни вещества.

-л/-

7. В результате работы стало очевидным, что в настоящее время использовать в полном объеме общую математическую модель формирования пищевого режима почв, разработанную в главе 2 невозможно не только из-за отсутствия всех необходимых параметров, но главным образом из-за неразработанности ;численных методов решения таких задач.

8. Использование в модели экспериментального материала показало правомерность применения зависимостей действительных для интервалов времени, имеющих порядок расчетного временного шага.

9. Расчеты показали возможность идентификации и верификации моделей формирования пищевого режима, удовлетворительное совпадение результатов'расчета и эксперимента, что указывает' на возможность использования моделей для обоснования уровней регулирования пищевого режима при.комплексных мелиорациях.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Яковлев В.В., Никитенкова O.A. Организация и технология комплексного модельного эксперимента по изучению водного, теплового, пищевого и газового режимов почв, роста и развития сельскохозяйственных культур. -М.,1990. -16 с. -Деп. во ВНШТЭИагропром 19.07.90, N 341 Вс-90 Деп.

2. Яковлев В.В., Никитенков Б.Ф. Некоторые вопросы теории и моделирования процессов движения элементов минерального питания растений. -М., 1991, -20 с. -Деп во ВНШТЭИагропром 14.01.91, N I BC-9I Деп.

3. Яковлев В.В. Гносеологический статус моделей и моделирования в мелиоративных науках.-М.,1991.-19 с.-Деп. во ВНШТЭИ-

агропром 13.03.91, N 31 ЫС-91 Деп.

4. Никитенков Б.Ф., Яковлев В.В., Никитенкова O.A. Автоматизированная система обработки опытов// Тезисы докладов научно-технической конференции МГМИ (23-26 апреля 1991 года). -М., I991.-С.16.

5. Научные основы комплексных мелиораций (научный отчет;. Теоретические основы методов комплексного мелиоративного регулирования. -Отчет о НИР/МГМИ, Проблемная лаборатория. N ГР 01870067775. -М., 1990. -66 с. (в соавторстве;.

6. Комплексные мелиорации: концепции, основные понятия, методы и средства. -Отчет о ШР/МГМИ, Проблемная лаборатория. N ГР 01900056606. -М., 1990. 132 с. (в соавторстве;.