Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Теоретические и прикладные основы конструирования почвоохранных агроландшафтов
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика
Автореферат диссертации по теме "Теоретические и прикладные основы конструирования почвоохранных агроландшафтов"
; о
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ УКРАШШ ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАИЛ ВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КМ. В. В. ДОКУЧАЕВА
11а правах рукописи
БУЛЫГН» СЕРГЕЯ ЮРЬЕВИЧ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПОЧВООХРАННЫХ АГРОШДЦАФТОВ: ПОЧВЕННЫЙ АСПЕКТ
Об. 01. 03 - агропочвоведение и агрофизика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степенн доктора сельскохозяйственных наук
Харысоз - 1Ц92
Диссертационная работа выполнена в Институте почвоведения и агрохимии им. A. R Соколовского УЛАН
Научный консультант - доктор биологических наук, профессор,
член- корреспондент УААН
а а Медведев;
Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,
профессор, академик АН ТКУ Н. К. Шикула;
доктор сельскохозяйственных наук, профессор X Я. Акантьева;
доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник В. П. Герагомвжо.
Ведущее предприятие - Институт охраны почв УААН,г. Луганск
Защита состоится "/f " 1993г. в (С час. на заседании
Специализированного ученого Совета Я120.21.01 при Харьковском государственном аграрном университете им. Е В. Докучаева по адресу: 312131 г.Харьков, п/о "Коммунист-1", учебный породок ХГАУ.корп. 1.К.304.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского государственного агрорного университета.
Автореферат разослан " /fr" _ 1993г.
Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат сельскохозяйственных наук,
доцент ,(((¿C<'LJ4r< И. А. Вширь
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность теш. Мокко без преувеличения отнести эрозию почвенного покрова к наиболее разрушительным процессам окружающей среды человека, угрожающей его существованию. Эрозия почв -ото социальное явление, продукт жизнедеятельности общества.
Определяющей, а в подавляющем большинстве случаев и единственной причиной ее проявления, является сельскохозяйственная деятельность человека. Все остальные природные факторы лишь ее предпосылки .
Этой проблеме уделялось и уделяется значительное внимание как специалистов, так и правительственных органов. Однако сегодня можно говорить лишь о некотором замедлении темпов ускорения эрозионных процессов. Сгало ясно, что проблема наИдет свое решение лишь при ведении сельскохозяйственного производства в условиях вновь созданных почвоохранных агроландшафтов, которые по устойчивости и надежности не уступали бы былш природным ландшафтом. Поэтому разработка теории конструирования и создания почвоохранных агроландаафтов имеет ярко выраженный актуальный характер, который к тому же определяется общегосударственной задачей резкого увеличения продуктивности сельского хозяйства и улуадения экологической обстановки Украины.
Основная пель работы - на основз познания природы эрозионных процессов разработать почвенный аспект теории почвоохранных агро-ландшафтов, а также создать прикладные основы инженерного их проектирования и конструирования. Достижение этой цели было сопряжено с решением следующих частных задач:
- обосновать целесообразность применения гидролого-агрофизической теории эрозионных процессов для создания количественной расчетной основы почвоохранных агроландаафтов;
- разработать алгоритм инженерного проектирования конструкций агроландшафтов, основанный на параметрах эрозионной стойкости почвенного покрова, как решающего фактора эрозии ;
- количественно определить составляющие современной эрозии и дать количественную оценку эрозионной опасности почв;
- разработать общие принципы создания и структуры програш-ного обеспечения;
- разработать теоретические основы формализации противоэрсзи-онной эффективности технологического блока агроландаафта;
- определить принципы экологической экспертизы составил* частей и блоков игроламдшафтоо;
- наметить пути решения излравлениого упущения эрозионной стойкости почв методом управления основндап их ре~.:иыш.:и;
- разработать принципы технологической дифференциации использования почвенного покрова в условиях агролац1?;н:фга;
- обосновать структуру системы автоматического проектирования агроландаафтов;
- разработать систему критериев ночвенно-экологичзской и егроэконоыической оценки почвоохранного обустройства сельскохозяйственных земель.
Объекты и методика исследокакрй. Теоротические разработки базируются на материалах исследований в лесостепной н степной зонах Украины. Натурные наблюдения проводили в Донецкой и Харьковской областях. Основной метод, используемый в работе, сводится к сравнительному анализу изучаемых явлений и процессов. Для установления зависимостей и расчетов использовался персональный компьютер 7Е>М 95/Я Т
Научная новизна. Обоснована необходимость и правомочность вероятностного подхода использования гвдрсмезсшшческоП модели эрозии, :сак количественной расчетной основы конструкции агролацд-шафта, которая наиболее полно и непосредственно учитывает параметры почвы - главного фактора эрозии, С позиций гидролого-агрофизической теории эрозии разработаны теоретические основы конструирования и количественной оценки технологического блока агро-лацдшафта. На базе параметров агрофизических свойстз почвы, определяющих ее эрозионную стойкость, определены пути и система критериев формализации почвозащитной эффективности агротехнических протиеоэрозиогшых приемов для целей разработки почвоохранных и екологически безопасных технологий возделывания культур в условиях агроландшафта преимущественно инкенернкми методами. Разработан новый способ экологической экспертизы технологий и отдельных операций сельскохозяйственного производственного цикла, который происходит из понятия почвенного тела ках гармонической термодинамической системы. С учетом'иерархии факторов эрозии и.прехде всего.
параметров почэ, определявших ях эрозионную стойкость, принципиально по-новому решена проблема технологической дифференциации использования почвенного покрова. Обоснована структура системы автоматического проектирования агроландыафтов. Разработан метод почвенно-зкологической и агроэкономической оценки почвоохранного обустройства сельскохозяйственных земель.
Основное защищаемые положения.
- Определяющее значение параметров почвенного покрова среди других факторов эрозии при количественном обосновании конструкции противоэрозионной защиты.
. - Использование модифицированной гидромеханической »¿одели эрозии, пряно учитывающей агрофизические параметры почвы, в качестве расчетной количественной осноьы конструкций почвоохрашшх агроландкафтов.
- Целесообразность применения вероятностного подхода при расчетной обосновании противоэрознонного обустройства территории сельскохозяйственных угодий.
- Схема районирования эрозионной опасности н ее реализации, отражающая пространственную дифференциацию пр!фодных факторов эрозии и почвоохранной направленности современного земледелия, которая служит основой выработки стратегии протиЕОэрозионных мер.
- Оценка современных темпов эрозионных процессов и количественная характеристика статей эрозионных потерь почеы.
- Критерий вероятностной оценки почвозащитной объективности протиЕОэрозионных агротехнических приемов и технологий.
- Ограниченность и нерегулярность противоэрозионной эффективности технологического блока почвоохранного агролаццшафта, что обязывает основные почвоохранные функции возлагать на систему мероприятий постоянного действия.
- Норматив экологически допустимой нагрузки на почвенное тело, как гармоническую термодинамическую систему.
- Принципы технологической дифференциации использования почвенного покрова в условиях агроландиафта.
- Возможность технологического управления параыетрами эрозионной стойкости почв за счет оптимизации основных почвенных режимов.
- Система почвенно-зкологической экспертизы надежности конструкций противоэрозионной защити.
Достоверность выводов и практическая ценность работы. Теорети<-ческио выводы и методические разработки создавались и проверялись на обширном фактическом материале. Материал собирался в процессе маршрутных почвенно-эрозионных обследований, данных 4-х стационарных половых опытов и исследований на 3-х экспериментальных участках агролавдшафтов, заложенных в разных почвенно-климатичос-ких и геоморфологических условиях ; выполнения рдца полустационарных и лабораторных активных и пассиишх экспериментов, а такко в процессе анализа фондовых материалов, почвенных, метеорологических и статистических данных. и литературных источников. Выполненная с использованием компьютерных технических средств обширная статистическая обработка полученных данных подтггргэдает их достоверность.
Научная состоятельность работы подтверждается том, что ее основные пояснения включены в состав научных отчетов по ряду государственных тем, в том числе по темам, разрабатывав:,аш в соответствии с научно-техническими программами бышего ГКНТ СССР.
О практическом значении научшм положений и методических основ смгдетельствуют результаты многочисленных хоздоговорны? работ со следующими организациями: Министерство сельского хозяйства и продовольствия Украины, землеустроительные службы Харьковской, Днепропетровской, Волынской, Донецкой областей, УкрНШзеы-проект и его областные филиалы, институт радиоэлектроники АН Украины, областныэ управления сельского хозяйства.
Разработанная автором методика использовалась областными филиалами УкрНШземпроект при составлении проектов внутрихозяйственного обустройства, областными управления!»! сельского хозяйства при разработке систем земледелия области.
Основныэ научные результаты и методические положения работы были использованы при составлении прогноза эрозионной опасности на территории Европейской части бывшего СССР, а такке при проведении школы-семинара по проблемш.1 опустынивания Земли, прогоди-мой иод эгидой ШЕСКО. Экологс-окоио.мический эффект от внедрения основных положений диссертации, который подтвержден соответствующими паспортами на внедрение, за последние 5 лет (1986-1991 гг.) составлял порядка 2-2,5 млн.рублей в год.
Материалы диссертации могут быть использованы в учебных пособиях по почвоведению, земледелию и землеустройству»
Алрсб&пня рябо-гя. Оснасти результаты исследований докладывались на разли.чгак совещаниях, семинарах, съездах к конфер'иги.рх. В том числе ни Всесоюзном совещании, посвященном ХОО-летка книги В. В. Докучаева "Русск:-.? чернозем" (Полтава, 1583) ; Четвертой Всесоюзной кенферемдлн коло^нх учетах к специалистов по проблемам кукурузы (Днепропетровск, 1934) ; конференции "Повшенив еф$ектаь7 ;:остн ¡¡спользоейнля удобрений и плодородия почв п Украинской ССР" (Харьков, 1985) ; 2-й Республиканской научно-производственной конференции кододьк ученых и 'специалистов. (Харьков, 198о) ; Еаессса-ном совещании "!";шрекорфолопня и атодородпе почз" 'Москва, 1989) ; Координационных совещаниях по задании ГКНТ "Разработать и порадеть в Агропрсм*СССР прогноз развития эрозионных процессов" (Во-ротлшоргрзд» 19£3 ; Москва, 1933,1990) ; Республиканской научно-практической коиф«ренции по внедрению гшергосберзгетдих технологий яоздолквагмя седьскохоэяйетЕеннш культур при контурно-мвлио-ратиЕНОЙ организации территории (Лесная стенке, 1533) ; Республиканского семикара-совецания с начальниками отделов и инспэктоиа-(гл по охрана и рациональному !'. с г» о л ь з о в ш ¡: -я земель областных комитетов по охрана природа (Полтава, 1959) ; Областных семинарах по внедрению контурио-кзлиоративного земледелия (1983,1529,1990, 1991) ; Научно-практической конференции "Экологические проблени Донбасса и пути их решения" (Донецк, 1Г-ЗЭ) ; Встреча сторонников н оппонентов бесплуянсго земледелия, проводимой журналам "Земледелие'1 (Киев, 1990) ; ¡всесоюзной научно-практической конференции "Почотзшдитноз земледелие с контурно-мелиоративной организацией территории в степной зоне" (Луганск, 1990) ; 3-м делегатском съезде почвоведов и агрохимиков Украшш (Львов, 1990) ; Всесоюзной научной конференции "Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика" (Москва, 1991) ; Кколе-сешшаре по проблем«) опустынивания Зегаи (II , проводимой под эгидой ШЕСКО (Харьков, 1991) ; Всесоюзной совещании "Микроморфология и минералогия почз - экологии п сельскому хозяйству" (Москва, 1992). Автор на протяжении ряда лет является участником ВДНХ Украины.
Структура диссертации. Работа состоит из обгцей характеристики работы, б глав, заключения (?90 стр.текста) и-списка литературы (336 названий). Содержит 51 таблиц, _20 рисунков и графиков, 23 формул.
Диссертация выполнена в Институте почвоведения и агрохимии им.А.Н.Соколовского. По теме диссортаиии опубликовано свше 50 научных работ, подготовлена к изданию монография.
Автор Глубоко благодарен своему учителю, доктору биологических наук, профессору В.В.МеДБедеву, многие идеи которого воплощены в настоящей работе. В проведении исследований, обработке материалов и обсувдонии проблем, на разных этапах принимали участие Коваленко А.П., Медведев U.C., Бураков В.И., Ыокейко Г.А., Литвенко Л.Н., Байрак Н.В. и другие сотрудники лаборатории борьбы с эрозией почв и Донецкой противоэрозионной опытной станиии.
Всем своим коллегам по работе автор Еыражает глубокую признательность за постоянное содействие и помощь в работе.
I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРИРОДЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЭРОЗИИ, КАК ГЛАВНОГО ПРОЦЕССА, РАЗРУШАЮЩЕГО ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ И ЛАНДШАФТЫ В ЦЕЛО;.! (ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ)
I.I. Эрозия почв, как "тень" мирового земиеделия в его истории
Эрозия почв - это социальное явление, продукт жизнедеятельности общества. Природные же факторы являются, как правило, не причиной эрозионных процессов, а предпосылками, при наличии которых возможно возникновение и развитие эрозии почв под воздействием человека (Кузнецов, 19а?). Эрозия не есть бедствие, откуда-то извне свалившееся на сельское хозяйство, но закономерный и неизбежный результат неправильных методов его ведения. Следовательно, . если хотят покончить с эрозией, эти методы должны быть изменены (Армавд, 1972). Анализ литературы и земледельческого опыта позволяет утверждать, что эрозия - это "тень" мирового земледелия в его истории. Это обусловливает приоритет почвенно-экологических критериев оценки любой системы земледелия.
1.2. Факторы эрозии почв
Факторы эрозии можно разделить на две группы. Первая группа факторов, которые создает склоновый сток, - климат и рельеф.
Вторая группа факторов, которые способсгвуат изменению сопротивляемости почьы к с-шсу, - почленный покров, растительность и хозяйственная деятельность человека. От соотношения воздействия этих двух групп факторов и зависит, в конечном счете, интенсивность эрозионных процессов (Кузнецов, 1977).
Фактор климата. Юш.'.ат влияет на интенсивность эрозии почв прямо и косвенно. К климатическим показателям, определяющим интенсивность эрозии,относятся: слой, режим, энергия капель и интенсивность дсткдя, слой снега и интенсивность его таяния, глубина промерзания почвы. Косвенно климат влияет через изменение эрозионной стойкости почвы. Например, многократный переход температуры воздуха зимой через 0°С Еедет к распылении структурных агрегатов, что резко снижает эрозионную и дефляционную стойкость почвы. Кроме того, уровень обеспеченности влагой территории оказывает влияние на интенсивность эрозии почв. Так, А.Аплисон и Д.Полмер (1934) считают, что в природных условиях больше всего осадочного материала выносится теп, где в год выпадает 25-35 см атмосферных осадков.
В литературе достаточно полно разработаны количественные показатели, характеризующие климат, как фактор эрозии. Наиболее перспективно использование прямых показателей (слол, интенсивности и энергии) ливней или снеготаяния редкой повторяемости, которые можно прямо, без косьешгш зависимостей, использовать в расчетных математически': моделях эрозии.
Фактор рельефа. Бесспорно, что рельеф - весьма важный фактор, определяющий потенциальную опасность эрозии. Однако не следует и переоценивать роль рельефа в развитии эрозии и считать, что он -вершитель судеб эрозионных процессов (Заславский, 1979). Особенно опасно создание конструкции противояроэионной защиты сельскохозяйственных угодий только на базе параметров рельефа. В лучием случае такое обустройство не доит желаемых результатов, а в худшем - вызовет усиление эрозионных процессор.
Анализ работ отечественных и зарубежных авторов позволяет сделать вывод, что длина склона и уклон земной, поверхности достаточно полно отражают Елияниё фактора рельефа на эрозию почв. Очень важно, что для оценки эрозионной опасности участка или всей местности эти параметры рельефа можно использовать непосредственно
без привноса косвенных эмпирически зависимостей, носящих сугубо локальный характер.
Фактор почвы. Почва - тот самый объект, который подвергается разрушению стекающими осадками, поэтому ее свойства и состояние не могут не оказывать существенного влияния на эрозионные процессы. Свойства почвенного покрова - главный фактор эрозии (Мирцху- • лава, 1970). йактор почвы количественно выражается через параметры ее эрозионной стойкости. Формализации фактора почвы посвящено очень иного работ. Так, например, в Универсальном уравнении эрозии США его выражают через параметр К, для определения которого только в стране-разработчице потребовались результаты наблюдений на стоковых площадках обьемом более 10000илощвдко-лет. Его уточнения и дополнения ведутся непрерывно со дня разработки Универсального уравнения и.до сегодняшнего дня. Более перспективны исследования в области механизма эрозии почв, позволяющие провести эту работу на экспериментально-теоретическом уровне с меньшей затратой средств, и времени, а главное более .точно и полно отражающую реальный процесс .(Кузнецов, 1990).
Активные разработки гидролого-агрсфиичаекой теории эрозионных процессов введу того, что интенсивность смыва определяется величиной соотношения скорости движения воды по склону к допускаемой (неразмывеющей) скорости, позволили определить, что почву, как фактор эрозии достаточно охарактеризовать параметрами агрегатного состава и водопроницаемости (Мирцхулава, 1967,1970; Григорьев, 1974,1975 ; Кузнецов, 1981; Назаров, 1981; Булыгин, 1990). Принципиально важно, чтобы эти параметры почв, определяющие их эрозионную стойкость; всодили в ьлтематические модели эрозии, применяемые для прогноза эрозионной опасности, непосредственно без ввода эмпирических зависимостей. Этот ключевой критерий должен быть доминирующим при оценке работоспособности и адекватности этих моделей эрозии, так как свойства почвы - решающий фактор эрозии.
Факторы системы ведения растениеводства (С) и борьбы с эрозией (Р). Разделение влияния факторов С и Р осуществляется трудно так как они непосредственно свяьаны и определится технологическим циклом сельскохозяйственного производства.
. Можно считать бесспорным, что оценка этих факторов, заключающихся в оценке эффективности как отдельных приемов, так и техно-
логий в целом, должна выполняться вероятностным методом. В этой связи особого внимания заслуживает направление, развивеемое В.П. Герасименко (1983,1985,1987,1989,1992).
Поэтому к выбору технологий возделывания культур необходимо подходить очень изьекенно и научно обоснованно. Задача отличается значительной трудностью, так как многие разработки лишены теоретической основы, носят чисто эмпирический характер. Однако ни, на основании многочисленных работ эрозиоведов можно сформулировать основное требование к противоэрозионной агротехнике. Она долхна быть на механического, а биологического порядка, повдямо-щая защитные функции самой почеы ("иммунитет к эрозии") и направленная на "оздоровление" почв в целом. Необходимо еще указать на нерегулярность и недостаточность выполнения почвоохранной функции противоэрозионной агротехникой. Поэтому она не может удовлетворительно выполнять ведущую роль в противоэрозионной защите почвенного покрова. Згу роль необходимо возлагать на систему мероприятий постоянного действия, которая отличается своей лвццрафтной существенностью.
1.3. Понятие почвоохранного агролаццшфгп. Место почвоведения среди экологических дисциплин
В литературе нет однозначного толкования термина "ландшафт", а, следовательно, и "агроландшафт". Поиски определений агролацд-шафта (АЛ) позеолшш ьыявить наиболее, на нал взгляд, удачное иа них, которое предложил В.Й.Бураков (1988): "АЛ - это интегрированная антропогенно-природная территориальная система, которая специально проектируется и создается для целей экологически рационального и экономически эффективного ведения сельскохозяйственного производства, для целей охраны и неуклонно прогрессирующей оптимизации его природные основ".
Фактически впервые ставится вопрос не только об адаптации сельскохозяйственного производства к ландшафтным условиям, но и о возможности существенного его улучшения в условиях АЛ по сравнению с природными. Проектирование, устройство- и эксплуатация АЛ имеют несколько аспектов, но среди них на первом месте стоит именно почвенный аспект, так как разрушение природного ландшафта начинается с деградации почвенного покрова, а почео, по образному
выражению Д.Л.Арманда (1975), является памятью ландшафта. Среди деградациокных процессов почв безусловно лидирующую роль играот эрозия. Поэтому первостепенной функцией АЛ является разрыв пара-генетических связей эрозионных процессов, что позволит сократить потери почвы при ведении сельскохозяйственного производства до безопасных пределов.
Фокусное полокение почвы в ландшафте подтверждает центральную роль почвоведения среди наук об окружающей среде и ее мелиорации, о которой говорил еще. В.В.Докучаев:"В центре современного учения о соотношениях мевду так называемыми живой и мертвой природой лекит почвоведение, понимаемое в нашем русском смысле этого слова" (Соч., т.З, С. 374). В предисловии к б тому сочинений В.В.Докучаева (т.6, С. 11-13) Л.И.Прасолов и И.В.Тюрин полностью подтверждают правильность предвидения основателя генетического почвоведения, что ядром учения.о мелиорации ландшафтов должно быть поставлено и признано почвоведение. Эту ке мысль развивают И.П.Герасимов и В.М.Фридлацд (19В9). Полностью солидарен с этими высказываниями Г.В.ДоброВольский (1989). Он считает, что главной целью . экологического направления почвоведения должна быть разработка экологических основ стратегии охраны, использования и повышения биологической продуктивности почвенного покрова Земли в целях поддержания устойчивости биосферы.
Таким образом, создание надежной противоэрооионной защять почвенного покрова возможно при системном подходе, учитывавшем влияние всех факторов эрозии и юс иерархию. Единственный путь его реализации - создание АЛ. Вместе с тем анализ литературы выявил недостаточную изученность природы'и-'закономерностей эрозионных процессов для целей гас количественной характеристики и формализации, что позволило бы конструировать АЛ преимущественно инженерными методами на ресчетной основе с использованием компьютерных технических средств. Особенно слабо разработан и формализован фактор почв, игращий решающую роль среди других факторов эросии. При этом, почвенный покров - это "фокус", ландшафта, что предъявляет повчпенные требования к расчетным моделям эрозии, которые должны учитывать параметры почв, определяющих те эрозионную стойкость в достаточной и необходимой степени без ввода косвенных зависимостей.
Уипзас.*} определили задачи м-.*лос исояедоюпхв.
2. ОЗЬЕКШ ÍÍ ГЭТОДИКЛ КССЛЕДОПУПЙ
2.1. Сельскохозяйотьепчая сссоснность и зродиропанносхь почвенного покрова исследуемого региенч
Объекте;.! изучения были яососгвгоюя и оеввростепная ¡ючветю» климатические зо?а»' Укрой; и; 3 региоиэ исследований херакторио прзоЙЛ"дегшэ рсчдоносгпстн зрозии над де.|ля!р:зЯ. Рпсяасашость территории составяпс? 63,что значительно вш® дажэ среднереспубликанского показателя. Зрэдиродошость пажни состаачяет 29,1%, в том число в Лесостепи - 33,13, в Северной Степи"- 49,6$. Как шншмум 14,-ví эродированной тони в регионе рчспояс:.:е!ш на склонах крутизной до 2°, то ecib эродируется угэ по сути плп.ч-оргют зйули, в том число в Лесостепи - 9,Ev>, СзверноЯ Сгепи - 21,Й.
2.2. Схемг noserax стациокарнж опытов к акспер:п«знтадыа-.к у::с-л:о,{ почвосхраншк аграта^рафгов (АЛ)
Ст&пконоркиэ пссгедопания произээдилксь и усяокаи СемрноЯ Стопи на территории Донецкой проглЕЗэрозиониоП опагноЯ стзирш (ДПОС) и Лесостепи на территории экспериментального базового хозяйства по разработке моделей AJI соксоза "Лесная стенда" Куяпн-ского района Харьковской облает;«.. 1!г. территории ДПОС нссл-здоюьп'и проводились в трех стационарных полоеих опнтах. В 137и-1?82 годке -а пзстиг.ольнсм полевом севооборота (cntrr I:"I) ; IC3I-I93-1 годах -в зкзке ползисго севооборота (опьт :'?.) ; □ I905-I99I годс.х - в полевом 10-псяьнсм севообороте (ояыг KJ). Почвы - чернозем оби-кновешшй зродировиинь'З. Склоны »срутизной от 3 до б°, длиной -4СО г,:етрон. Учзтныэ делянхи представлены э виде стокогзмх площадок (250х-10 п опито I и 100*25 и опытах 2-5). На террлторли совхозе. "Л с синя ететса" ксслвдосякпл проводились в стационарном поленом опыта I:" J (198б-1931гг.). Почта - чернозем регр.тднрорышцй елибо-среднозродяровашагй. Склон крутизной 3-4°, длина склона -800 метрои. Учеткыз делянки преде то ел ora "в инде стоковьх площадок (100x20). Кроме стационарных полей« опытоп исследования
проводились в грезе экспериментальных ушетках АЛ, каждый из которых превышает 100 га.
2.3. Методика исследований
Кроме стационарных исследований природы и закономерностей эрозионных процессов выполнялись многолетние экспедиционные маршрутные обследования по установлению агрофизических параметров» определяющих эрозионную стойкость почв исследуемого региона Украины. Для определения противоэрозионной эффективности различных агрофонов и агроприемов на основных почвах региона и эрозионной стойкости этих почв в разных геоморфологических условиях широко . применялся активный эксперимент путем физического моделирования эрозионных процессов. Для оценки эрозионной опасности в исследуемом регионе, выполненной на основе предложенных нами коэффициентов и методик (Булнгин, 1990,1990а), были собраны и обобщены данные но эрозионной опасности осадков, параметрам рельефа, почвенному покрову. Использовались фондовые материалы Института почвоведения и агрохимии им. А.Н.Соколовского, управления землепользования и землеустройства и его областных отделов; ряд карт и дру-Тие отечественные и зарубежные источники. .
Агрофизические и Другие параметры почв устанавливались общепринятыми методиками (Долгов, 1966; Мишустин,Петрова, 1966; Ввдши-на,Корчагина, 1973; Тихомирова, 1973; Соколов, 1975; Ильченко, Медведев и др., 1977 ; Сэги, 1983) и оригинальным методами (Булы-гин, 1989; Булыгин,Лисецкий, 1989,1991; Булыгин,Комарова, 1990. и др.). Учет поверхностного стока и смыва почвы в опытах выполнял- . ся методом стоковых площадок согласно "Методическим реномендапи-. ям" (1975) и Д.И.Абрамовичу (193?). Также использовалась методика учета смыва по водороинаы (Соболев, 1961; Герасименко, 1989). Выдувание мелкозема во время пыльных бурь определялось пылеуловителями (Зуза, 1981). При постановка активных экспериментов использованы оригинальные методы их проведения, математической обработки и интерпретации.
Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась методами дисперсионного вншгаза (Доспехов, 1968; Любищев, 1986; Ли'гтл,Хиллэ,. 1981) и непараметрическими методами.порядковой ста-
тистики (Введении..., 1970; Благовещенский и др., 1977). Кроме того, били применены методы факторного и многофакторного дисперсионного анализа, метод последовательного исключения значащих факторов Браццона с использованием пакетов программ ИНЛ, ВИОГЕМ, УШ1ИЗПЭ. Процесс проектирования АЛ на базе компьютерной техники осуществлялся с привлечением оригинального пакета программ.
3. ТЕОРИЯ АГРОДАЦДШАФТШГО ОБУСТРОЙСТВА ШЬСКОХОЗЯЙСТШШХ
УГОДИЙ
3.1. Математическая модель эрозии - расчетная количественная основа конструкции почвоохранного агроландшафта
Проблема надежной охраны почв от врозии в значительной степени обусловлена трудностями точного количественного прогноза ее интенсивности р конкретной точке пространства и времени. В связи с тем, что конструкция АЛ - инкенерноэ сооружение, особую актуальность приобретает выбор или разработка математической модели эрозии, которая должна стать количественной расчетной основой этого сооружения. Критический анализ известных нам моделей эрозии, разработанных отечественны.™ и зарубежными авторами (\лг15сЬте'иг, ¿лн(|1, 1978 ,мИ(1чС , 1986 \WiUiams и др., 1984;Вг«з^,
1977 ; и др., 1909 ; Швебс, 1974,1981 ; Инструкция..., 1979 ;
Костяков, 1960; Справочник..., 1990 и многие другие) позволил определить в качестве рабочей гидромеханическую модель эрозии Ц.Е. Мкрцхулавн (1970). Преимущества этой модели заключаются в том, что она достаточно полно на теоретическом уровне отражает физическую сущность эрозионных процессов и по сравнению с другими моделями наиболее адекватно учитывает влияние почвенного фактора на интенсивность эрозии. Это решающее преимущество. Однако эта модель имеет также рад существенных недостатков, которые устраняются введением в ее содержание и условия применения ряда модификаций. Основными вопросами, которые должны быть решены для прогноза орозии являются:
- величины параметров, обусловливающих начало орозии, особенно придонной скорости, при которой отрываются отдельности (частицы и агрегаты) ;
- интенсивность эрозии ;
- количество почвы, смытой за определенный промежуток времени
- прогноз пояса отсутствия и интенсивной эрозии на склоне.
При решении этих вопросов но учитывается ряд второстепенных
факторов и принимаются следующие допущения:
- почвы на рассматриваемом конкретном участке склона обладают одними и теми кэ сбойстбсйя, обработиш одним и тем 5» приемом, что обусловливает однородность растмтслььостк и налоральефа; геологические и климатические факторл остается постоянными как п есему сюзоцу, так и во врекеил; шгфкямрационная способность не изменяется и равняется средней на расчетном участке и в интервале времени;
- ка рассматриваемой площади выпадает равномерное количество осадков; интенсивность осадков принимается постоянной, равной средней в расчетном интервале времени;
- на лиазнши растительности склоках, дайна которых составляет более 10 метров, перемещение почвенные агрегатов я процессе "разбрызгивания" под действием ударной силы капель (в качестве агента переноса) мо«но обычно игнорировать ; . ■
- Тфи прогнозировании смыва в период снеготаяния расчет ведет сп на слой стока вероятность» превышения Р=10% н максимальную часовую интенсивность вероятностью превышения Р=1$;
- уклон изучаемого участка постоянный и равен среднему;
- кинетическая анергия доадцвкх капель полностью расходуется на отрыв почвенных агрегатов от массы почвы.
Прогноз твердых расходов (. у ХлТ} в т/га выполняется по формуле Ц.Е.Ыирцхулавы (1^0): _ м «
' ¿м 1 I
0,0000-15 гЪдсп у ] Л.
'УП^-т^к " .где:
Ц'- плотность сложения твердой фазы почвы, т/м3; УГ-средняя частота пульсационной скорости, сек"*. Она может быть установлен по числу Струхаля иг= 0,731^/ И (Т- средняя скорость склонового стока,Н - глубина стока). При отсутствии специальных иссл доьаний ее можно принять равной 10 сек"ж ; с1 - средний диаметр агрегатов (отрывающихся отдельностей), м ;ч7 - средняя интенсив-
кость осадков, м/сек. Слой осадков (ливня) и время их вшадення долккы соответствовать величины.» с определенной обеспеченностью; (Г- коэффициент стока (для ливней) ; 1 - уклон поверхности (<<'сс) пь - коэффициент, учитывающий отклонение характера движения склонового стока от принятого в расчетной схеме движения ровного слоя воды (водной пелзяы) ; /ь - коэффициент шереховатости, определяемый по формуле: Г?о - р- 4 ; Х^ - .длина участка активной эрозии вдоль линии стока принимается за всю длину склона, м; ^дон ~ Допустимая (неразмывакхдая) скорость на высоте выступов шероховатости (д ), и/сек; определяется через донную размывающую скорость как величину, имеющую более строгий физический смысл: 1)2 у* - ; Т - продолкительность выпадения эродирующей
части осадков, сек.
Размывдацая скорость определяется по формуле М.С.Кузнецова (1981):
к? - и 52
х'до: (I - среднебзпашенный диаметр водоустойчивых агрегатов, м;
Р - пористость структурных агрегатов; X - угол крутизны;
- плотность воды; у- плотность твердой фазы почвы. Длина неэродируемого участка (Х^ склона определяется вторил мнегочле-ном в квадратных скобках формулы I.
Проведена достаточная проверка адекватности гидромеханической модели эрозии на обширном фактическом материале, полученном в натурных условиях методом стоковых площадок и процессе постановки ряда серий активных экспериментов с использованием дождеволь-шк устаноиок и физического имитационного моделирования от поверхностного стока без привноса кинетической энергии доэдевих капель, которая показала, что модель удовлетворительно описывает реальные эрозионные процессы; достаточно теоретически разработана и формализована, чтобы на ее основе делать количественную оценку эрозионной опасности при различном насыщении противоэроэи-онных мероприятий, то есть она в достаточной и. необходимой степени может служить ь качестве расчетной количественной основы конструкций М.
3.2. Алгоритм методики инженерного проектирования конструкции агроландшафта
При прогнозировании такого слокнеГшего явления, как эрозия почв, должен применяться только вероятностный подход. В гидромеханической модели эрозии почвы конкретного участка склона статический (однозначный) характер имеют только геоморфологические параметры: длина склона, уклон, степень изборожденности склона. . Напротив, энергетические параметры ливней и стока воды при снего-■ таянии, почвенные параметры носят динамичный характер и, следовательно, они должны оцениваться вероятностными критериями. Прогноз эрозионной опасности должен, как минимум, выполняться с уровнем вероятности, равным 10%-ной обеспеченности. Для выполнения этого условия все параметры, носящие вероятностный характер и входящие в модель, также должны иметь уровень вероятности не ниже 10^-ной обеспеченности< Для практического использования модели эрозии, с целью количественного проектирования конструкции АЛ, необходимо определить алгоритм расчетов, источники информации или методики получения необходимых параметров. Подходы и требования к формализации факторов эрозии описаны в разделе 1,2. Необходимые параметры ливня 10£-ной обеспеченности для левобережной части исследуемого региона разработаны А.В.Лавровским с соавт. (1985). Допускается, что ливень 1С$-ноЙ обеспеченности выпадает раз в году. Для использования этой модели ливня в других районах достаточно установить переходные коэффициенты, необходимые для определения времени выпадения эрозионноопасной части ливня. Коэффициент стола 10$-ной обеспеченности при выпадении ливня 10%-ной обеспеченности на черноземные почвы в состоянии чистого пара равен 0,4. Слой стока талых вод Що-ной обеспеченности для Лесостепи составляет 60 мм, для Северной Степи - 30 мм, соответственно интенсивность снеготаяния 1/5-ной обеспеченности-5 мм/час и 4 мм/час» . Фактически для каждого вида номенклатурного списка почв региона должно быть известно значение ¿.10^-ной обеспеченности, или, используя терминологию порядковой статистики, нижний дециль величины 2.. Для конкретного склона в процессе предпроектнкх работ отбор почвенных образцов производится, как минимум, три раза в течение года и не менэа, чем в 8-кратной иовторкости кагкдый рнз.
Для обзорной оценки опасности эрозии почв на больших территориях можно использовать наши данные (Булыгин, 1988). Прогноз смыва 10^-ной обеспеченности делается для чистого пара, под которым понимается поле, где почва характеризуется наименьшим значением эрозионной стойкости, возмогшим при данной культуре земледелии, и отсутствием растений или их остатков на поверхности без проти-шорозионной агротехники. Для формализации почвозащитного эффекта противоэрозионной агротехники в первом приближении будет уместно использовать тщательно проБерега .те эмпирические коэффициенты относительно чистого пара (Булыгин, 1968,1990). Однако эти данные носят усредненный характер. Очень часто необходимо знать значение коэффициента почвозащитной эффективности конкретного агрофона в конкретный момент времени. Также необходимы норма-тины допустимых потерь почвы (ДПП), соблюдение которых гарантировала бы созданная конструкция AJI. Вопрос еще до конца не решен и требует углубленных научных исследований, но уме на основе известных публикаций (Бельгибаев.Долгилевич, 1970; Шикула,Рожков,Трегубой, 1974 ;9ieloiiny, (oohs, 1989; Лисецкий, 1987-1990 и другие) можно определить величину ДПП, которая равна 0,1% от мощности верхнего еккумулятивного гумусового горизонта II полнопрофильных черноземных почв независимо от степени эродированное™.
Система агролесомелиоративных насаждений является не суще 3 конструкцией АЛ, определяющей его вид, но она не может непосредственно выполнять противоэрозионшле функции, то есть радикально снижать поверхностный сток и смыв почвы, так как для достижения удовлетворительного противоорезионного эффекта ширина лесополос должна быть порядка 70 и более метров. Эту функцию должна выполнять система гидротехнических сооружений. В изучаемом регионе на сельскохозяйственны* угодьях система полезащитных лесополос должна обеспечивать улучшение микроклимата, защиту от дефляции, сохранение продуктивной влаги в почве, улучшение общоэкологической ситуации. Одной из основных ее функций является закрепление в натуре контурно-полосных рабочих участков, что обеспечивает проведение всех агротехнических мероприятий поперек склона. Посла анализа большого количества работ и на основе собственных исследований В.И.Буршсов (1985,1908) убедительно показал, что подлинная система лесополос создается при их.размещении поперек склона
через 10-15 высот, что в исследуемом регионе равно 200-300 метрам. При этом целесообразно производить формирование узких 1-3 -рвдных древесно-кустарниковых полос. На основе гидромеханической модели ерозии устанавливается величина Xg, чтобы смыв 10^-ной обеспеченности был ни'-ке норматива ДЦП. При етом в расчет берутся, естественно, конкретные параметры почвы, уклона и климата района. По почвенно-экономическим соображениям расстояние кекду валами не может бсть меньше СО метров. Если в условиях чистого пара при Х£, равной 50 метров, достичь ДПП нельзя, то данный почвенный участок выводится из полевого севооборота. Расчет параметров инфраструктуры безопасного отвода поверхностного стока в экстре-молыше периоды водоотдачи, ввиду отсутствия достаточных теоретических разработок, производится на основе эмпирических формул и правил (Тарарико с соавт., 1937 ; Булыгин, IS88).
Для точной привязки создаваемой инфраструктуры к существующей гидрографической сети вне конкуренции оказываются аэрофотометрические методы обследования местности. Один из таких методов (способов) разреботан нами {Булыгин,Стрельников, 1991; Булыгин и др., 1992), защищен авторским свидетельством.
3.3. Оценка эрозионной опасности почвенного покрова исследуемого региона Уцраины для целей научного обоснования стратегии борьбы с эрозией почв
Величина вероятного смыва (т/га в год) - необходимая, но недостаточная характеристика эрозионной опасности почв, так как утрата, например, односантиметрового слоя почвами различной мощности ведет к разным экологическим и экономическим последствиям. Возникает необходимость в дополнительном показателе - индексе сохранности почв (ИСП) в плодородном состоянии: UCfl -ни 100 „
-¡Ь? --» гДе И - мощность гумусового
горизонта; 1,1 и 100 - коэффициенты перевода сантиметров п т/га;
¡[XiT - вероятный смыв почвы 10^-ной обеспеченности. Величина ИСП показывает: за сколько лет монет быть утрачен верхний наиболее плодородный гумусввый горизонт Н. Предлагается качественная пятибалльная пкала эрозионной опасности по величине ИСП (табл.1):
I. Классификация эрозпснпо:! опасности по ¡.чаи.чинэ 1'СП
Степень эрози- : окнэП опасности: И С п : Характеристика степени опас-: нести дрогши для почпи
I > ЗСС- Опасность 1'одной эрозии почв практически отсутствует, смыв но ведет к сникении ыоцности почв.
2 200_300 Слабая эрозионная опасность. Появляется вероятность постепенного уменьшения мсдеости пробили почв.
3 100-200 Заветная эрозионная опасность. Имезтс-я реальней возможность утратить гумусовый горизонт,
4 50-100 Высокая эрозионная опасность. Имеются предпосылки гарантированной утраты гумусового горизонта почвн при отсутстеин д0--стеточной защиты от эрозии.
3 < 50 Очень высокая эрозионная опасность. Очень вероятны проявлен!.л :;атастрофпческих потерь почвы.
Состаилепа картосхема эрозиошшП опасности почвенного иокровз исследуемого региона в разрезе административных районов Вкпвчено, что ародированность почвенного покрова Лесостепи находится в тисной зависимости от ирозпонной опасности, а и Сеье^ног. Степи те ко?- связи нет. Зд'во» первое июо и определении стен«1 ни ородирогшшостн почь уровень культурц земледелии.
Очевидны две сторож проблемы: эрозионная опасность н степень с-с раилиэаг.ии. ОДодиативтм показателем последней ножу служить ко»й.1!ииинт реализации эрозионной опасности (КРЭО). Он равен соотношению фактической среднегодовой утраты почин в е. олределеншй срок, иа1)|1!![1'?р, 2о лет и вероятного скина 10^-иой обеспеченности. КРЭО мокет служить объективным критериев количественной экологической опенки культуры земледелия на рассматриваемой территории (район, область), которий рассчитан дли всех административных ра-{гонов иаучнаи-л'о региона. П таблм'о 2 иредетаилсиы иго сеодныо значенья по областям, из когорт можно сделать количественно
2. Оценка эрозионной опасности для проектирован!« М
гр: пи:
: Области
9*2
:Годовой:Годо- :Утраче-:косвен-:вой :но л Н Т:нкй ¡прямой:за £5 -.ущерб, :ущепб,:лет, :руб/га :руб/гн: см
¡Совре- :Ценн ¡ыенннй .'i см :косвен-:гори-:ный : зонта :ущерб, : Н, ¡руб/га :белл
КРЗО
1. Сумская 32,9
2.Полтавская 26,б
3.Харьковская 24,1
4. Донецкая 21,7 5.Запорожская 28,0
6. Днепропетровская 27,9
7.Винницкая 53,0
8,Черкасская 42,6
9.Киевская 33,0
10.Одесская 37,0
II.Николаевская 31,0
0,4 0,4 0,4 0,3 0,6
0,4 2,0 1,0 0,9 0,8
128,3 101,1 118,1
93.3
92.4
106,0 153,7 136,3
115.5
140.6
' 1,9
1.7 4,9 8,5
4.8
4,8 3,5 3,7 2,5
6,4
2,30 2,64 8,87 13,20 10,80
6,20 12,95 ' 8,60 7,00 13,20
0,28 0,36 0,42 0,36 0,52
0,30 0,86 0,54 0,65 0,48
0,23 0,26 0,81 1,57 0,68
0,69 0,26 0,35 0,-28 0,69
0,8 136,4 6,2 16,20 0,57 0,80
обоснованные суждения об экологической культуре земледелия области за 25 лет (I06I-I985 гг.). В таблице 2 представлена и сводке, данных в разрезе областей по косвенному и прямому ущербу от эрозии почв в ценах 1990 года, которая позволяет иметь количественные представления о рентабельности и очередности работ по конструированию АЛ. Главный критерий оценки деятельности земледельца и эффективности AJI - величина прямого ущерба. В целом, л исследуемом регионе необходимо срочно принимать действенную, научно обоснованную, и главное, выполнимую стратегии борьбы с эрозией поче, так как идет ускоренное эродирование его почвенного покрова
3.4. Количественная оценка современной скорости эродирования черноземов на примере Левобережья Украины
Несмотря на очевидность остроты проблемы эрозии почвенного покрова, существует мнение, ото она сильно преувеличивается. Практически единственным методом прямой количественной ретроспектив-
ной оценки интенсивности эрозионных процессов ьвляйтся но год, основанный на определении активности в почве радиоизотопа цвзпн--137, который дает объективную информацию о среднемноголетнис тем пах эродирования почвенного покрова за последние 30-35 лет (/{1.5$ , Топ^уНаЫг, 1988 ; йгглг, Со,пока, 1986\А1<.Ыци\\ др., 190?). Именно на ото время.даиодитоя период, часто не совеем оправданной. интенсификации сельского хозяйства в наией стране.
И.В.Якшова (190Ъ) разработала оригинальную математическую модель определения среднегодовых потерь почвы по активности ц<;--зин-137.
Упрощенное формализованное внрнкение этой модели:
где лк - среднемноголетний слой потери почвы, в см ; Н - мощности пахотного слоя, в см; м - количество лет; X - концентрация цезии 137 в долях от эталона в исследуемом образце почвы. Предложенная модель выгодно отличается от предшествующих моделей, разработанных главным образом американскими и австрийскими исследователями. Территория ДПОС определена в качестве "ключа" для определения темпов эрозионных потерь почвы в Северной Степи. Среднемноголетние потери почвы ни пашне в сильной степени дифференцированы - от 3? до 99 г/гп (табл.3). При этом нет нрдаой зависимости фактических потерь от нодноэропионного потенциала рельефа. Устйно» лено, что, помимо воднозрозионных и собственно дефлшшоншсс потерь, очень значительное (до 50% от общих потерь) количество ночвы теряется во время и.чления 110.1 непосредственном выполнении обработок в процессе технологического цикла. При этап ъеряютеги нш.билее тонкие фрнкции почвы, в которых закреплен щ<ак-паюсин на 100$ сорбированный цеиий-137, и которые определгшт уровень элективного и потенциального плодородия. Отмеченная особенность Северной Степи, заключающаяся в высокой фактической эродп-роьанности почв при относительно слабой эрозионной опасности, получили эксиоринентельное нодтпйрнценио. В Ртепи почти в квьдоы ноле ежегодно человек моделирует черную бурю, губительное действие которой челноком ходит вслед за трактором (Булшчш I! лр., 1991). Поэтому технологии возделывания культур должны быть не
3
■>.г -
Сродномноголетнне потери почет в 1965-1990 год-:х с полей Донецкой противоэрозионной опьггной станции
Место отбора, )"■ поля и севооборота Г точки отбора Длина линии стока Экспозиция :Крутизна, :гред. г • :Степень:Сред- :Средне-: эроди- :няя :мпого-:роЕан- :актив-¡летние :ности :ность ¡потери : :цезия-:почвы, : 5137, : т/га : :ки/кг :
Целина (эталон) 20 0 0 0 9,95 Ю-10 0
"Толе '•в, 2-й полевой 3 0 0 I 5,11 Ю"10 06
Поле '"2, 2-й почвоза-'дитный I 1800 С 3-4 2 7,2 Ю-10 32
Поле М, кормовой 4 0 0 0 7,1 Ю-10 34
Опытное поле 5 600 Ю 3 3- ЗД ШГ10 92.
Поле 'Го, 2-й ПОЧВОЗащитный 6 600 Ю 2 2 5,43 Ю-10 60
Поле Й7, корковой 7 2000 ю I 0 4,06 Ю-10 80
Поле *4, 2-й полевой 8 1800 с I I 3,61 Ю"10 99
Поле М, 1-й почвоза-1дитннй 10 400 с 3 I 6,92 Ю-10 36
По.пе РЗ, 1-й полевой 17 0 , " 0 I 4,07 Ю-10 81
Поле Г7, 1-й почвозащитный 18 500 ЮЗ о 2 3,41 Ю-10 105
Поле 1.4, 2-й почвозащитный Там же 22 23 500 600 ЮЗ С 2 3 I I 3,94 Ю-10 91 4,02 Ю-10 71
Примечание» 0 - неэродированные
1 - слебо " "
2 - средне " "
3 - сильно " "
2.3 -
"фотивоэрозпонине в узком смысле, а почвоохранные в более широком смысла, выполнение которых возможно лишь в условиях действительной Системы агролесомелиоративные насаждений. Аналогичные исследования по активности цезик-137 были выполнены в Левобсрен-ной Лесостепи на экспериментальном участке АЛ в совхозе "Лесная . стенка". Получены идентичные результаты, свидетельствующие, «по почвенный покров Лесостепи также эродирует ускоренными темпами. Отличием является существенное снижение по сравнению с Северной Степью доли агротехнического пыления в общих эрозионтк потерях почвн. Таким образом, представлены прямые доказательства, подтверждающие остроту проблемы эрозии почв.
3.5. Общие принципы создания и структура программного обеспечения
Проектирование АЛ с точки зрения разработчика системы автоматического проектирования (САПР) представляет собой итеративный процесс, в результате которого на основе исходных данных определяется оптимальный набор почвозащитных мероприятий. Технологический процесс подразумевает однократный ввод исходной информации по всему исследуемому участку, сохранение ее в базе данных и многократное использование в качестве основы создания.цифровой модели прогноза эрозии.
В состав программного обеспечения САПР, как правило, входят следукщие типы программного обеспечения: базовое, общесистемное и специализированное. Состав и структура программного обеспечения САПР определяется технологическим процессом проектирования и составом задач, решаемых в процессе проектирования. В работе представлены блок-схема технологического процесса САПР и структура программного обеспечения, соотоящая из банка данных, подсистем, обеспечивающих решение основных задач САПР, и итеративной среды проектирования. Приведенная структура программного обеспечения САПР АЛ позволяет в процессе ряд работки программного обеспечения САПР учесть ограничение ресурсов ППЭШ. Так как в большинстве случаев подсистемы взаимодействуют иеэтду собой через базу данных, ' возможна га$ поочереднея независимая зегрузка в оперативную память ЭШ. Данное обстоятельство'позволяет прекращать процесс на любом
атапе проектирования и возвращаться к любому предвдущему этапу.
4. ТЕОИШИЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЕЕРОЯШОСГНОП СЦЕНКИ ПР0Я1В0ЭР03И0Ш0Й ЭФФЕКТИВНОСТИ 1ЕХКОЛСГИЧЕСКОГО БЛОКА АГРШАЦЩШТОВ
4.1. Количественный критерий вероятностной оценки противоэрозионной эффективности отдельных приемов обработки и технологий в целом
Критерий противоэрсзионной устойчивости (Рх) можно вывести из гидромеханической модели эрозии (Булыгин, 1990 ; Булыгин и др., 1990). В формуле критерия Рх устанавливаются приоритеты по степени влияния отдельных агрофизических параметров на устойчивость почвы.к эрозии:
ф Мо-~Ш-&)*и5 снЛь6'
где В - водопроницаемость почвы, мм/мин; С" - связность агрегатов, т/м2. Величина Су определяется через Сгс - гидравлическую связность Ширцхулава, 1980). Определенная нами эрозионная прочность (Иг,н) по Бастракову в образцах с ненарушенным сложением по своей природе идентична величине С^. Поэтому Сгс можно определить через :
Сгс = .)
го
5
где И - скорость истекания воды с горизонтальной насадки, м/сек ; с1- диаметр насадки, м; { - время разшпа, сек. Эти нираметры в используемой установке равны: И = () м/сек ; I = 600 сек. 5 (1= 2,5 10~3 м.
Критерий Рх позволяет оценить эрозионную стойкость почв в конкретный момент времени. Для определенных практических целей иногда необходима и подобная "мгновенная" количественная опенка действия на эрозионную стойкость почв агротехнических приемов или технологий обработки. Однако, эти величины имеют очень большую вариабельность во времени, и подобная опенка может быть ошибочной. Она не мо«ет Сыть пололени в основу решения вудач по определенно наиболее эффоьтишшх технологий обработки почвы.
Нупна геролтностнэя оценка. Необходимо знать, кок минимум, значения нижних децилей всех параметров формулы 4. То есть критерий Рх будет характеризовать эрозионную стойкость почвы с всротпгостью IO^-ной обеспеченности.' Это основная базовая оценка технологий или их отдельных операций. В качестве примера могут служить данные таблицы 4, где представлена вероятностная оценка технологий обработки стэлионпрного полевого опыта !'3. Из те.блшгы 4 следует, что в эрозионноопасные периоды наименьшую эрозионную стойкость почва тлеет при отвальной технологии, а наиболее предпочтительно выглядит поверхностная технология обработки почвы.
Предлагаемый подход вероятностной оценки почвозащитной эффективности гидротехнических мероприятий носит универсальный характер.
4.2. Количественная оценка противоэрозионной устойчивости агрофонов для целей формализации их почвоохранной эффективности (По данным физического моделирования' эрозии)
В процессе моделирования ливневой эрозии (использов.алась лабораторная дождевальная установка "Эра-2"} фиксировались следующие переменные: сток, мм (Ут) ; смыв, т/га (У-j) ; уклон, iflJ- (Xj) ; емкость нанорельефа, м3/га (Xg) ; плотность сложения 0-20 см слоя почвы (Хд) ; степень проективного по!фытия почвы растениями или i« остатками, % (Х^) ; глыбистость поверхности почвы, см (Х§) ; коэффициент агрегированности (Ка) по Бэйверу и Роадзсу. в нашей модификации (Xß) ; содержание неигрегированшк элементарных почвенных: частиц, % (Хг,). Так как величина л - основной параметр гидромеханической модели эрозии, для анализа были отобраны лишь те почвн, которые на момент доздевания имели значение d, близкое к величине 0,5 мм, то есть в этом отношении все исследуемые агрофо-ш были равны. Полученные результаты-были .подвергнуты факторному анализу, что позволило установить зависимость 7g от Уу, Xg, Х^ и Xg; У| от Xg, Х^, Xg и Xg. Соответственно получены два многофак-торго-к регрессионных уравнения:
У2= 2,615 + 1,601-yj-Xg - 3,145 yl Xg
- 5,438 10-^ УГ Х4 - I8.955-Xj -
б
4. Вероятностная опенка почвоохранной эффективности технологий
обработки почвы
НАЧАЛО ВЕСНЫ : I Е Т 0
BAFiíAHT tí 0,1, : EQ т мм :мм/млн : ^0,1, : н р* otis 2 o,i, : : км .: мм/мин : н : Рх 0,1
Отвальная
технология 0,34 1,0 1749 0,039 0,40 0,7 83 0,033
Плоскорезная технология 0,43 2,0 3312 ,0,008 0,40 1,5 ' 3298 0,059 i
Щелевая технология 0,35 1,2 1018 0,047 0,50 1.2 259G 0,056 м С; 1
Поверхности •технология 0,45 1.4 5151 0,087' 0,63 1.5 2394 0,092
Ц-глинс 2,00 4,0 6480 0/453 - - - -
Коэффициент множественной регрессии: К - 0,923 детерминации; Кс = 0,831 2,812 F - 27,671
У-j = - 72,93В - 0,948-Xg + 323,436 X5 - 8,93В• Ю-4+ + 4,I6-I0"3.X| + 0,661-Xg-Xû + 0,104-X^-Xg -
- 276,742'Х| - 0,94 X4-Xg + 8,854-Ю-4. Х2-Х4 7
R = 0,793 ; /Çj=0,43I ; S</»6,398 ;Г=2,639..
Уравнения 6 и 7 предназначе:« для определения противоэрозионной эффективности конкретного агрофона относительно чистого пара,.для которого параметры Xg=XA»Xg«d (Булыгин, IS92). Определяется, смыв почвы для чистого пара Затем определяется смыв почвы с
конкретного агрофона ( Wg). Коэффициент противоэроэионной офф-ек-тивности (Р) этого агрофона определяется соотношением ..Этот коэффициент уже можно испол'ьзоейть при прогнозе смыва с конкретного почвенного участка под'конкретным агрофоном. Для этого определяется смыв почвы на основе гидромеханической модели эрозии с одетого пара и делится на Р этого агрс-^иа. Параметр^ , который определяется по нашей методике методом прямого.микроскопирования - довольно устойчивый, трудно изменяемый показатель, определяемый генетическими особенностями почв. После факторного анализа стало ясно, что Ка(У) определяется содержанием гуминовых (Xg) и фульминовых (Xg) кислот:
У = 0,131 + 0,701-Х2 - 3,191-Xg - 0,5о9-х| + 2,026-Xj-Xg 8
. g= 0,758 ; RjrO,434 ; Sû*0,085 ; F=Z,712.
Зависимость 8 проверена на широком зональном ряде почв: чернозем оподзоленный —светло-гсштановые почвы. Была получена исчерпывающая информация, подтверждающая тесную зависимость Кд от собственно гумусовых веществ.
4.3. Теоретический аспект определения норматива экологически допустимой нагрузки на почву
Оценка приемов только по их целевой функции (в данном случае противоэроэионной эффективности) необходимая, но недостаточная характеристика. Идеология АЛ' обязывает провести экологически
экспертизу каждой технологической операции, технологий и технологического блока в целом. Такой подход отличается почти абсолютной новизной, и нолнообьемное решение всех связанных с ним проблем возможно лишь в отдаленном будущем. Необходимым условием дая этого является организация системы научного и практического комплексного мониторинга почвенного покрова Украины, который сегодня находится-на стадии обсувдения и вццвикения гипотез.
Ряд вопросов относительно экологической допустимости приме- • некия операций технологического блока АЛ позволит решить разработанный нами метод, который защищен авторским свидетельством (Булыгин, Лисецкий, 1992, 1992а). Почва - природная гармоническая система, которая развивается.в соответствии с фундаментальными термодинамическими законами. Содержание неагрегированных элементарных почвенньк частиц (ЭПЧ) является выражением ее энтропии» Любая обработка почвы ведет к увеличению неагрегированных ЭПЧ, tí..к как имеет место механическое воздействие на почвенные агрегаты. В первом приближении достаточно иметь абсолютное значение неагрегированных ЭПЧ по вариантом изучения, например, обработки. При сравнении их между собою, отдается приоритет тону варианту, где содержание ЭПЧ наииеньпее. Однако, знание только абсолютного значения неагрегированных ЭПЧ (С^^), недостаточно. Для определенной почвы нужно знать уровни минимально возможного содержания (Cmi/i) к максимально допустимого содержания неагрегированных ЭПЧ (Ста/). Для почвы будет вполне корректным применение теоретического расчета,показывающего, что относительная энтропия (фактическая энтропия отнесенная к максимальной) гармонической системы соответствует "золотому сечению" - 0,382. Это значит, что в гармонической системе доля хаоса составляет 0,382 от целого, а доля упорядоченности - 0,618. Сказанное выражается через формулу Ст'ш-0,382- Сшг. Тогда Сто - ~у . Таким образом, зная С min, определяется С/гм/, что позволяет'судить о рациональности, экологичности той или иной обработки почвы. Строго говори, Сям должно устанавливаться по целиннок!у аналогу исследуемой почвы, но целина - уже несравнимо другая почва, что приведет к излишнему завшенню требований. Поэтому С min рекомендуется устанавливать по почве исследуемой разновидности, которая не подвергались обработке 3-4 года, например, под многолетней траьоС 3-4
года жизни. Почва к этому времени уже "не помнит" чем и как она обрабатывалась до посева травы. Содержание неагрегированных ЭПЧ устанавливается по нашей методике методом прямого микроскопирова-ния в отраженном свете при 98-кратном увеличении. По соответствию полуденного результата (Сф£ЖТ) эталонному интервалу (Си<^ -С*.,») судят об экологической приемлемости исследуемого агротехнического воздействия на данную почву. В работе приводится пример количественной экологической экспертизы приемов обработки.
4.4. Предел непосредственного влияния технологического блойа АЛ на почвенное тело
Непосредственное влияние обработки имеет свой предел. Это влияние не прослеживается на микроагрегатном иерархическом ¿"ровна почвенного тела. Информативным показателем этого ¿-ровня является коэффициент агрегированности (К^), предложенный еще в 1932 году Еэйвером и Роедесом (Булыгин, 1989; Булыгин, Лисецкий, 1989; 1991; 1992; Булыгин.Комарова, 1990), Величина Ка практически не зависит от кратковременного (порядка нескольких лет) .воздействия агротехники. К& может выступать в качестве обьективного показателя эрозионной стойкости и гумусного состояния почв, агрегирующей способности гумуса (табл. 5-6).•
5. Изменение содержания гумуса, мккроагрегированностк и смываемости пахотных почв зонального ряда
:Содержание Тип, подтип почвы :гумуса в слое
:почвы 0-20см, •
_____
Ка-
(Швебс, 1974), Ко, г/с м
Черноземы регредирован-
венные '4-6 и более . 77 .0,14-0,16
Темно-серые, серые лесные 3,0-5,7 36-77 0,16-0,19
Черноземы оподзоленные," выщелоченные, южные 2,0-3,5 15-36 0,19-0,24
Черноземы карбонатные (Молдова) 2,0-2,7 20-27 0,22-0,24
Теино-шитаноше и кшитановьте 1,6-2,0 З-И . 0,27-0,30
6. Агрегирующая эффективность гумуса для слоя 0-20 см различных почв
Почва и место отбора:Гумус (Г),: образца : % : Ч ? V- ! | «/г
Чернозем южный супесчаный. Цедина. 2,60 43 29,5 15
Чернозем южный супесчаный. Пашня. 1,51 37 36,0 25
Темно-каштановая легкогли-нисгая. Лесополоса из акании. 3,68 36 31,5 9
То же. Орошаемая пашня. 1,78 59 50,9 33
Молодая почва на кургане. Травянистый покров. 1,51 40 35,4 27
Таким образом, можно констатировать возможность формализации почвоохранной эффективности технологического блока АЛ. Это позволяет разрабатывать все его элементы преимущественно инженерными методами на расчетной основе. Необходима соответствующая база данных, что требует значительной переработки накопинаегося в литературе мощного пласта данных и, безусловно, постановки новых экспериментов.
5. ПРИКЛАДНЫЕ ОСНОШ КОНСТРУИРОВАЛИ ПОЧВООХРАННЫХ АГРОЛАВДШГОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ (ОПЫТНАЯ) ПРОВЕРКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ
5.1. Противоэроэионная эффективность отдельных элементов и их комплексов технологического блока АЛ
Количественный учат интенсивности эрозионных процессов выполнялся во всех стационарных полевых опытах и экспериментальных участках АЛ. Представленный экспериментальный материал не однозначен и не может быть однозначно интерпретирован. На его основе можно сделать следующие выводы. Во-первых, четко прослеживается достаточная почвоохранная эффективность АЛ. Во-вторых, ясно вид-
на сильнейшая динамичность факторов,opo3ü;i как от тп.-irt год, так и при л:1Е!:з1'СМ характере нападения оспдяов. Поэтому попытка фор-мплизогьть все яероятнга сочетания этих факторов - задача, нз-имсвщая ревэния. Болев того, нельзя предугадать seo есэможныо сочетания элементов ЛЯ, чтобы их экспериментально обосновать. Это служит доказательством правильности применения вероятностного подхода к конструирования М, рассчитанного на худший случай гсех факторов эрозии. В-трстыЬс, представление линь небольшой чести эмпирического материма по сравнению с имзпзжея в литературе» уже вызывает серьспнга затруднения в его толкогании. Для этого необходимо иметь количествепнго вависдгести, математичэсяуп модель эрозии и другиа теоретические разработки.
5.2. Особенности некоторых основных режимов почв »"условиях агроландшафтной обустроенности, вздящио на их эрозионную стойкость
Велись систематические наблюдения и исследования рехлка влажности коргасбитсемой толгз» почет, рзгаз«» окислительно-сосстаноги-тельного потенциала, гумуеовнх горизонтов, температурного режима пахотньге горизонтов, биологического режима и разима оргвшчзских веществ гумусоязс горизонтов почв всех стационарных поленя опытов. Представленный фактический кзтериел убэдитольно ссидетель-ствуэт о взаимоувязанное™ п юатаозатасгагости рассматриваем почвенных режимов. Доказано, что, помимо., пошяания эффективного плодородия, направленное их регулирование тсхкеясгйчесйкы блоком АЛ позволяэт существенно повшать эрозиокцув стойкость почв, конечно, в пределах, заданных их .генезисом. Есть количественные основания для гипотезы, что длительное щадящее использование почв в сельскохозяйственном производства в условиях АЛ позволит повысить и генетически звдвнную составляющую эрозионной стойкости. Поэтому при правильном использований почвенного покрова возможно в будущем снижение напряженности противоэрззионных приемов, так как будут уметаться его. параметры, .опроделящие эрозионную стойкость. Этот блок прогноза и соответствующее изменение протипо-эрозионных мер в будущем необходимо иметь' ввиду при составлении алгоритма расчета конструкции АЛ.
5.3. Принципы технологической дифференциации использования почвенного покрова в условиях АЛ
Проблема технологической дифференциации использования почвенного покрова имеет три уровня:-уровень конкретного водосбора'или склона от водораздела до тальвега балки или поймы реки;'уровень ландшафта в целом и уровень почвенно-климатической зоны. Вопросы высшего уровня включают в свою структуру вопросы низшего уровня. При разработке проектов АЛ требуется решение проблемы технологи-чеокого разделения почвенного покрова,, прежде всего, на первом уровне, которое должно быть достаточно формализовано и выполняться инженерными методами. Технологическое разделение почвенного покрова конкретного' склона по интенсивности сельскохозяйственного использования логически вытекает из разработанного в разделе 3.2. алгоритма инженерного проектирования.
Проблема технологической дифференциации почвенного покрова на втором уровне - лавдшафтном, пока не может быть решена строгими инженерными методами. Главной причиной тому являются сложность и Многогранность объекта (ландшафта) и других нерешенных проблем, вытекающих из неоднозначности самого термина "ландшафт". Однако будет логично, если ландшафт рассматривать как гармоническую термодинамическую систему, подойти к решению задачи о норме соотношений видов землепользования через понятие энтропии. При этом пашня (к ней можно приравнять скотобойные пастбища) рассматривается в качестве дезорганизующего-фактора, то есть с ростом распа-ханности ландшафта энтропия его растет. В данном случае применим методический подход, изложенный в разделе 4.3. Это означает, что предельная степень распаханности ландшафта составляет 38,2/о. Ужо есть достаточно эмпирических данных опытов и наблюдений, подтверждающих этот норматив распаханности территории (Иванова, 1990).
Решение проблемы на третьем уровне почвенно-климатической зоны еще более сложно и неразработано, чем на уровне ландшафта. В Украине сельскохозяйственные угодья составляют около 80% от площади территории. Если принять норматив предельной распаханности территории, равным 409», то соотношение между дестабилизирующими и стабилизирующими угодьями составит 1:1. Примерно к такому же соотношению с учетом лесопокрытых территорий пришли многие страны Западной Европы, где процессы деградации лаццшафтов почти оста-
Т 33 -
новлеиы. Это означает, в Украина необходимо распвханность территории снизить более чем на 18% или почти на 10 млн.га (Медведев, Булыгин, 1992).
В разрезе административных районов по основным почвенно-климатическим зонам сделан факторный анализ состояния земельного фонда Украины. В качестве ведущего показателя деградации почв взята степень эродированноети пашни. Выявлены ведущие факторы, определяющие эродированность пахотных земель (У) по зонам республики, и соответственно получены уравнения: Для Полесья: %
У = -8,13 - 245 Ю-2 Х§ + 2,54 Х^ 9
где Хс> - доля пашни, размещенной на склонах крутизной до 2°, %
Д=0,929 ; Л3=0,862; ЗМ'5,695 ; Г* 194,6. Для Лесостепи:
У = 70,98 - 6,73 Ю-3 Х| 10
В=0,823; Р^0,677 5БМ"10,619 ;.Г=284,2.
Если Еывести из пашни земли, расположенные на склонах более 2°, то распаханность Полесья составит 2В,1%, а Лесостепи - 47,8%.
Для Степи значащим фактором являете!, еще степень распаханности территории (Х4, % ):
У = 78,33 - 1,27 Ю-2 + 1,66 Ю-2 Х4 Х5 - 8,89 КГ3 х| II 641; ^«0,40 5$М= 13,3; Г= 23,5.
Радикальное сокращение пашни в Украине будет исправлением допущенных некогда ошибок. Ведущие западные страны этот этап уже прошли.
5.4. Техническое задание на построение'автоматизированной системы проектирования почвоохранного агроландшафта
Система должна обеспечить автоматизированное решение задач оптимального проектирования АЛ. ■ .
Целью разработки системы является:
- снижение затрат на проектирование противоэрозионных мероприятий; . -
- погмае!,не эффективности управления производственными процессами в сельском хозяйстве;
- снижение трудоемкости сбора и обработки топографической
шфэршгти «
- своевременное иг:формирование специалистов сельского хозяйства о наличии и величине ущерба от эрозии ;
- освобождение специалистов от трудоемки* ручных расчетов.
Создание САПР М вызвано необходимостью обработки большого»
количества информации в сжатые сроки с применением сложных математических моделей. Система далкна быть создана в ввдо пакета прикладных программ. Решение отдельных задач обьедшшется с помощью командных файлов и решается как комплекс с единой нормативной базой.
6. ПОЧШОЮ-8КЕШОГИЧЕСШ И А1Т03К0.Ча:ИЧЕС!САЯ ОЦЕНКА ПОЧВООХРАННЫХ АГРОЛЛЗДШГОЗ
6.1. Оценка внеэкономической эффективности технологического блока АЛ (по даннкм стационарных опытов и наблюдений на экспериментальных участках АЛ)
Показано, что почвозащитные (протишзрозиошшо) технологии не сникают урокайкооти БОЗдаяыЕаемгх культур. В большинство случаев наблюдается ее посинение. Уровень урожайности культур из является лимитирующим фактором пр-.шенэния протигоэроэионной агротехники. Доминирующим критерием оценки ее эффективности является величина предотвращенного прямого уцерба от врозии. Однако необходимо иметь ввиду» что кумулятивный косвенный у^зрб от эрозии почв может быть очень значительный.
6.2. Почвенно-окологическая оценка АЛ при различные уровнях надежности его конструкции
При решении задач, подобных задача конструирования АЛ, удобно применять понятие риска, котороо вычисляют с помощью значений вероятности безотказного функционирования с использованием разработок теории надежности Ширцхуяава, 1963, 1ШЗ). В совхозе "Лесная стенка" имеют место три вдрианти противоарозионной обустроенности: традиционное прямоугольное землеустройство, проект, разработанный под иаучно-матодическии руководством ИПА Харьковским фи-
лиалом УкрЬШземпроект, и агролапгояафгный экспериментальный участок (508 га) ШЛ, разработанный по проекту "Зеленый вал" (Булы-гин и др., 1990). На примере второго поля полевого севооборота (почва - чернозем оподзоленннй с содержанием гумуса 3,5%; а-0,0004 м; ДПП 3,5 т/га; крутизна склона - 3,0°) сделаем почвеН-но-экологическую экспертизу надежности конструкций этих проектов . обустройства территории (табл.7). Оценочные расчеты выполнены для всех рабочих участков хозяйства.
Первый уровень (базисный) определяется величиной среднемного-летнего смыва почеы с гектара севооборотной площади. При почвозащитном обустройстве территории он дол:таи быть равен или меньше ДПП. Без применения протиЕоэрозионной агротехники на первом уровне надежности этому требованию отвечает лишь проект "Зеленый вал".
Второй уровень - это величина вероятного смнва почеы IOi^-ной обеспеченности с гектара севооборотной площади, что принято считать показателем надежности защиты почв от эрозии. Этот уровень должен обеспечиваться системой МЦД и противоэрозионной эффективностью технологического блока АЛ. Толькэ проект "Зеленый вал" обеспечивает выполнение этого уровня. Система ЩД должна, как минимум, обеспечивать базисный уровень надежности.
Стабилизация почвенных и гидрологических процессов з условиях М создает необходимые предпосылки для достижения абсолютного третьего уровня надежности его конструкции,: который определяется величиной вероятного смыва 10^-ной обеспеченности с чистого пара. Его не обеспечивает дата проект "Зеленый вал". Следовательно,, этот проект не позволяет констатировать создания АЛ. Для достижения третьего уровня надежности противоэрозионной защиты необходимо предусмотреть в проекте "Зеленый вал" сокращение длины линии стока до 100 метров, что достигается путем конструирования промежуточного вала-террасы, создаваемого параллельно основным валам с. однорядными древесно-кустарниковыми полосами, или замену полевого севооборота на почвозащитный.
Анализ ущерба от эрозии'за время-существования почвенного покрова свидс льствует о том, что интенсификация сельскохозяйственного производства невозможна без надежного предотвращения эрозионной деградации почв. А для этого необходимо выявлять условия эффективного создания .АЛ еще на этапе его проектирования.
V. Оценка почвозащитной обустроенности территории по уровню почвозащитной надежности функционирования фрагмента АЛ
Вариант почвозащитной обустроенности
Длина линии стока м,
Уровни надежности
Первый
Второй
Третий
Средне-: . . Эффективность _ много- : обустройства ■
: Без :С исполь-I ГР .противо- . .зовснкем _ ' "эрозионной"агротех-:агротех- :нических .ники .противо- ' : :эрозион-"ных при_г_: омов
:Смыв 10%- :С учетом :ной обе- : эффектив-,спечен- .ности те-'ности с "хнологи-¡1 га сево-:ческого .оборотной .блока АЛ 'площади, " ; т :
:Смыв 10%-:С учетом :ной обе- :эф®ектив-.спечен- .ности те-'ности с "хнологи-:I га чи-•:ческого .стого .блока АЛ "пара
I
8
Традиционное лрямо-угольное землеустройство
Проект института УкрНШзем-прозкт
Проект
"оеленый
вал"
800.
400 200
5,5 1,57
А5
71™
-0,5
-0,5
-1,5' -5,0
26
23
10
8,5 ~243_
;.И9 -0,2
143
90
44
20,3.
11,5 330
.3,8. "108
В'числителе - разность между фактической величиной смыва и ДПП (3,5 т/га е год) ;<. в знаменателе - превышение фактического смыва над ДПП, %.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ а) Основные выводы
1. Эрозия почв - социальное явление, единственной причиной которого является нерациональная деятельность человека. Все остальные природные факторы есть только ее предпосылки.
2. Понятие почвоохранного агроландшафта значительно шире.понятия почвозащитной системы земледелия, являющейся лишь неотъемлемой его частью. Агроландшафт, помимо резкого увеличения эффективности сельскохозяйственного' производства, позволяет создать предпосылки для оптимизации его природных основ. Агролацщпафт, как антропогенно-природная система, неуступаядая по устойчивости и сбалансированности былым естественным ландшафтам, должен проектироваться, конструироваться и управляться преимущественно инженерным! методами на расчетной количественной основе.
3. Модифицированная гидромеханическая модель основана на познании природы эрозии почв, достаточно теоретически разработана и формализована, - чтобы на ее основе делать количественную оценку эрозионной опасности при различном насыцении противоэрозионных мероприятий, то есть она может служить в качестве расчетной количественной основы конструкций агроландшафтов.'
4. Основным методологическим подходом при количественном обосновании конструкции агроландшафта является-вероятностный, позволяющий проектировать противоэрозионнсе обустройство сельскохозяйственных земель с определенной степенью надежности, рассчитанной на худший случай совпадения факторов эрозии.
5. Свойства почвы - узловой фактор эрозии. Параметры эрозионной стойкости, определяемые параметрами агрофизических свойств почв, являются основополагающими при любой количественной оценке эрозионной опасности. Они лежат в орнове алгоритма расчетов конструкций агроландшафтов. .
6. С позиций гидролого-агрофизической теории эрозии разработана схема эрозионной опасности и степени ее реализации в исследуемом регионе для целей выработки почвоохранной политики и стратегии противоэрозионных действий; позволяющая делать количественные дифференцированные-еувдения об экологической культуре земледелия
и природно-хозяйственных прототипах зональных моделей почвоохранных агроландщафтов,
7. С использованием радиоизотопного метода, по изменению активности в почве пезия-137, сделана ретроспективная количественная оценка скорости эрозионных процессов за последние 30 лет ' (период интенсификации отечественного сельского хозяйства), инструментально подтверждающая факт ускоренного эрозионного раару-кения почвенного покрова. Сравнительный анализ фактически отмеченных по рвдиоизотопной метке потерь почвы и вероятных прогнозных потерь редкой обеспеченности от эрозии и собственно дефляции позволил выявить решающее значение в скорости эродирования починного покрова Степи, а в некоторой мере и Лесостепи, пиления почвы при непосредственном выполнении агротехнических технологических операций. Поэтому необходима разработка почвоохранных агро-ландшафтов Но в узком смысле защиты почв от эрозии, а в более широком понимании этого термина.
8. Раз работа™ общие принципы создания и структура программного обеспечения и системы автоматического проектирования (САПР) агрсландшафта, позволяющие автоматизировать и компьютеризировать весь технологический процесс проектирования агроландшафтов.
9. Для обьективной научно обоснованной количественной опенки
и для целей формализации противоэрозионной эффективности агротехнических мероприятий и, прежде всего, способов и технологий обработки почвы на основе гидромеханической модели и положений гвдро-лого-агрофизической теории эрозии разработан критерий вероятностной опенки. На его основе установлен приоритет в повышении эрозионной стойкости черноземных почв технологиями, нацеленными на ми-нимализацию обработки; показано значительное снижение эрозионной стойкости обрабатываемых почр по сравнению с целинными.
10. Теоретически обоснован и практически реализован метод формализации и количественной оценки противоэрозионной эффективности конкретных агрофонов. Для производства количественных расчетов на основе системы, регрессионных уравнений необходимы следующие значащие факторы: степень проективного покрытия, емкость нанорелье-фа, глыбистость, коэффициент агрегированности (Ка), как количественный показатель генетически обусловленной эрозионной стойкости почв.
11. Разработан метод экологической экспертизы пгротсхн:;ческих приемов, основанный на параметрах и характеристиках почвенного тела, как природной гармонической термодинамической системы, е. не на результатах достижения целевой функции (уровень урожайности, противоэрозионная эффективность, производительность и другое). Установлено, «то часть высокоэффективных противоэрозиошшх приемов, например, глубокое плоскорезное рыхление, без дополнительных компенсационных мер применять нельзя, и требуется их замена на более почвощодящие приемы, которые не 'вносят чрезмерную долю "хаоса" в почвенную термодинамическую систему.
12. Выявлен строго диагностируемый иерархический уровень организации почвенного тела - микроагрегетный, на который непосредственное действие технологического блока агроландоафта не сказывается. Информативным показателем этого уровня является значение коэффициента агрегиррванности (К'а), который молет выступать как количественная характеристика обусловленной генезисом составляющей эрозионной стойкости почв и эрегирующей эффе-ктиьности гумуса. Тем с алым доказана огр-личенность и нерегул яр-, ность протироэроэионной эффективности агротехнических приемов.
13. Направленное регулирование основных почвенных режимов (влажности, микробиологической активности, органического вещества, ОШ, температуры и других) позволяет существенно повыаать эрозионную стойкость почв. Блок прогноза этого улучшения, по мере достижения конструкцией агроландаафгга технологической готовности, должен входить в алгоритм расчетов.
14. На новой методологической основе разработаны принципы ре-пепия проблемы технологической дифференциации' использования почвенного покрова, которая имеет три иерархических'уровня: конкретного водосбора или склона, лоцтдоафта в целом и почвенно-кли-матической зоны. Решение коккретнш проектных зедач при создрнии агролавдшафта должно предполагать выполнение требований асе:: трех уровней. Базовым ¿/ровней .при этом является иервчЯ, позволг-иций строго Формализовать процесс технологической дифференциации земель и выполнять его инженерными методами с привлечением компьютерной техники.
15. Установлено, что ¿фовень урожайности культур не язляется л ими тирующим фактором применения противоэрозионной агротехники.
Доминирующим критерием оценки ее эффективности является величина прямого ущерба от эрозии, а агроэкономическая сценка носит подчиненный характер. Предложена система почввнно-экологической экспертизы надежности противоэрозионнсЯ защиты почвенного покрова, которая разработана на принципах гидролого-агрофизическбй теории эрозии и является обязателыозл элементом технологического процесса разработки проектов и конструирования почвоохранных агроландшафтов.
б) Предложения производству
На основании выполненных исследований производству рекомендованы:
1. Методические указания:"Прогноз эрозии почв для целей проектирования почбозшцитно устроенных агролацдшафтов в Лесостепи и Севорной Степи Левоберекной Украины" (Харьков, 1988).
2. Формула критерия вероятностной оценки противоэрозионной эффективности агротехнических приемов.
3. Алгоритм инженерного проектировании конструкций почвоохранных агроландазафтов.
4. Блок-схема технологического процесса и техническое задание на построение системы автоматического проектирования (САПР) агроландшафтов и структура программного обеспечения.
Б. Метод экологической экспертизы агротехнически/ приемов и качества их выполнения, основанный на параметрах и характеристиках почвенного тела, как природной гармонической термодинамической системы.
6. Метод технологической дифференциации использования почвенного покрова.
7. Система почвенно-экологической экспертизы надежности противоэрозионной защиты почвенного покрова.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
I. Бука А.Я., Булыгин С.Ю., Коваленко А.П., Полупан В.И., Щербаков В.И. Методические рекомендации по защите почв от эрозии в полевых севооборотах на склоновых землях Левобережной Степи
УССР. - X. ; Донецк, 1934. 12 с.
2. Бука А.Я., Булыгин С.Ю., Ковеленко А.П. Плагообеспечен-ность почвы при различных способ!« обработки // Земледелие. -1935. - № ц. _ С. 10-12.
3. Булнгин С.Ю. Параметры агрофизических свойств чернозема обыкновенного, определяющие его противоэрозконную устойчивость при различных технологиях обработки: Автореф. дис. ... канд. с.-х.наук. - X., 1985 - 20 с.
4. Булыгин С.О. Агрофизические свойства и протквоороэионнап устойчивость чернозема обыкновенного при различных технологиях обработки // Агрохимия и почвоведение. - К., 1935. - Вып. 48. -С. 52-56.
5. Булыгин С.Ю. Режимы параметров агрофизических свойств чернозем". обыкновенного при различных технологиях обработки // Повышение эффективности использования удобрений и плодородия почв в Украинской ССР: Тез. дога, конфер. - X., 1985. С. 179-180.
5. Булыгин С.Ю. Почгенно-ркологический подход к оценке систем земледелия // Земледелие. - 1907. - }" 5. - С. 14-16.
7. Булыгин С.Ю., Бейрак II.В. Особенности динышк!'. 0Ш черно-' зема обыкновенного слабоэрсднрованного при различной обработке // Почвоведение. - 1937. - 12. - С. Ы~сЗ.
8. Булыгин С.Ю. Прогноз эрозии почв для целей проектирования почвозодитно устроенных игролглдтафтов в Лесостепи и Северной Степи Левобережной Украины: Методические указешя. - X., 1983. -40 с.
9. Булыгнн С.Ю., Иолупен З.И., Щербаков В.И. Комплексная система защиты почв от врозии // Научно обоснованная система земледелия Донецкой области на ХП пятилс-тку. - Доне!:,!;: Облполигрефмз-дат, 19СЗ. - С. 40-65.
Т.О. Булнгин С.Ю. Нужна служба охрены почв // Земледелие. -1989. - X 10. - С. 25-23. : • ' .
11. Булнгин С.Ю., Лисецкий Ф.Н. Опенка пгр'егироЕакности почв Степной зоны УССР // Егсл. Почв, ин-те им.В.В.Докучаева. - М., 1989. - Вып. 51. - С. 74-75. .' .
12. Булы'"" С.Ю. Динамики эрозионной стойкости почп // Тез. дога. У! Все'.'оазн.- с.ьеэда почвоведов. - Новосибирск, 1989. -нк. 5. - С. '330. .''."''"
1 12а. Булыгин С.Ю. Агрофизическая характеристика почв и проектирование их противоэрозионной защиты //Почвоведение. - 1990. - N 5. - С. 107-117.
13. Еулнгин С.Ю., Комарова Т.Д. К оцзнке влияния механической обработки на почву // Почвоведение. - 1990. -16.- С. 135-138.
14. Булыгин С.С., Шелякки Н.М., Белолипский В.А. Опыт научного обоснования и внедрения почвозащитных систем контурно-мелиоративного земледелия // Ш съезд почвоведов и агрохимиков УС6Р / Львов, П-14 сент. 1990 г./: Тез. докл. Пленарные докл. - X.,
1990. - С. 56-63.• ' .
15. Булыгин С.Ю. Прогноз эрозионной опасности: по материалам исследований территории Левобережной Лесостепи и Северной Степи УССР // Вестн. с.-х.науки; - 1990. - № 9(408). - С. 70-75.
16. Булыгин С.Ю., Муха Д.В., Столяр В.М., Медведев М.С. Поч-венно-экологическая опенка ландшафтного земледелия // Земледелие. - 1990. - 12. - С. 28-32.
17. Булыгин С.Ю. Стратегия борьбы с эрозией почв // Земледелие. --1991. - № 3. - С. 27-30.
18. Булыгин С.Ю., Байрак Н.В. Методы определения окислительно-восстановительного потенциала в почве // Почвоведение. - 1991. -* 3. - С. 131-137.
19. Булыгин С.Ю., Лисецкий Ф.Н. Микроагрегированность как показатель противоэрозионной стойкости почв // Почвоведение. -
1991. - № 12. - С. 98-104.
20. Булыгин С.Ю., Можейко Г.А., Тимчэнко Д.О. Темпы эродирования' почвенного покрова Степи Украинской ССР // Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика /Москва, 26-28 дек. 1991 г./:
Тез. докл. Всесоюзн. научн. конф. - М.: МГУ, 1991. - С.28-29.
21. Булыгин С.Ю., Медведев М.С., Ревенко А.К., Колесник В.И. Опыт внедрения агролавдвафтного обустройства территории совхоза "Лесная стенка" // Информ. листок о передов, произв.-техн. опыте. - X., 1991. - № 085. -91.-5 с.
22. Булиг1н С.Ю., Можейко Г.О., Тимченко Д.О, Деякх аспекти використання аерофотометричних методов для оцшки ресурс1В грунтового покриву // Агроххмтя I грунтознавство. - К.: Урожай. -
1992. - Вип. 54. - С. 80-86.
23. Булыгин С.Ю., Лисецкий Ф.Н. Принципы оценки агрегатного состава почвы для целей управления и мониторинга // Вестн. с.-х. науки. - 1992. - № 12.
24. Булыгин С.Ю., Можейко Г.А., Тимченко Д.О. Скорость эродирования черноземов Донецкой Степи // Почвоведение. - 1992. - 1Г 8.
- С. I2I-I28.
25. Медведев В.В., Булыгин C.D. Фдзическая характеристика чернозема обыкновенного при отвальной и безотвальной обработках // Почвоведение. - 1986. - Г 2. - С. 45-52.
26. Медведев В.В., Булыгин С.Ю. Конструирование культурного егрэландгсафта // Земледелие. - 1969. - № 2. - С. 45-48.
27. Медведев В.В., Булкгин С.Ю. Принципы управления плодородием почв s условиях контурно-Мелиоративного земледелия // Почвозащитное земледелие с контурно-мелиоративной организацией территории в Степной зоне /Луганск, 6-7 июня 1990 г./: Тез. докл. Всессюзн. конф. - Луганск, '1991. - Т. I, - С. 76-78.
28. Медведев В.В., Булыгин С.Ю. К 100-летию выхода в свет книги В.В.Докучаева "Наши степи превде и теперь" // Йтсник аграрнох науки. - 1992. - ? 4. - С. 53-56.
29. Ыихновская А.Д., Сулейманова О.Г., Булыгин С.Ю., Байрак Н.В. Комбинированная обработка на склонах // Земледелие. - 1984.
- Р 12. - С. 20-21.
30. Сулейманова О.Г., Булыгин С.Ю., Байрак Н.В. К вопросу о биологической активности чорнозеыов обыкновенных Донбасса при разных способах обработки // Агрохимия и почвоведение. - К.: Уро-кэй, 1986. - Вып. 49. - С. 47-50.
31. Щербаков В.И., Зуза А.Г., Зуза Л.К., Бураков В.Н., Булыгин С.Ю., Никитенко В.П. Почвозпщитнст устройство агроланшаафта // Земледелие. - 1990. - № 8. - С. 24-27.
32. Bulygin S. Yu. Agrophysical charectorlstlks soils and rrathod for control of soil erosion // Soviet Soil Science.-1090.-
V. 22. П. - pp. 115-125.
33. Bulygin S. Yu. Design Philosophy and practical realization of soil - protecting agrolandscape // Training cours "Desertification monitoring technology" (UNEP project "Desertification control programme activity centre") -
Kharkov - Kiev. - 1991.- pp. 113-149.
АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА ПА ИЗОБРЕТЕНИЯ
I. Фесенко З.П., Булыгин С.Ю., Медведев М.С., Семякин В.А. Способ регулирования снеготаяИич. А.С. I6II229, А 01 В 13/16-1990.
2. Булыгин С.Ю., Можейко Г.А. Устройство для посева сельскохозяйственных культур. A.C. 96668, А 01 С 7/20-I99I.
3/ Булыгин С.Ю., Стрельников A.B. Способ оценки гидрографической сети. - Полож. решение Госпатента СССР от 29.08.91 г. Уведомление об удовлетворении ходатайства о ввдаче патента от * 28.08.92 г. НИИ Госэкспертизы Роспатент..
4. Булыгин С.Ю. ,• Лисеикий Ф.Н. Способ исследования влияния обработки на почву. - Полок, решение Госпатента СССР от 14.01.92 г.
■ Ответственный за выпуск доцент ШЕЛАРЬ И.А.
Подписано к печ. 2В.12.92. Формат 60 х 84/16. Обьем 2,0 уч.-изд. л. Тираж 100. Заказ 431.
Участок оперативной печати ХГАУ.
3I23I3, г.Харьков, л/о "Коммунист-!", учгородок
Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Булыгин, Сергей Юрьевич, Харьков
ей
УКРАИНСКАЯ АКДДШИИ АГРАРНЫХ НАУК ИНСТИТУТ ШЗЧВОЩЁШШ И АГРОХИШ Ш • А. Н. ССЖШ ОМСКОГО
62 11/73
таошшвскиБ и ирттш оаш> конездшроадшш
ПОЧСОХРАННЫХ АГРША1ЭД1Ш013: ЛОЧ^КНЬШ АОЕКТ
0o.0I.03 - агропочвоведение и гггрофиэика
Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйствен!*^ наук
Ь&учный консультант - доктор биологически* наук, профессор, член-корреспондент УААп
Президиум ВАК Минобрнпуки России (решение от« /". $/200?/ г. № # -решил выдать диплом
Т7
Харьков 19Э2
оглавление
стр.
0ВЩ1 ХАРАЮЕРИСГИКА РАБОТЫ.............................. 5
Глава I. СОСТОЯНИЕ ШУЧ&ИНОСТИ ПРИРОДЫ И ЗАШ1Ш€ШКЯЕР
ЭРОЗИИ, КАК ГШШГО ПРОЦЕССА, РАЗРУШАЮЩЕГО
ПОЧШННЫЙ ПОКРОВ И ЩфШТЫ В ЩШ (IIQCTAHOJCA
ИРОБШШ)........................................ 12
1.1. Срозия почв - "тень" мирового земледелия
в его истории мм*»........................ 12
1.2. Фактор« эрозии почв ........................ 25
1.3. Понятие почвоохранного агрояевдшрфтв. {лесто почвоведения среди экологических дисциплин.......•••••••••••...........................38
Главе 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССВДОШЮЙ.................4?
2.1. Сельскохозяйственная освоенность и эроди- -рованноеть почвенногс покрова исследуемого регионе .................................... 47
Г.,'-. Схема пол еж стагионгркьгк опытов >, экспериментальных участков почвоохранных arpo-ланщафтов.................................60
2.3. 1г^етодика исследований......................59
Глава 3. ТЕОРИИ АГРОШДШАФТНОГО ОБУСТРОЙСТВА Ш1ШШХ0-
аяйстшюшх угодир..............................¿а
3.1. гштематическая модель эрозии - расчетная количественная основа конструкции почвоохранного агроледщпгфга ....................6Ь
3.2. Алгоритм методики инженерного проектирования конструкций агроландшафта..................ób
3.3. Опенка эрозионной опасности почвенного покрова исследуемого региона Украины для целей научного обоснования стратегии
борьбы с эрозией почв...................... 104
стр.
3.4. Количественно.я опенка современной скорости эродирования черноземов на примере Левобережья Украины ......................................113
3.5. Общие принципы создания и структура программного обеспечения.......................... 124
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСШКГЫ ¿ЯРОйТНОСТНОЯ ОЦЕНКИ
ПРСЯШШШОЙНОП ЭФвШШЮСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ШОКА МТОНАНДшАФТОВ............................ 134
4.1. Количественный критерий вероятностной оценки противоэрозионной эффективности отдельных приемов обработки к технологий в гелом ..... 134
4.2. Количественная опенка противоэрозионной устойчивости агрофонов для целей формализации их почвоохранной эффективности (По данным физического моделирования эрозии) ... 149
4.3. Теоретический аспект определения норматива экологически допустимой нагрузки на почву .. 162
4.4. Лредел непосредственного влияния технологического блока АД на почвенное тело....... 1о7
Глава 5. ИРШАДНШ ОСНОВЫ Ш1СТОЙР0ШЖ ПОЧШОХРАШШХ
АГШ1АВДШАФТ0а И УКСШ^ШЕНТАЯЬ^ША (01МШ&)
ПРОВЕРКА ИХ Э<ШЖИ1*ЮСТИ....................... 183
5.1. Противоэрозионная эффективность отдельных элементов и их комплексов технологического блока М................................... 163
5.2. Особенности некоторых основных режимов почв в условиях агродг щшафтной обустроенности, влияющие на их эрозионную стойкость........ 195
5.3. Принципы технологической дифферен? магии использования почвенного покрова в условиях
АЛ ......................................... 224
5.4. Техническое задание на построение автоматизированной системы проектирования агро-ланщвафта.................................. 233
стр.
Глава и. 110ЧШШ0-ЭКШ01 ИЧЕСКАЯ И АГРОЭКОНОШЧЕСШШ
ОЩ.Ш ÍI04dÜ0XPAiiHbíX АГРОШЩШАФТОЗ.............242
6.1. Оценка агроэкономической эффективности технологического блока А£ (По данным стационарных опытов и наблюдений на экспериментальных участках АЛ) .............242
6.2. Почвенно-экологическая опенке AJI при различных уровнях надежности его конструкции ................................24ь
7. ЗАКДОЕНИЕ;......................................255
tí. ШЕРАГУРА...................................... 2bO
- 5 -
ОБДАН ХАРАКТЕРИСТИКА РАЬОТЫ
Актуальность темы. Ь.ожно без преувеличения отнести эрозию почвенного покрова к наиболее разрушительным проггессем окружа-дей среды человека, угрожающее его существованию. Орозия почв -пто социальное явление, продет жизнедеятельности общества.
Определяющей, а в подашь¡.цем большинстве случаев к единственной причиной ее проявления, является сельскохозяйственная деятельность человека. Бее остальные природные фскторы лишь ее пред-посошки.
рожающих темпов эрозия почв юстггла в Украине, главное нг-циональное богатство которой ее ¡ши^сн^- ы.^рон. На сегодня уже третья часть земель, находящихся в сельскохозяйственном производстве, эродирована. .3 республике в поол^ттнее время за гот? площадь гэродиро"'поив увеличивается более осм на сЮ тысяч гектаров. .Уже имеет место реальны^ и очень зняиительныР из-за этого недобор сельскохозяйственно?? продукции, исчезли сотни малыг рек, идет ускоренное разрушение природных ландшафтов.
Мтой проблеме уделялось и уделяется значительное внимание как специалистов, так и правительственных органов. Однако сегодня можно говорить лишь о некотором замедлении темпов ускорения эрозионных процессов, (л¿-ло ясно, что проблема найдет свое решение лишь при ведение сельскохозяйственного производстве, в условиях вновь созданных почвоохранных агроландшафтов, которые по устойчивости и надежности не уступали бы былым природным ландшафтам. Поэтому разработке теории конструирования и создания почвоохранных агролецдшафтов имеет «тцт р^тя*^».^.« • льный характер, который к тому же определяется общегосударственной задачей резкого увеличения продуктивности сельского хозяйства и улучпения экологической обстановки Украины.
Основная гель работы — на оснояя познания природы эрозионных
г
пронессо* рг зргботять почтенный вспскт теорм ггочвоохранньгх агро-ландшафтов, а также создать прикладные основы инженерного их проектирования и конструирования. Достижение этой пели было сопря-} оно с решением следующих частных зодеч:
- обосновать целесообразность применения гидролого~агрофизи-ческой теории эрозионных процессов для создания(количественной "расчетной основы почвоохранных агроландшацтов;
-разработать алгоритм инженерного проектирования конструкций агроландшафтов, основан«^ на параметрах эрозионной стойкости почвенного покрова, кр* ^"•"•т^ргп -.-ктора эрозии;
- количественно определить составляющие современной эрозии и дать количественную опенку эрозионной опасности почв;
- разра ботать общие принципы создания и структуры программного обеспечения; у
- разработать теоретические основы формализации противоэрози-онной эффективности технологического блока агроландшафта ;
- определить принципы экологической экспертизы составных частей и блоков агроландаафтов;
- наметить пути решения (направленного)улуадшния эрозионной стойкости почв методом управления основными га режимами;
- разработать приншпы технологической дифферентаагии исполь-«ования почвенного покрова в условиях агроландшафта *
- обосновать структуру системы автоматического проектирования г-гроландшафтов;
- разработать систему критериев почвенно-экологической и
г сроэкономической опенки почвоохранного обустройств? сельскохозяйственных земель.
Обьекты и методика исследований. Теоретические разработки базируются на материьлах исследований в лесостепной и степной зонах Украины. Натурные наблюдения проводили в доне?кой и Харь-
конской областях. Основной метод, используемый в работе, сводится к сравнительному анализу изучаемых явлений и процессов. Для установления зависимостей и расчетов использовался персональный компьютер УбМ .
Научная новизна, С>боснов8на необходимость и правомочность вероятностного подходам^сп^ модели эрозии, как количественной расчетной основы конструкции агроленд-шафта. С позиций гидролого-агрофизической теории эрозии разработаны теоретические основы конструирования и количественной ог«н-ки технологического блока агроландшафта. Определены пути и систе-1 ма критериев формализации почвозащитной эффективности агротехнических противозрозионных приемов для целей разработки почвоохренных и экологически безопасны* технологий возделывания культур в условиях агроланцша4та(^еимуществе1дао)ини;енерными методами. Разработан новы?' способ экологической экспертизы технологий и отдельных операций сельскохозяйственного производственного цикле. Принципиально по-новому решена проблема технологической дифференциации использования почвенного покрова. Обоснована структуре системы автоматического проектирования агроландшафтов. Разработан метод почвенно-экологической и агроэкономической оценки почвоохранного обустройства сельскохозяйственных земель.
Основные защищаемые положения.
- Определяющее значение параметров почвенного покрова среди других факторов эрозии при количественном обосновании конструк-
Чпии противоэрозионной защиты.
- Использование модифицированной гидромеханической модели зрозии, прямо учитывающей агрофизические параметры почвы, в качестве расчетной количественной основы конструкций почвоохранных шроландшефтов,
- целесообразность применения вероятностного ггод^ода при расчетном обосновании противоэрозионного обустройства территории
- 8 -
сельскохозяйственных угодий.
- Схема районирования эрозионной опасности и ее реализации, отражающая пространственную дифференциатш природных факторов
•• эрозии и почвоохранной направленности современного земледелия, -оторая служит основой выработки стратегии противоэрозионных мер.
- Опенка современных темпов эрозионных процессов и количественная характеристика статей эрозионных потерь почвы.
- Критерий вероятностной огенки почвозащитной эффективности
I
противоэрозионных агротехнических приемов и технологий.
Ограниченность и нерегулярность противоэрозионной эффективности технологического блока почвоохранного агроланцшафта, что ^ обязывает основные почвоохранные функции возлагать на систему мероприятий постоянного действия. |\
- Норматив экологически допустимой нагрузки на почвенное тело, как гармочуиесуую термодинамическую систему.
- Принципы технологической дифференциации использования почвенного покрова в условиях агроландшафта.
"^(^Возможность технологического управления параметрами эрозионной стойкости почв за счет оптимизации основных почвенных режимов.
- Система почвенно-экологической экспертизы надежности конструкций противоэрозионной защиты.
Достоверность выводов и практическая ценность работы. Теорети-
а
ческие выводы)и методические разработки создавались и проверялись на обширном фактическом материале. Материал сов процессе маршрутных почвенно-эрозионных обследований, данных 4-х стационарных полевых опытов и исследований на 3-х экспериментальных участках агрояандрафтов, заложенных в разных почвенно-климатичес-ких и геоморфологических условиях ; выполнения ряда полустационарных и лабораторных активных и пассивных экспериментов, а также в процессе анализа фондовых материалов, почвенных, метеорологичес-
киг и статистических данных и литературных источников, исполненная с использованием компьютерных технических средств обширная статистическая обработка полученных данных подтверждает их достоверность.
Науч^'-- состоятельность работы подтверждается тем, что ее основные положения включены в состав наутдаых отчетег по ряду государственных тек, в том числе по темам, разрабатываемым в соответствии с 'научно-техническими программами ^йшиег^ ГКЙГ СССР.
О практическом значении научных положений и методических основ свидетельствуют результаты многочисленных тозяоговорны* работ со следующими организациями: министерство сельского хозяйства и продовольствия Украины, землеустроительные службы Харьковской, Днепропетровской, .^олынской, Донецкой областей, УкрЬЙИземпроект и его облетные филиалы, институт радиоэлектроники АН Украины, областные управления сельского хозяйства.
Разработанная автором методика использовалась областными филиалами УкрШИземпроект при составлении проектов внутрихозяйственного обустройства, областными управлениями сельского хозяйства при разработке систем земледелия области.
Основные научные результаты и методические положения работы были исполосованы при составлении прогноза эрозионной опасности на территории Европейской части бывшего СССР, а также при проведении шкатго-оеминарс. по проблемам опустынивания Земли, проводимой под эгидой аЛЕСКО. Околого-экономический эффект от внедрения основных положений диссертагии, который подтвержден соответствующими паспортами не внедрение, за последние 6 лет (19ЬЬ-1991гг.) составлял порядка 2-2,о млн.рублей в год.
Материалы диссертации могут быть использованы в учебных пособиях по почвоведению, земледелию и землеустройству.
Анробагия работы. Основные результаты исследований докладмва-
лись т различных совещаниях, семинарах, съездах и конференциях. л кш иа лсесоюзног совещании, посвященном 100-летию книги
¿.Докучаева "Русский *«рноэем" (Полтава, 19ЙЗ) ; Четвертой всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов по проблемам кукурузы (Днепропетровск,. 19д4) ; конференции "Повипение эффективности использования удобрений и плодородия почв в Украинской ССР" (Харьков, 1965) ; 2-й Республиканской научно-производственной конференции молодых ученых и специалистов (Харьков, 19йЬ) ; всесоюзном совещании "кикроморфология и плодородие почв" (ыосква, 1909) ; Координационных совещаниях по заданию ГККГ "Разработать и передать в Агропром СССР прогноз развития эрозионных процессов" (хороши л о вград, ; .¿осква, 198у,19У0) ; Республиканской научно-практической конференции по внедрению энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственны* культур при контурно-мелиоративной организаши территории (Лесная стенка, ГЭЬЬ) ; Республиканского семинара-совещания с начальниками отделов и инспекторами по охране и рациональному использованию земель областных комитетов по охране природы (Полтава, 19*39) ; Областных семинарах по внедрению контурно-мелиоративного земледелия (19аВ,19^9,1990, 1991) ; Научно-практической конференции "Экологические проблемы Донбасса и пути их решения" (Донеттс, ГД$9) ; ¿¿стрече сторонников и оппонентов бесплужного земледелия, проводимой ;.;урн?.лом "Земледелие" (Киев, 1990) ; всесоюзной научно-практической конференции "Почвозащитное земледелие с контурно-мелиоративной организацией территории в степной зоне" (Луганск, 1990) ; 3-м делегатском сьезде почвоведов и агрохимиков Украины (Львов, 1990) ; исесоюзноР научной конференции "Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика" (/иосква, 1991) ; 1Лколе-семинаре по проблемам опустынивания Земли {ЦЛ/бР), проводимой под эгидой ЮНЕСКО (Харьков, 1991) ; Бсесоюзном совещании "гшкроморфология и минералогия почв - экологии и сель-
скому хозяйству" (Москве, 199?). Автор на протяжении ряда лет является участником -$НХ Украины.
Структуре диссертации. Работа состоит из общей характеристики работы» Ь глав, заключения (290 стр.текста) и списка литературы (336 названий), содержит Ы табли» рисунков и графиков, 23 формул*;-]
Диссертация выполнена в институте почвоведения и агрохимии им. А.Н.Соколовского. По теме диссертации опубликовано свиие 50 научных работ, подготовлена к изданию монография.
Автор глубоко благодарен своему учителю, доктору биологических наук, профессору ¿.В.^аедведеву, многие идеи которого воплощены в настоящей работе, о проведении исследований, обработке материалов и обсуждении проблем на разных этапах принимали участие Коваленко А.П., Медведев «А.С., Бураков Б.И., Мояейко Г.А., Литвенко Л.Н., Байрак Н.В. и другие сотрудники лаборатории борьбы с эрозией почв и Донецкой противоэрозионной опытной станции.
.¡¿сем своим коллегам по работе автор выражает глубокую признательность за постоянное содействие и помови» в работе.
I -12-
Глава 1. СОСТС&ШИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРИРОДЫ И аАКОНО^ЕР1ГОГГВл ЭРОЗИИ, КАК ГЛАВНОГО ПРОЦЕССА, РАЗРУШАЩЕГО ПОЧШШЙ ПОКРОЙ И ЛАНПДИАСТЬ^ Ь црт (ПОСГАНОШ ПРОБЛЕМЫ) ^
■I
1.1. розия почв, как "тень" мирового земледелия в его истории
Эрозия почвы - это процесс, представляющий собой разрушение поверхностного ее слоя под действием ветра или воды. Ряд авторов предлагают разграничивать понятия водно** эрозии и дефляции (За-славски^М 1979,19*33; Кузнецов, 1961 ; швебс. 1ЭЫ
и др.). о докладе на X Международном конгрессе ¿.А.Ковда (1974) разграничивает понятия водная зрозия и дефяя1тия. Подобного разделения в терминологии будем придерживаться и мы. Оно имеет физи- ,<. ческий смысл. Под водной эрозией понимается совокупность процессов, которые обуславливают разрушение (снос) почвы, перемещение и отложение почвенных ингридиентов под действием энергии дождевых капель и (или) стекающей по склону земно?5 поверхности воды. ~1се эти три составных части водной эрозии (или просто эрозии) четко детерминируются. Термин дефляция (лат.
¿ф' но - выдувание,
рассеивание) имеет ввиду только выдувание мелкозема с пов
-
Булыгин, Сергей Юрьевич
-
доктора сельскохозяйственных наук
-
Харьков, 1992
-
ВАК 06.01.03
- Развитие методических основ проектирования эколого-ландшафтных элементов систем земледелия
- Почвенно-экологические принципы районирования территории для сельскохозяйственных целей
- Повышение экологической устойчивости агроландшафтов комплексными мелиорациями
- Совершенствование научно-методических основ формирования агроландшафтов в системах земледелия сельскохозяйственных предприятий Средне-Русской возвышенности
- Совершенствование почвозащитной технологии возделывания яровой пшеницы в склоновых агроландшафтах Саратовского Правобережья
