Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние уплотнения осушаемых минеральных почв на их водный режим

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Влияние уплотнения осушаемых минеральных почв на их водный режим"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИИСТ1ГУТ ГИДРОТЕХНИКИ И ' МЕЛИОРАЦИИ ии. л.Н. КОСТЯКОГЛ

РГ Б ОД

На правах рукопис;

2 4 ДПР 1505

ВОРОЖЦОВА Елена Леонидовна

ВЛИЯНИЕ УПЛОТНЕНИЯ ОСУШАЕМЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ПОЧВ НА ИХ ВОДНЫЙ РЕЖИМ.

Специальность 06.01.02 - мелиорация и ороиаемое

земледелие

АБГОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой стэпеки кандидата технических наук

Мооква-1еС5

Работа рыполнена в отделе Природно-мелиоративных исследований Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костлкзва

Научный руководитель ■ ' - кандидат технических наук

Б.В.Ведерников

Официальные оппоненты' - доктор технических наук ,• Д. Л. Манукьян

' ' - кандидат технических наук

Б.Ф.Никитенкоа

Ведущая организация - Почвенный институт им. В.В.ДокучаеЕ . . рлган

!

♦

Защита состоится "' " М0-Я 1995г.

в 10 часов на заседании диссертационного совета по присуждению ученой., степени кандидата технических каук К 099.05.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им.А.Н.Костякова по адресу : 127550, Москва, ул. Б.Академическая, 4.4, ВНШГиМ.

1

С диссертацией можно' ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ.

Автореферат разослан "/3 " 1995г.

Ученый секретарь ■.••■.'•. Специализированного Совета,, ' кандидат технических наук

; . . • . . И.В.Глгзу::?за

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одной из основных задач современного сельскохозяйственного производства является устранение факторов, снижающих плодородие почв. К составу таких факторов относится уплотнение почв ходовыми системами тяжелой сельскохозяйственной техники. В последние годы проблема техногенного уплотнения почв стала одним из реальных препятствий дальнейшего увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Как показывают исследования, решение задачи снижения уплотняющего воздействия движителей сельскохозяйственной техники на почвы должно идти в направлении создания комплекса, агромелиоративных и гидромелиоративных мероприятий, позволяющих обосновать техногенную нагрузку с учетом водного режима почв. Цля разработки указанного комплекса мероприятий необходимо количественно оценить влияние техногенного уплотнения на различные типы почв и определить взаимосвязь между степенью их уплотнения и саморазуплотнения во времени. ■

При оценке влияния техногенной нагрузки на почву наиболее актуальным является вопрос прогнозирования водного режима почв з учетом их деформирования. Существующие модели влагопереноса з деформируемых средах не позволяют достоверно определить взаимосвязь между внешней статической нагрузкой и изменением физических свойств почвы в процессе уплотнения.под влиянием двигателей сельскохозяйственной техники. Поэтому задача разработ-<и модели, позволяющей прогнозировать динамику влажности почв 1ри различной техногенной нагрузке и обосновывать комплекс аг-эомелиоратиных и гидромелиоративных мероприятий, направленных 1& снижение техногенного уплотнения, является актуальной.

Цель и задачи исследований

Цель диссертационной работы заключается в прогнозировании зинамики влажностно-деформационных процессов_ осушаемых мине-зальных почв при их уплотнении сельскохозяйственной техникой 1а основе выполнения имитационных модельных экспериментов.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решается следующие задачи :

- 4 - '

- анализ путешествующих моделей влагопереноса и разработка имитационной математической модели влагопереноса в деформируемой среде;

- анализ, систематизация и аппроксимация экспериментальных данных, необходимых для построения зависимостей водно-физических и физико-механических характеристик почв от техногенных нагрузок для исследуемых почв;

разработка программного комплекса для прогнозирования влияния процессов уплотнения- разуплотнения почв на их водный •режим;

- оценка адекватности представленной модели; выполнение имитационных модельных экспериментов для определения основных закономерностей техногенного уплотнения почв при различных режимах влажности.

Методика исследований

Теоретической базой исследований являлся метод математического -моделирования водного режима деформируемых ерзд.

Адаптация модели выполнялась на основе экспериментальных данных, характеризующих физические свойства серых лесных почв Ступинского района Московской области (опытный участок Кочка-ревс). Экспериментальные исследования на опытном участке проводились группой ученых Почвенного института им. В.В.Докучаева и Всероссийского института механизации.

Научная новизна

Научная новизна исследований состоит в разработке имитационной математической модели для расчета водного режима почв в процессе их "уплотнения - разуплотнения", впервые учитывающей влияние 1, природной и техногенной нагрузки на физические свойства, почвы и позволяющей прогнозировать динамику влажност-но-деформационных процессов для конкретных технологических карт ■ возделывания сельскохозяйственных культур и используемых севооборотов с целью выбора мероприятий по снижению техногенных воздействий на почву.

/В процессе исследований были получены следующие результаты, .которые содержат научную новизну и заносятся на защиту :

; Имитационная математическая модиль влагопереноса, позволяющая прогнозировать режим влажности почв и динамику про-

[есса их уплотнения - разуплотнения при различных нагрузках.

- Эмпирические зависимости водно-физических и физико-ме-:анических характеристик серых лесных почв от различных режи-:ов. нагрузки, используемые для информационной обеспеченности митационной модели. .

- Обоснование комплекса агромелиоративных и гидромелио-ативных мероприятий, направленных на снижение техногенной агрузки от сельскохозяйственной техники.

Практическая значимость результатов исследований

Результаты исследований могут быть использованы для протезирования динамики влажностно-деформационного состояния почв выбора агромелиоративных и гидромелиоративных мероприятий,, ключая режимы орошения, осушения и способы дренирования почв.

Представленная математическая модель была использована ри расчете водного режима серых лесных среднесуглинистых почв тупинского района Московской области.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и Осуждались на научно - технических конференциях МГМИ (1993, 994 гг.). на секции отдела Природно - мелиоративных исследо-аний ВНИИГиМ. По теме диссертации опубликовано 3 статьи. ■

Объем и структура работы

Объем диссертации составляет 163 стр., включая введение, этыре главы, основные выеоды, 24 рисунка, 24 .таблицы и 6 при-эжений. Список использованной литературы содержит 126 наиме-эваний.

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н.' В.В.' Ведер-лкову за научное руководство, теоретическую и методическую эмощь при работе над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Анализ существующих исследований по проблеме влияния- уплотнения на водный режим почв

Современные интенсивные технологии возделывания сельско-

. хозяйственных культур включают многократные проходи по поверхности почвы тракторов, сеялок, комбайнов, автомашин, почвообрабатывающих машин и другой транспортно- технологической тех-■ники. Подобные технологии разрушают почвенную структуру, уплотняют почву, снижают пористость, водо- и воздухопроницаемость, что приводит к снижению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.

• Проблема уплотнения почв сельскохозяйственной техникой становится все более острой и актуальной. Эта проблема вызыва-. ет серьезную тревогу у специалистов и ученых во всем мире, поэтому в последние годы значительное внимание уделяется вопросам расширения и углубления исследований по изучению влияния ходовых систем сельскохозяйственной техники на изменение водного режима псчв, урожайности основных сельскохозяйственных культур путем моделирования влажностно-дефйрыационных процессов; создания моделей, которые позволят не только прогнозиро-, вать водный режим почв, но и определять динамику их уплотнения под действием различных нагрузок.

' Проблеме уплотнения почв движителями сельскохозяйственной ■ техники посвящены работы А.Г.Бондарева (1990), П.М.Сапожникова ' (1994), А.Д.Воронина (1987), П.Н.Березина (1990), В.И.Кравченко (1986), В.А.Ковды (1988), И.И.Водяника (1990). А.И.Голова-ноза и А.Н.Кабанова (1986), В.В.Медведева (1990),'В. А. Русанова (1988), Б. С.Нершна и А. В. Судакова (1988) и других видных ученых и специалистов.

Ученые ведущих институтов нашей страны (Почвенного института им. В. В. Докучаева, ВИМ. ТСХА, АФИ, МГШ) проводят исследования по изучению влияния движителей ходовых систем различных' марок тракторов на изменение плотности, общей пористости и урожайности ;е ¡ьскохозяйственных культур.

'Исследования проблемы уплотнения почв с учетом их основных водно-физических и физико-механических свойств и оценка уровня воздействия современной сельскохозяйственной техники при.интенсивных системах земледелия показывают, что техногенному . уплотнению подвержены практически все почвы, хотя и в' разной степени. Уплотнение, как правило, возрастает на тяжелых увлажненных почвах при использовании млщ'ых колесных тракторов типа- Т-150К.' К-701. При этом наибольший фактор риска переуплотнения почв существует для почв суглинистого и 'глинистого

гранулометрического состава при воздействии на них техники в условиях, когда влажность почв больше 0.65 - 0.70НВ. Площадь таких почв на пашне в нашей стране составляет более 170 млн.га {А.Г.Бондарев,1990).

Отметим, что проблема снижения переуплотнения почв рабочими органами почвообрабатывающих машин относится, кроме того, к числу экологических проблем.

2. Имитационная математическая модель влагопереноса с учетом техногенного уплотнения и методы ее численной реализации

Одной из основных задач прогноза водного режима почв является количественное описание процессов передвижения влаги в точве с учетом изменения их пористости и структуры.

К настоящему времени выполнено большое количество экспериментальных и теоретических исследований движения почвенной злаги. Значительный вклад в решение этого вопроса внесли труды отечественных и зарубежных ученых С.Ф.Аверьянова, А.И.Буда-"овского , А.Ф.Лебедева, C.B.Нерпина, Дж. Филипа, М. Адлера. (. Терцаги и др.

Многофакторность процесса изменения структуры почвы под действием природных и техногенных нагрузо'к значительно затруд-. шет построение адекватной математической модели прогноза вод-гого и деформационного режима почв. В литературе приводится 5ольшое количество экспериментального материала по изучению »лияния техногенных факторов на структуру почвы, изменение ее ¡лодородия и урожайности сельскохозяйственных культур. Предло-сены математические модели по расчету плотности, 'пористости и ;труктуры почв при ее уплотнении различного вида движителями.

Наиболее известными являются модели Б.С.Нерпина (1988), :.В.Балашова (1988), А.И.Брежнева (1984), А.В.Судакова (1986)', I.И.Голованова и А.Н.Кабанова (1986), В.В.Ведерникова и >.Ф. Никитенкова (1970), П.М.Сапожникова (1992).

Анализ существующих математических моделей приводит к вы-юду. что существует необходимость разработки модели, ' которая юзволит адекватно- и полно описать процессы влагопереноса в сформируемой почве, а акже учесть распределение возникающих' t ней напряжений под действием техногенных нагрузок.

Для описания процессов переноса влаги в почве в работе предлагается Математическая имитационная модель, которая основывается на теории двухфазной фильтрации (воды и воздуха) в пористой среде, закономерностях / уплотнения (разуплотнения) почв и распределения напряжений в' многофазной среде.

.Движение каждой из этих фильтрационных составляющих описывается обобщенном законом Дарси, но при этом в уравнение вводятся фазовые проницаемости, которые являются функциями насыщенности. Подробное.описание этого процесса изложено в работах Р. Коллинза (1964),-В.Н.Николаевского (1968), С.В.Нерпина (1970); П.Я.Полубариновой-Кочиной (1977) и др.

Основные математические подходы к разграничению общих напряжений в многофазной почвенной среде при действии техногенной нагрузки на .эффективные и капиллярные изложены в работах В.В.Ведерникова и В.Н.Николаевского (1978). J.Bear и М. J'. Corapciogly - (1984). Т. N. Naraslmhan и R. A.Witherspoon (1977). Основные дифферинциальные уравнения, определяющие зависимость нагрузки.от физических свойств почв были предложены В. В. Ведерниковым (1990).

Имитационная -математическая модель имеет вид:

¿?м . д

¿?Рк~] д ~ К2(S) ----- + —- (K1(S) +

?Х ¿?Х

(K1(S) +

+ - K2(S))

д

----- -----[K1(S) Rig] ..... (!)

а ~

--- K2(s) -----дг pi

(2)

АО S + Рк

д Рк 91

(3)

- 9 -

Рк - Г(М,Б) - Р2 - Р1

М)

К1, К2 = Г(М. Б)

(5)

С = Г(Х)

(6)

М = Е(С)

(7)

С= С - БРк

(8)

пде М - пористость; Б - насыщенность. Э = Ш / М; Ш - влажнеть; Н1,К2 - коэффициент влаго- и воздухопроводности; Р1 -давление в воде; Р2 - давление в почвенном воздухе; Рк - капиллярное давление; Ао - коэффициент относительной сжимаемости ючвы; С- эффективное напряжение; й - общее напряжение; Ск = 3 Рк - капиллярное напряжение; г - временная координата; X -пространственная координата.

Имитационная математическая модель состоит из дифферинци-ального уравнения (1), необходимого для определения межфазного капиллярного давления Рк. Дифференциальное уравнение (2) служит для определения давления воздуха Р2. Связь двух фаз воды и зоздуха определяется капиллярным давлением Рк и его функциональной зависимостью от насыщенности Б по уравнению (4). Уравнение (3) позволяет учесть влияние техногенной нагрузки в процессе деформации почвы.

■ Зависимости (5) - (8) определяют величину эффективного напряжения С. возникающего в почве под действием сжимающей нагрузки, а также основные водно - физические и физико - механические параметры : зависимость коэффициентов влаго- и воздухопроводности К1 и К2 от величины общей пористости и насыщенности; зависимости общей пористости М от величины эффективного напряжения С и эпюры распределения общего напряжения по глубине слоя почвы X.

Полученная система уравнений (1) - (8) является замкнутой при известных значениях функций (5) - (8), определяемых экспе-риментальног для любого типа почв.

Принципиальное отличие предлагаемой модели от существующих моделей состоит в комплексном учете процессов, происходящих в почве - движение почвенного воздуха, изменение физи-

. .. - 10 -

ческих- параметров почвы (пористости, коэффициентов влаго- и воздухопроводное™, "капиллярного давления, насыщенности и влажности) в. зависимости от действующих напряжений в почвенном слое и деформации почвы, а также от эффективных напряжений.

Для реализации полученной системы необходимы следующие начальные и граничные условия для функций Б(Х) и Р2(Х), которые в. общем виде записываются в следующей форме :

• . ; ^5о(Х)

Ао Бо(Х) . + Во КИБо) ———— = ио(Х) ......... (9)

'V ' ' ¿7Х . . ■ У."' " ¿?Р2о(Х) Со Р2о(Х)' + Бо К2(Б6)■------- = го(-Х) ......... (10)

• ■.;•.■■"'.'. ■■■:... - дх

: Граничные условия на верхней и нижней границах, рассматриваемой области имеют вид:

¿?з(Х1.«

• А1 Б(и+ В1- К1 (Б) —----- = иокг) ......... (11)

• •."• - 9Р2(Х1, и

С1 Р2{г) +.Ю1 К2(Б) ---------= гт) ......... (12)

д!

где Ао,' А1, Во1, 'В1.. Со, С1, Бо, Б1, ио. Ъо - постоянные коэффициенты; ■ определяющие, вид начальных и граничных условий ; ШЦ) ;, 7А(1).- заданные функции; 1 = 1, X = 0; 1 = 2, X = Ь.

При численной реализации Модели давление воздушной фазы на. верхней и нижней границах области принималось постоянным, равным атмосферному.

Решения системы уравнений (1) - (2) выполняется числшлым конечно - разностным методом' по разностной схеме Лакса (А. А.'Самарский, 1977). .

Система дифферинциальных уравнений (1) - (2) в разностном виде имеет вид ;■'•.. ■. . ' 2

' ".■/.:.•■ Л X

;-А^-1/2 РК.0-1 + АД+1/2 + АД-1/2 + DJ ---- Рк/3 -

•■'..-" ' А г.

М+1/2Рк.з+1 =.ад. ........... (13)

Рк.3(0) Д X

03 = ------------ Щ + [ВЗ+1/2 Р1.3+1 - (ВЗ+1/2 +

Л I

+ ВЗ-1/2) Р1.3 + ВЗ-1/2 Р1.3-1] - (№18 Х)/2) [СЗ+1 -

- СЗ-11 ........................(14)

- АЗ-1/2 Р2,3~1 + (АЗ+1/2 + АЗ-1/2) Р2. 3 -

- АЗ+1/2 Р2.3+1 = ТЗ ......................(15)

и «4Х /АХ, [-М.3(1) (3,3(1) - 3,3(0) +

+ (М. Д(1) - М,3(0)) (1 - 3,3(1))] ......................(16)

де АЗ = К2 (Э)3 ......................(17)

АЗ+1/2 = 1/2 (АЗ+1 - АЗ) ......................(18)

АЗ-1/2 = 1/2 (АЗ - АЗ-1) ......................(19)

СЗ = К1(3)3 ......................(20)

ВЗ = (ККЭ) + К2(Б))3 ......................(21)

ВЗ+1/2 = 1/2 (ВЗ+1 - ВЗ) ......................(22)

ВЗ-1/2 = 1/2 (ВЗ - ВЗ-1) ......................(23)

03 = (д^ / <?Рк)3 ...........' (24)

Уравнения (13 - 14), (15 - 16), записанные в форме раз-остной аппроксимации соответствуют исходным уравнениям (1) и 2).

Индекс 3 означает, что величина функции берется в точке X ХЗ. (3=2.п). а индекс "1" или "О" функций Рк , Б и М означат, что рассматриваемая величина всегда рассчитывается соот-етственно на текущем или предыдущем слое.

Применение разностной схемы Лакса при численной аппрокси-ации дифферинциальных уравнений дает -достаточно широкую воз-ожность для имитации различных режимов влажности почвы, свя-анных с приложением нагрузки и изменением граничных условий в роцессе ее приложения. Отсюда возникает возможность прогнозирования как самых неблагоприятных природных и техногенных словий. так и выяснения обстоятельств, при которых техноген-ые условия не Указывают существенного влияния при выбранном одном режиме.

- 12 -

Для решения, системы разностных' уравнений (13) - (.14) и (15) - .(16), при определения значений функций межфазного капиллярного давления и давления воздуха, используется метод математической прогонки, который является устойчивым при выборе любого шага по времени.

Весь цикл решения поставленной задачи с помощью разработанной имитационной модели реализуется через алгоритм расчета, представленный на рисунке 1.

Схема расчета следующая :

- Рассчитывается шаг по координате 4 X = Ь / N. где N -число участков; шаг по временной координате выбирается исходя из выполнения условия сходимости :

мах

| Рк(1) - Рк(1-1)| < Е ' ............ (25)

где 1 - 1... К - -число итераций, Е - погрешность расчета.

- Из • уравнения (1) ; на текущем слое X определяется Рк, приче)* все коэффициенты,, а также Р1 'принимаются с предыдущего слоя.:

¡~ Из уравнения 2) определяется Р2 по коэффициентам текущего слоя и определяются" значения Р1 на текущем слое по рассчитанному значению Рк..

р По ' известному значению кап\л.).ярного давления Рк и. соответственно, насыщенности Б, определяется величина эффективного напряжения,. величина пористости и рассчитывается величина деформации слоя по'известной из механики грунтов (Н.А.Цы-тович| 1969) формуле :

] 4 Н = Л X ........................ (26)

. 1 - м..(3)

где ^ - шаг по временной координате.

!з итоге всех вычислений определяем новую мощность слоя почвы ': '.■■.. ■.-'■'■

. | . Ьнов = Ьисх ± 'Н ............. (27)

При.переходе на новый временной шаг расчетная мощность слоя вновь разбивается .на равное число участков N.

Ввод начальных значений влажности, мощности слоя, числа участков по коорди-те. числа временных периодов и их продолжительность, вида нагрузки и вида граничных условий по временным периодам, основных водно -физических и физико - механических параметров

Проверка сходимости значений давления Рк по итерациям ( Есть сходимость? )

нет

Да

Расчет новой мощности слоя и нового шага по координате

Расчет давления воздуха Р2 методом прогонки и давления воды (Р1=Р2-Рк)

Расчет шага по координате и шага по времени

t ♦

Расчет капиллярного давления Рк методом прогонки

Наращивание р достижения капиллярного ггераций для сходимости явления Рк

т

ПЕЧАТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ :

номер временного периода и его продолжительность; исходная мощность слоя ; новая мощность слоя ; изменение мощности слоя; модуль осадки ; капиллярное давление ; давление воды ; давление воздуха ; влажность ; насыщенность ; пористость ; коэффициент влаго- и воздухопроводности ; коэффициент фильтрации; общая нагрузка ; природная нагрузка ; • сжимающая нагрузка ; капиллярная нагрузка ; эффективная нагрузка ; дренажный отток

Наращивание продолжительности временного периода

Проверка достижения максимального числа временных периодов (Есть достижение?);

>

нет , 1 да .

Переход на новый временной период

* ■

Рис. 1 Алгоритм расчета процессов влагопереноса в почве с учетом влияния уплотнения на ее водный режим

- 14 -

Вычисл! в значения функций насыщенности Б и пористости М, легко определить распределение объемной влажности почвы V для любой рассматриваемой мощности слоя и в любой интересующий нас момент времени.

При прогнозе водного режима почв по предложенной схеме расчета необходимо задать начальные значения влажности, исходную мощность слоя, число участков по координате, число временных периодов и их продолжительность, виц нагрузки и вид граничных условий по временным периодам, а также основные водно -физические и физико-механические параметры, характеризующие свойства и тип почвы:

3. Исследование процессов уплотнения-разуплотнения серых лесных почв

В соответствии с методикой исследований, в основе которой, лежит анализ, систематизация и аппроксимация экспериментальных данных и апробация.предложенной математической модели влагопе-реноса с учетом влияния техногенного уплотнения, в качестве исследуемых осушаемых минеральных почв были взяты серые лесные среднесуглинистые почвы.

На основании обработки экспериментальных данных n.M.Са-пожникова (1994), В.А.Русанова (1988) и П.Н.Джура (1388) для серых лесных почв разработаны и реализованы следующие эмпирические' зависимости : ..

2

S - 0.5

PK = 39,80 - 10,14 при S < 0,62

Рк .= 22.05 - 3,14 . при • S У/ 0, 62 • •М

24,78

S - 0,5 0,05

S - 0,652 0,05

+ 1,75

0,05

(28)

Кф =

.5,65

(29)

(30)

К1 (Б) = Кф Б

-3 3

. К2 (Б) = Кф 10 (1 * Б) (1 - Б)

-4,82

СО =* 137,0 (X + 1) в - 1,95 X + во

С - 100 50

Е(3) - Е(М)

М = 0,1 2.52 - 1,06

(31)

(32)

(33)

(34)

+ 0,1

С - 100 50

.... (35)

1

ао

1 + Ео С (Л) - Си-!)

(36)

где Рк - капиллярное давление; Б - насыщенность; Кф - коэффициент фильтрации; К1, К2 - соответственно коэффициенты влаго-и воздухопроводности; М - пористость; Со - снимающее напряжение; С - общее напряжение; С - эффективное напряжение; X г мощность слоя; Ао - коэффициент относительной сжимаемости; Ео-начальное значение коэффициента пористости; Е - коэффициент пористости. Для серых лесных почв в соответствии с экспериментальными исследованиями коэффициент относительной сжимаемости составляет 0,0031 ,кПА.

4. Прогнозирование водного режима серых лесных почв с учетом техногенного уплотнения

Прогноз водного режима с использованием методов математического моделирования выполнялся для серых лесных среднесугли-нистых почв Ступинского района Московской области (участок Кочкарево) с учетом и без учета влияния техшэгенной нагрузки.'

По представленной математической модели бкло проведено исследование влияния техногенной нагрузки при прохождении ко-' лесного трактора марки Т-150К (максимальное контактное давление 190кПА) на водный режим серых лесных по-чв за период с мая

по октябрь месяц ( предпосевной, вегетационный и послеуборочный периоды). В расчетах принимались значения усредненной нагрузки, равномерно распределенной в течение каждого расчетного временного периода при средней стандартной скорости движения колесного трактора марки Т-150К. Величина нагрузки принималась в соответствии с существующими агромелиоративными мероприятиями. ' входящими в основу технологических, карт по возделыванию сельскохозяйственных культур.

На основании имитационных расчетов были построены следующие графические зависимости:

- зависимость капиллярного давления от насыщенности;

- зависимость модуля осадки от мощности слоя почвы при действии техногенной нагрузки;

- динамика режима уплотнения - разуплотнения почвы с учетом техногенной нагрузки, а также с учетом'и бэз учета оттока воды в дренаж;

- зависимость коэффициента уплотнения от нагрузки при фиксированной величине влажности и от влажности при фиксированной величине нагрузки.

Расчеты водного режима серых лесных почв показали, что уплотнение почвенной структуры резко возрастает при увеличении числа'"пагружсний" почвы и при сильном ее увлажнении. Избыточно увлаженные недренированныэ почвы более нее подвержены тех-ногенно.у уплотнению, чем дренированные. Расчеты подтвердили существ! иное влияние техногенной нагрузки на уменьшение влажности . V пористости при прохождении колесного трактора марки Т-150К (максимальное контактное давление '190 кПА). Значительное измег.экие влажности и пористости происходит при действии непрерывнее нг.грузки с мая по октябрь месяц при существующем гидро - ме.'.чорауивном режиме. Особенно существенно это влияние проявляете:, з пахотном слое почвы (0.00 - 0.30 м). Прогноз динамики •распределения влажности по временным периодам для серых лесных почв учетом и без учета действия нагрузки при прохождении калесни о трактора марки Т-150К (максимальное контактное давление 190кЛ ) представлен' на рисунке 2.

Полученн г прогноз водного режима серых лесных почв с учетом их тех1 тенного уплотнения можт.т являться основой для принятия решенш ю регулированию плодородия почв и использоваться в. расчета;, урожайности сельскохозяйственных культур.

Рис. 2 Динамика распределения влажности по временным периодам : 1 - без учета действия нагрузки ; 2-е учетом действия нагрузки (май - октябрь)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

. ; '1. Для прогноза динамики водного режима техногенно уплотняемых- почв рекомендуется использовать предложенную имитационную математическую модель влагопереноса в деформируемых средах'. -

.-2. Систематизация и анализ экспериментальных данных, характеризующих водно-физические и физико-механические свойства серых лесных почв, позволили получить серию эмпирических зависимостей для информационного обеспечения имитационного моделирования процессов "уплотнения-разуплотнения" почв при различных техногенных нагрузках.-

3. На основании проведенных имитационных ;¡сдельных экспериментов была определена динамика влажности и режим "уплотне-ния-разуплогненчя" почвы в предпосевной, вегетационный и . послеуборочный периоды с учетом агромелиоративных и гидромелиоративных мероприятий при различных режимах нагрузки. .

• 4. Установлено, что при уплотнении серых лесных почв тяжелыми колесными тракторами Т-150К и К-701 происходит увеличение. плотности почвы, изменяется ее структура, уменьшается пористость, сокращается . количество доступной растениями влаги, что- приводит к значительному снижению'- плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур (до 50%).

5. Выявлено влияние дренажа на процесс "уплотнения-разуплотнения" серых лесных почв. Результаты прогноза показали, что недренирсванная почва более чувствительна к уплотнению, чем дренированная.

6. Полученные прогнозные данные дают возможность обосновывать комплекс arpo- и гидромелиоративных, а также технических и организационно-технологических мероприятий, направленных на снижение влияния техногенного уплотнения движителями сельскохозяйственной техники.

7. Дальнейшие исследования процессов влагопереноса в деформируемых средах должны быть направлены на детальное экспериментальное изучение водно-физических, физико-механических и реологических характеристик различных тлглв почв с целью получения статистической информации для имитационного моделирования и прогнозирования их водного режима.

Публикации автора по теме диссертации

1. Математическая модель влаг'опереноса с учетом влияния техногенного уплотнения на почву.- Труды ВНИИГиМ.- Т. 88. 1995,- с. 79 - 85.

> 2. Разработка методики прогнозирования водно - воздушного, солевого и пищевого режимов мелиорируемых почв.- Раздел 2.- Исходные требования к моделям прогнозирования водного режима почв с учетом их техногенного уплотнения.- М., 1994,- с. 18 25, (в соавторстве),

3, Учет влияния техногенного уплотнения почв при моделировании их водно воздушного режима.- Доклады РАСХН. 1995. (в печати, в соавторстве).

1одпис;шо в печать ПМ.35" ■ Тираж 100 экз.

•бъсм/(4 уч.изд.л. Заказ N33 . Формат 60x84 1/16

Ротапринт Московского государственного • агропнжеифиого университета имени В.П.Горячк.чна 127550, Москва Тимирязевская, 58