WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Янюк

Вячеслав Михайлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ агроэкологической оценки

и мониторинга мелиоративного состояния

ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ сухостепной зоны ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.02 – Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Саратов 2007

Диссертационная работа выполнена в ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» и ГНУ «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации»

Научный консультант:                доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Синицына Надежда Егоровна

Официальные оппоненты:        член корреспондент РАСХН, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор

Бородычёв Виктор Владимирович

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор  Денисов Евгений Петрович

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор         Кузин Евгений Николаевич

Ведущее учреждение:  ГНУ                Всероссийский НИИ орошаемого земледелия (ГНУ ВНИИОЗ)

Защита состоится « 2 » ноября 2007 г. в10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220. 061. 05 при Федеральном государственном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу:

410012 , г. Саратов, Театральная пл., д. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский  ГАУ »

Автореферат разослан «____»_________ 2007 года

Ученый секретарь

диссертационного совета                                Н.А. Пронько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Объективная необходимость решения комплекса социально-экономических и народно-хозяйственных задач обусловила широкое развитие мелиоративного комплекса в Поволжье. Изменения экономических условий в стране привели к негативным процессам в сельском хозяйстве и особенно в мелиоративно-водохозяйственном комплексе. Это проявляется в резком снижении общей площади орошаемых земель, и в их продуктивности. Практически все орошаемые участки и системы построены в 70-х начале 80-х годов и требуют проведения ремонтно-восстановительных работ, а около 40% - реконструкции. Учитывая современное экономическое состояние сельскохозяйственных предприятий, решение этого вопроса не возможно без самого активного участия государства. Вместе с тем, в настоящее время не разработана научно-методическая база, обеспечивающая приоритетность реализации технически и экологически более совершенных проектных решений. Эффективность использования в сельскохозяйственном производстве дополнительного ресурса влаги определяется как оптимальностью его соотношения с другими видами необходимых для производства ресурсов (тепловых, почвенных, материально-технических, финансовых, трудовых), так и сохранением экологической устойчивости агроландшафтов. Для оптимизации выбора объектов и видов мелиоративного воздействия необходима разработка интегральных показателей уровня технического состояния гидромелиоративных систем и моделей, адекватно отражающих прирост агропроизводительной способности почв и экологические издержки при орошении. Основным показателем услуг мелиоративно-водохозяйственного комплекса становится прирост или восстановление плодородия почв сельскохозяйственных угодий, улучшение экологического состояния территории, сокращение затрат всех видов ресурсов на создание единицы полезной продукции.

Переход мелиоративно-водохозяйственного комплекса на экономические методы управления и реализация механизма устойчивого развития предполагает совершенствование системы природно-мелиоративного мониторинга. Её формирование должно вестись на качественно новых принципах, учитывающих специфику, как природных составляющих регионов, так и весь комплекс антропогенных нагрузок, связанных с мелиоративной и сельскохозяйственной деятельностью, рассматриваемых в виде единой системы.

Низкий уровень использования агроресурсного потенциала орошаемых земель в стране и регионе, продолжающееся масштабное снижение плодородия почв, убедительно свидетельствуют о необходимости совершенствования системы управления в этой сфере. Решение этой задачи в современных экономических условиях на основе системного подхода к реализации принципов эффективного использования и охраны плодородия почв представляет собой актуальную научно-методическую проблему, а успешное её решение имеет большое практическое значение. Её основополагающим моментом является повышение достоверности информации о параметрах состояния мелиорированных агроландшафтов и уровня адекватности знаний о происходящих в них процессах, а также включение их (информации и знаний) в систему управления земельными ресурсами, проектирования и эксплуатации орошаемых земель.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось совершенствование агроэкологической оценки орошаемых земель и оптимизации информационного обеспечения при формировании системы мониторинга, как инструментов повышения эффективности управления и охраны плодородия почв.

Для реализации указанной цели решались следующие основные задачи:

Разработка и экспериментальное обоснование метода математического моделирования водного режима почв и водопотребления культур, учитывающего вероятностный характер процессов.

Изучение влияния орошения и способов управления пищевым режимом на баланс гумуса и агрофизические свойства темно-каштановых почв для обоснования затрат на воспроизводство плодородия почв.

Изучение и количественное описание процессов формирования баланса грунтовых вод и водно-солевого режима орошаемых почв.

Изучение пространственной и временной изменчивости показателей мелиоративного состояния орошаемых земель.

Разработка шкалы диагностики вторичного засоления и переувлажнения орошаемых почв Поволжья по показателям глубины залегания и минерализации грунтовых вод.

Разработка модели потребительской стоимости информации о плодородии почв сельскохозяйственных угодий при формировании земельно-информационных систем.

Научная новизна работы заключается в обосновании ресурсного подхода к агроэкологической оценке земель, как способа приведения сложного сочетания природных и хозяйственных факторов, качества информационных активов о них в интегральные и сопоставимые показатели эффективности использования и охраны плодородия почв:

- агропроизводительной способности почв (АПСП), как показателя ресурсообеспеченной урожайности;

- затрат на регулирование баланса органического вещества и элементов минерального питания, обеспечивающих заданный уровень реализации АПСП;

- затрат на информационное обеспечение управления и, зависящие от них, риски потерь АПСП и ущерба эколого-ресурсному потенциалу земель.

В работе впервые разработаны или получили дальнейшее развитие:

1. Модель формирования эффективного ресурса влаги на орошаемых землях, в которой детерминированное описание водного режима почв и водопотребления культур учитывает вероятностный характер формирования дефицита водопотребления, режима водоподачи и усвоения почвой дополнительного ресурса влаги.

2. Аналитическое решения и экспериментальное подтверждение балансовой модели запасов гумуса, обеспечивающей прогнозную оценку их изменения и параметры затрат на воспроизводство плодородия почв в зависимости от условий сельскохозяйственного использования (набор культур и их продуктивность).

3. Метод описания вертикального влагообмена и равновесного солевого баланса, устанавливающий в явном виде взаимосвязь параметров солевого режима почв с комплексом неуправляемых природных и управляемых хозяйственных факторов.

4. Метод диагностики засоления и переувлажнения почв, оценки мелиоративного состояния орошаемых земель Поволжья по комплексу режимообразующих факторов.

5. Метод оценки потребительской стоимости (общественно-необходимых затрат) информации о качественных характеристиках сельскохозяйственных угодий, как ресурса управленческой деятельности.

Практическая значимость. Реализация предлагаемых подходов к агроэкологической оценке орошаемых земель даёт возможность учесть в интегральных показателях эффективности использования и охраны плодородия почв:

- системную сложность почв, как объекта управления;

- вероятностный характер параметров состояния почв и управляющих воздействий;

- параметры технических средств и технологий по управлению водным режимом;

- качество информации и знаний о параметрах состояния и процессах в агроландшафтах как ресурса управленческой деятельности.

Прикладное значение работы проявится в повышении эффективности решения следующих задач:

1. Модель формирования эффективного ресурса влаги является инструментарием для разработки нормативов агроэкологической оценки орошаемых земель, технических средств и технологий полива, без которых невозможна их экономическая оценка и обоснование инвестиций в мелиоративно-водохозяйственный комплекс.

2. Метод определения затрат на воспроизводство плодородия почв унифицирует расчёты и повышает адекватность учёта различий в уровне плодородия почв при экономической оценке сельскохозяйственных угодий.

3. Метод описания вертикального влагообмена и равновесного солевого баланса сводит к минимуму необходимость наиболее трудоёмких экспериментальных полевых наблюдений, обеспечивая решения задач по диагностике мелиоративного состояния орошаемых земель и оптимизации мелиоративного режима в сложных гидрогеологических условиях.

4. Внедрение разработанной шкалы оценки мелиоративного состояния повысит адекватность отражения в информации мониторинга орошаемых земель проявление процессов засоления и переувлажнения почв и даст возможность использовать её в экономической оценке земельных ресурсов.

5. Модель потребительской стоимости информации о показателях плодородия почв сельскохозяйственных угодий является инструментарием для обоснования требований к качеству информации и оптимизации затрат при формировании государственных систем кадастра и мониторинга земель.

На защиту выносится ресурсный метод агроэкологической оценки орошаемых земель и оптимизации её информационного обеспечения включающий:

1. Модель формирования эффективного ресурса влаги как инструментарий агроэкологической оценки орошаемых земель, технических средств и технологий управления водным режимом почв.

2. Метод учета затрат на воспроизводство плодородия почв в цене производства растениеводческой продукции для земельно-оценочных работ.

3. Метод описания вертикального влагообмена и равновесного солевого баланса для обоснования оптимальных параметров мелиоративного режима при близких грунтовых водах.

4. Метод диагностики вторичного засоления и переувлажнения орошаемых почв и оценочные шкалы по основным почвенно-геоморфологическим районам Поволжья.

5. Модель потребительской стоимости информации о качественных характеристиках сельскохозяйственных угодий при формировании земельно-информационных систем и параметры оптимальной детальности наблюдений за эколого-мелиоративным состоянием орошаемых земель Поволжья.

Реализация работ. Основные результаты и практические рекомендации были использованы при составлении: «Методических рекомендаций по оценке вторичного засоления орошаемых земель» (1987); «Временных рекомендаций по определению категорий мелиоративного состояния орошаемых земель среднего и нижнего Поволжья» (1987); «Методического руководства по методам контроля и критериям оценки мелиоративного состояния орошаемых земель Поволжья» (1991), используемых в системе гидрогеолого-мелиоративных партий региона; а также в разделах по мелиорации земель «Системы ведения агропромышленного производства Саратовской области» (1998).

Материалы диссертации использовались для разработки проектов строительства и реконструкции Старо-Полтавской оросительной системы в Волгоградской области, участков вертикального дренажа на Энгельсской оросительной системы, Бурдинской системы лиманного орошения, и ряда участков орошения в Краснопартизанском районе Саратовской области.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Втором форуме почвоведов России, Пущино, 1993; Всесоюзном совещании «Проблемы экологии, воспроизводства плодородия почв…», Херсон, 1990; Всеросийских научных и научно-практических конференциях: «Возрождение Волги», Саратов, 1998; «Агрогенная деградация почвенного покрова», Москва, 1998; «К 200-летию Российской АН», Саратов, 1999; «Повышению эффективности использования земель лиманного орошения», Саратов, 1999; «К 65-летию Энгельсской ОМС и 35-летию ГУ ВолжНИИГиМ», Энгельс, 2001; «Эволюция и деградация почвенного покрова», Ставрополь, 2002; «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства», Пенза, 2005; «Землеустроительное и кадастровое обеспечение…», Омск, 2005; Вавиловских чтениях, Саратов, 2005; ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2000-2007. Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 46 печатных работах.

Организация исследований. Исследования по теме диссертации проводились в период работы в Волжском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации (ВолжНИИГиМ) с1974 по 2000 гг., а также при обучении в докторантуре СГАУ им Н.И. Вавилова – 2004-2007 гг.. Работа содержит результаты исследований, выполненных лично автором по заданиям организаций Минводхоза СССР, Минсельхоза РФ, в рамках Федеральных и региональных программ развития мелиоративно-водохозяйственного комплекса и повышения плодородия почв. В работу включены также результаты производственного опыта, заложенного Федориной В.М. в 1982 г и выполнявшегося с 1991 по 1999 гг. под руководством автора. Диссертационная работа является завершением экспериментальных исследований и теоретических обобщений.

Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам лаборатории мелиорации почв и экологии: к. с.-х. н Федориной В.М., к.б.н. Галибину А.Н., к. с.-х. н. Романовой Л.Г., Майоровой В.В., Лимаревой Л.И., Кижаеву В.В, с которыми проводились экспериментальные исследования, а так же к.т.н. Фальковичу А.С., Доржиеву В.С., участвовавших в разработке и реализации программ на ЭВМ, Холуденёвой О.Ю. и Кривкину А.А. за помощь в оформлении диссертации.

Автор искренне признателен за ценные консультации, помощь и поддержку академику ВАСХНИЛ Егорову В.В., д. б. н. Козловскому Ф.И., д. с.-х. н. Синицыной Н.Е., д. с.-х. н. Решетову Г.Г., к. с.-х. н. Платоновой Т.К..

Личный вклад автора заключается в разработке программы и методики исследований, проведении экспериментальных наблюдений, интерпретации и обобщении данных, разработке и реализации предложенных концепций агроэкологической оценки орошаемых земель, потребительской стоимости информации при формировании земельно-информационных систем.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми разделов, заключения, списка литературы, приложений. Работа изложена на 430 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 70 таблиц, 15 приложений, список литературы включает 447 наименования, из них 13 на иностранном языке.

Содержание работы

1. Основные концептуальные положения решения поставленных задач

Методология исследований базировалась на общетеоретических положениях, изложенных в трудах А.А. Роде, В.А. Ковды, В.В. Егорова, Ф.И. Козловского, Б.А. Зимовца, И.И. Карманова, А.Д. Воронина, Е.И. Панковой, Е.А. Дмитриева, В.И. Кирюшина, Н.И. Парфёновой, Е.В. Шеина, С.И. Харченко, И.А. Кузника, И.П. Кружилина, Д.М. Каца, А.И. Голованова, Л.М. Рекса, E. Bresler. D.L. Carter и др., и предполагает системный подход в решении проблемы охраны плодородия орошаемых почв и эффективного использования водных ресурсов, основой которого является взаимосвязанность всех основных средств и методов управления воспроизводственными процессами в орошаемом земледелии.

В агроэкологической оценке орошаемых земель, представляющих композицию взаимодействующих и взаимообуславливающих компонент природных ландшафтов и инженерных сооружений, особую роль приобретает учёт параметров технического состояния гидромелиоративных систем и изменений гидрохимического режима территории. Здесь на первый план выходит тот блок агроэкологической оценки, который обеспечивает приведение сложного сочетания природных условий (климат, почвы, гидрогеология) и параметров технического состояния гидромелиоративных систем в интегральные и сопоставимые показатели эффективности управления плодородием почв, без которых невозможна объективная экономическая оценка мелиоративных воздействий. Методологической основой приведения является переход на ресурсный подход к определению показателей оценки:

- агропроизводительная способность почв, характеризующая качество почв сельскохозяйственных угодий для расчёта нормативов их продуктивности;

- условия воспроизводства плодородия почв и учёт, необходимых для этого затрат, в цене производства растениеводческой продукции;

- экологические издержки ирригационного освоения и сельскохозяйственного производства, трансформируемые в изменение интегральных показателей оценки качества земли и эколого-экономического ущерба.

В разрабатываемом ресурсном подходе к агроэкологической оценке агропроизводительная способность почв служит интегральным показателем уровня удовлетворения потребности культур в урожаеобразующих ресурсах. При объективно вероятностном характере их показателей, управляющие воздействия (нормы полива, дозы удобрений и мелиорантов, параметры гидромелиоративных систем) всегда сопряжены с риском отклонения от оптимальных значений. Недостаток интенсивности воздействия ведёт к потере урожая, а избыток к неэффективному расходованию ресурса (его потерям) и, связанным с ним, экологическим издержкам. Величина этих рисков непосредственно связана с качеством информационных активов (данных, информации и знаний), в свою очередь, зависящих от затрат на их получение. Таким образом, показатели качества информационных активов, наряду с объёмами используемых ресурсов и необходимыми для этого затратами, становятся показателями эколого-экономической эффективности управления плодородием почв. Методология потребительской стоимости (полезности) информационных активов, как ресурса управленческой деятельности базируется на формализованном описании:

- ширины интервала неопределённости целевого показателя управления, обусловленного в совокупности погрешностью модели объекта и параметров его состояния;

- величины ущерба и потерь в управляемой системе в зависимости от риска целевого показателя управления, оцениваемого по вероятности принятия неправильного управляющего воздействия.

Для реализации ресурсного подхода к агроэкологической оценке земель, учитывающей в своих показателях качество информационных активов, необходимо построение комплексной модели плодородия орошаемых почв, включающей взаимосвязанные и взаимодополняемые блоки: формирования эффективного ресурса влаги; формирования эффективного ресурса биогенных элементов (NPK); биопродукционных процессов роста растений и потребления ресурсов; агрофизического состояния почв; баланса органического вещества почв. Наличие вышеперечисленных блоков обеспечит адекватность модели благодаря учёту системной сложности почв, как объекта управления, вероятностной природы параметров его состояния и управляющих воздействий. Решить эту задачу на основе эмпирических зависимостей, сориентированных на традиционную схему полевого опыта, невозможно. Только для одного сочетания почвенно-климатических условий слишком многофакторным и длительным должен быть эксперимент.

Определяющим фактором плодородия орошаемых почв аридной зоны является и водно-солевой режим (ВСР). Именно с нарушением гидрохимического режима территории связаны основные экологические издержки орошения. Своевременная диагностика негативных процессов, разработка мероприятий по улучшению мелиоративного состояния орошаемых земель, рациональному использованию и охране от загрязнения водных ресурсов, создание методов комплексного регулирования ВСР, всё это требует всестороннего и системного изучения факторов, процессов и закономерностей формирования водного и солевого режимов почв и грунтов мелиорируемых массивов.

2. Состав, объекты и методы исследований

Основная часть экспериментальных исследований проводилась в сухостепной зоне Заволжья на темно-каштановых и каштановых почвах Волжских террассах и долин малых рек Заволжья: Иргиз, Караман, Еруслан. Здесь сосредоточено около 60% ирригационного фонда Поволжья. Это обусловлено минимальными затратами на подачу воды и рельефными условиями. Структура экспериментальных работ приводится в таблице 1.

Валуйский опытно-мелиоративный пункт ВолжНИИГиМ (ВОМП) находится в Старополтавском районе Волгоградской области и известен как крупный старейший (начиная с 1894 года) участок регулярного орошения в Поволжье. Он расположен на второй надпойменной террасе р. Еруслан в пределах Прикаспийской низменности. Почвенный покров представлен орошаемыми каштановыми остаточно-олуговелыми глинистыми почвами, подстилаемыми со 100-140 см хвалынскими шоколадными глинами. Грунтовые воды за последние 50 лет стабилизировались на отметках 0,5-4,0 м с годовой амплитудой колебания уровня 0,5-1,0 м. Их минерализация варьирует от 4 до 14-18 г/л. Основная часть орошаемого массива в разной степени засолена. Полив осуществлялся дождевальными машинами ДДА-100МА водой р. Еруслан.

ОПХ ВолжНИИГиМ находится на южной окраине г. Энгельса и входит в состав Энгельсской оросительной системы (1 очередь). Участок расположен на третьей (хазарской) надпойменной террасе р. Волги. Грунтовые воды залегают на глубине 18-20 м с минерализацией от 0,3 до 2-3 г/л. Зона аэрации сложена древнеаллювиальными отложениями хазарского яруса с чередованием слоёв суглинков, песков и супесей. Почвенный покров пространственно однородный и представлен темно-каштановыми среднемощными среднесуглинистыми незасоленными почвами. Полив волжской водой осуществлялся машинами ДДА-100МА. Орошение участка началось с 1948 года.

АО «Мелиоратор» Марксовского района входит в Приволжскую оросительную систему. Участок расположен на выходе раннехвалынской террасы р. М. Караман в долину р. Волги. Зона аэрации сложена древнеаллювиальными отложениями и представлена переслаивающимися суглинками, супесями и песками. Грунтовые воды до начала орошения (1970 г.) находились на глубине 15-20 м, а с конца 80-х годов стабилизировались на отметках 0,5-3,0 м.

1. Структура экспериментальных работ

Предмет исследований

Тип эксперимента

Продолжительность

Место проведения

Почвенно-геоморфологические условия

Процессы формирования водно-солевого режима орошаемых почв и баланса грунтовых вод

Лизиметрический опыт

1975-1980

ВОМП

Каштановые, терраса р. Еруслан

1983

ОПХ ВолжНИИГиМ

Темно-каштановые, Волжская терраса

Наблюдения на режимных площадках и полевые обследования

1977-1980

ВОМП

Каштановые, терраса р. Еруслан

1981-1984

С/х «Новый» и «Энгельсский»

Темно-каштановые, Волжская терраса

Верификация моделивертикального влагообмена и равновесного солевого баланса

Наблюдения на режимных площадках и полевые обследования

1977-1980

ВОМП

Каштановые, терраса р. Еруслан

1989

С/х«Комсомолец» и «Прииргизный»

Темно-каштановые, терраса р. Б. Иргиз

Процессы солеотдачи почв

Лабораторный опыт

1974-1977

ВолжНИИГиМ

Каштановые, терраса р. Еруслан

Пространственная изменчивость показателей мелиоративного состояния орошаемых земель

Площадное и траншейное опробование

1978-1980

ВОМП

Каштановые, терраса р. Еруслан

1981-1986

Совхоз «Новый»

Темно-каштановые,  Волжские террасы

Взаимосвязь показателей плодородия почв с параметрами переувлажнения

Наблюдения на стационарных площадках

1993-1998

АО «Мелиоратор»

Темно-каштановые, терраса р. М. Караман

Взаимосвязь показателей плодородия почв с условиями формирования пищевого режима и баланса гумуса

Производственный опыт

1982-1999

ОПХ ВолжНИИГиМ

Темно-каштановые,  Волжская терраса

В почвенном покрове преобладают темно-каштановые остаточно-олуговелые тяжелосуглинистые почвы. Полив осуществлялся ДМ «Фрегат». Характеристика некоторых свойств почв и грунтов базовых объектов исследований приводится в таблице 2.

Методика исследований. Лизиметрические исследования на ВОМП (1975-1980 гг.) включали определение статей водного и солевого баланса при постоянной глубине грунтовых вод 1,0 и 2,0 м в условиях черного пара, яровой пшеницы и люцерны

В опытах использовалось 6 лизиметров с УГВ 1 м и 18 – с УГВ – 2 м, заряженных монолитами почвогрунтов в металлические оболочки диаметром 100 см. Наблюдения велись в теплый период года (апрель-октябрь). При УГВ 1м применялись растворы с минерализацией 7,0-7,5 г/л, при УГВ 2,0 м - 10,5-11,0 г/л.

2. Характеристика свойств почв на объектах исследований

Глубина, см

Плотность, г/см3

Содержание СО2 карбонатов, %

Содержание гумуса, %

Сумма оснований, мг-экв на 100 г почвы

Натрий, % от суммы оснований

Содержание частиц, мм, %

Наименьшая влаго-емкость

Влажность завядания

<0,001

<0,01

% от объема почвы

Каштановые глинистые почвы ВОМП

0-37

1,20

3,84

2,72

21,5

1,0

41,7

74,5

37,1

17,6

37-58

1,39

4,48

2,03

20,8

4,8

47,5

78,5

37,2

20,4

58-85

1,45

6,80

1,07

24,6

15,1

47,7

75,8

34,1

23,3

85-120

1,50

6,00

-

23,9

23,5

48,4

73,9

36,3

24,1

120-160

1,50

5,14

-

22,5

28,9

52,8

78,3

38,3

-

160-200

1,50

4,27

-

18,2

26,3

56,6

79,6

40.5

-

Темно-каштановые среднесуглинистые почвы Энгельсской ОС

0-34

1,31

0,23

3,18

21,2

0,0

21,6

38,7

30,8

10,9

34-68

1,29

0,35

1,75

21,9

0,0

21,5

37,1

27,7

10,1

68-130

1,36

4,83

-

16,5

0,1

20,7

38,8

25,4

9,8

130-200

1,43

4,01

-

16,5

0,0

19,1

35,9

26,9

10,1

Темно-каштановые тяжелосуглинистые почвы АО Мелиоратор

0-25

1,28

0,19

4,13

31,2

0,3

32,7

52,1

32,1

14,9

25-50

1,31

0,30

3,02

29,2

0,2

28,8

50,2

30,7

14,8

50-75

1,37

2,64

1,60

24,4

0,2

29,0

47,1

31,0

14,4

75-100

1,40

5,12

0,90

22,3

0,2

31,2

50,3

29,3

12,3

Наблюдения за условиями формирования водно-солевого режима, УГВ и статьями водного баланса в полевых условиях велись на закрепленных режимных площадках (РП). На каждом объекте они характеризовали наиболее существенный спектр варьирования режимообразующих факторов - глубины и минерализации грунтовых вод. Размер площадок от 100 до 500 м2. Повторяемость определения засоленности почв, грунтов и грунтовых вод в каждый срок наблюдений в разные годы варьировала от 5 до 24-кратной.

Пространственное варьирование засоления в пределах элементарного почвенного ареала изучалось траншейным и площадным методами в соответствии с рекомендациями Ф.И. Козловского и А.А. Роде (1976, 1977). Траншеи закладывались на староорошаемом (50 лет) Тр-1 и целинном Тр-2 участках ВОМП с вертикальным шагом опробования 10 и 25 см, горизонтальным 25 и 33 см, соответственно. В каждой траншее отбирались по 80 колонок шириной 5-6 см. При площадном опробовании на площадках размером 24х24 м (5шт на ВОМП и одна в совхозе «Новый»), скважины (от 48 до 97) закладывались по сетке с фиксированным шагом – 3 м. Для изучения варьирования показателей мелиоративного состояния на уровне поля в совхозе «Новый» в 1986 г. проведено опробование по сетке из 53 скважин на площади 48 га в пределах одной почвенной разности.

Производственный опыт в ОПХ ВолжНИИГиМ по изучению влияния длительного орошения при различных способах управления пищевым режимом на баланс гумуса и агрофизические свойства продолжался в течение 3 ротаций (1982-1999 гг.) шестипольного зерно-траво-пропашного севооборота. Он включал варианты: контроль; дозы минеральных удобрений, рассчитанных на средний и на повышенный урожай; дозы органических и минеральных удобрений, рассчитанных на средний урожай. Площадь каждого варианта опыта – 1 га.

Дозы удобрений рассчитывались в соответствии с общепринятыми рекомендации по программированному выращиванию сельскохозяйственных культур. В опыте осуществлялся комплекс наблюдений за водным и пищевым режимами, агрофизическими свойствами, содержанием и качественным составом гумуса, урожайностью культур в соответствии с общепринятыми методическими рекомендациями.

На всех объектах, где велись режимные исследования, определялся стандартный набор водно-физических свойств: удельный вес твёрдой фазы почв, плотность, максимальная гигроскопичность, наименьшая влагоемкость, влажность разрыва капиллярной связи, водопроницаемость по общепринятым методикам (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986). На объектах, где осуществлялась верификация модели формирования эффективного ресурса влаги (ВОМП, ОПХ ВолжНИИГиМ), отбирались монолиты и в специализированной лаборатории ВолжНИГиМ определялись гидрофизические параметры методами капилляриметра и тензиостата. Статистическая обработка данных проводилась методами корреляционного и дисперсионного анализа, анализа временных рядов с помощью программы STATGRAF и процессора электронных таблиц Excel 2000, входящего в состав программного комплекса Microsoft Office 2000.

3 Агропроизводительная способность орошаемых почв

Объективность агроэколого-экономической оценки орошаемых земель и технико-экономического обоснования проектных решений определяется научной обоснованностью используемых параметров. В первую очередь, это относится к приросту урожайности культур, которая интегрирует влияние многих факторов. Переходя от модельных опытов или небольших опытных делянок к масштабам поля, мы неизбежно сталкиваемся с эффектом пространственного варьирования, как самих свойств почв, так и управляющих воздействий. Этот факт общеизвестен и включался в оценку эффективности агротехнических мероприятий (Е.Е. Жуковский, Ю.А. Закарян, 1984; З.А. Прохорова, 1993; А.С. Фрид, 2002; С.В. Шабанов, 2005; и др.).

Формирование влагозапосов при поливе это не алгеброическое сложение средних значений исходных влагозапасов () и поливной нормы (), а взаимодействие двух совокупностей (рис.1). Параметры новой совокупности – влагозапасов почв после полива (, ) зависят и от параметров варьирования исходных влагозапасов () и поливной нормы (). На части поля может происходить инфильтрация даже в том случае, когда среднее значение значительно ниже величины наименьшей влагоёмкости (НВ). Одновременно, если сроки поливов, рассчитываемые по средним значениям статей водного баланса, будут назначаться по влагозапасам нижнего порога их физиологического оптимума, то к моменту проведения очередного полива растительный покров на 50% площади поля уже будет испытывать недостаток влаги. Это приведет к снижению интенсивности биопродукционных процессов на этой части площади поля.

Рис .1 Формирование влагозапасов почв при поливе

Аппарат теории вероятностей позволяет оценить величину инфильтрационных потерь на основе параметров распределения исходных влагозапасов и поливной нормы. Алгоритм решения этой задачи изложен в совместной работе (Янюк В.М., Фалькович А.С., 2002). Доля инфильтрационных потерь (I), выраженная через интеграл вероятности, рассчитывается по следующему выражению:

,                                                                (1)

где Ф – табличная функция (интеграл вероятности); Wmax, Wmin - максимальные и минимальные значения влагозапасов после полива и рассчитываются по суммам соответствующих величин влагозапасов перед поливом и поливных норм.

Объективную оценку влагообеспеченности посевов на орошаемых землях невозможно получить без учета: а) не стационарности климатических условий и, соответственно, дефицита водопотребления культур орошаемого севооборота в сезонном и многолетнем аспекте; б) стохастичности процесса усвоения дополнительного ресурса влаги во взаимосвязи с ограниченной впитывающей способностью почв, высокой интенсивностью и неравномерностью поступления искусственного дождя. Учесть влияние этих факторов и включить в систему агроэкологической оценки орошаемых земель позволяет метод математического моделирования водного режима почв и водопотребления культур.

Инструментарием решения этой задачи является разработка модели формирования эффективного ресурса влаги (ЭРВ). Под ЭРВ понимается только та часть ресурса влаги, которая непосредственно участвует в биопродукционных процессах – транспирации растительного покрова, обеспечивая прирост агропроизводительной способности почв. Явно выраженная неравномерность в многолетнем и сезонном аспектах климатических факторов интенсивности водопотребления культур и его дефицита, делают необходимым определение не только абсолютных, но и относительных (приведенных) значений ЭРВ:

,                                                                        (2)

где Е0 и – оптимальная и фактическая величина транспирации i-той культуры для задаваемого сочетания почвенно-климатических условий.

Соответствующие индексы означают, что в определении объема влаги, непосредственно участвующей в биопродукционных процессах (транспирации), учтено влияние лимитирующих факторов: - агрофизических свойств почв; – организационно-технических условий орошаемого участка по обеспечению оптимального режима водоподачи; – параметров впитывающей способности почв и дождевальной техники, характеризующих равномерность распределения по площади поля дополнительного ресурса влаги.

Учет большого числа факторов, влияние которых носит нелинейный и, как правило, вероятностный характер, вынуждает при оценке влияния конкретного фактора на конечный результат - рассматривать всю систему «климат – почва – растение - проводящая сеть - техника полива». Функция отклика этой системы на поведение отдельного фактора будет иметь индивидуальный характер и может быть получена на основе прямого расчета, то есть путем решения прогнозной задачи. Общая схема взаимодействия факторов формирования ЭРВ, в разработанной для этого под руководством автора модели имитационного эксперимента, приводится на рисунке 2. В качестве блока описания влагопереноса используется модифицированная совместно с А.С. Фальковичем программа WAS-61 (Л.М. Рекс,  А.М. Якиревич, 1984).

Верификация модели формирования ЭРВ на трех объектах с различными почвенно-климатическими условиями (черноземы, темно-каштановые и каштановые почвы) показала приемлемый уровень погрешности в описании водопотребления при отсутствии такого лимитирующего фактора как засоление почв. Основную погрешность вносят: а) использование биоклиматического метода определения оптимального водопотребления культур, относительная погрешность которого составляет 16-23%, б) описание влагопереноса в почве с позиций фиктивно-однородной среды. Наиболее существенные расхождения между рассчитанным и фактическим распределением влажности в корнеобитаемом слое возникают в первые дни после поливов, когда на перемещение почвенной влаги особое влияние оказывает трещиноватость.

С помощью адаптированной модели формирования ЭРВ можно в виде функции отклика в имитационном эксперименте строго количественно оценивать влияния параметров технического состояния и агрофизических свойств почв на приведенный к оптимальным условиям водопотребления ЭРВ () и агропроизводительную способность орошаемых почв (рис. 3).

Рис. 2 Схема взаимодействия факторов при оценке эффективного ресурса влаги в орошаемых почвах на основе

имитационного эксперимента

Рис. 3 Оценка влияния показателей технического состояния гидромелиоративных систем на приведенный эффективный ресурс влаги ()

Промежуточным этапом определения агропроизводительной способности орошаемых почв на основе ЭРВ является его трансформация в показатели сопоставимого уровня потенциального плодородия, используемые при оценке богарных почв. Если результаты оценки сориентированы на использование  среднеобластного уровня интенсификации производства, то показателем потенциального плодородия служит совокупный почвенный балл (ББП). На его основе рассчитывается сопоставимая нормальная или кадастровая урожайность (УСП). Для высокой культуры земледелия, предполагающей использование интенсивных технологий и оптимизацию пищевого режима почв, нормативная урожайность (УН) определяется на основе агроэкологического потенциала (Методические рекомендации по оценке качества и классификации земель …, 2003).

Автором предложен алгоритм решения задачи трансформации ЭРВ, как интегрального показателя качества орошаемых почв, в значения сопоставимой нормальной и нормативной урожайности (таблица 3). Для этого определяется регрессионный параметр – цена приведенного эффективного ресурса влаги (ЦЭРББ) в количественном показателе уровня потенциального плодородия богарных почв по уравнению связи:

,                                                                (3)

где ПЭРВБПi – приведенный эффективный ресурс влаги для богарной почвы с баллом бонитета ББПi.

Определив по параметрам агрофизических свойств и уровня технического состояния орошаемого участка ПЭРВ орошаемой почвы, с помощью ЦЭРББ мы получаем сопоставимую с богарным аналогом количественную оценку уровня потенциального плодородия в баллах бонитета (БОПi) и соответствующую ему сопоставимую нормальную урожайность :

,                                                                (4)

где ЦУБ – урожайная цена балла бонитета почв, используемая при экономической оценке земель.

Существующие нормативные базы определения урожайности для экономической оценки орошаемых земель и технико-экономического обоснования проектов орошения не только не учитывают параметры агрофизического состояния почв и уровня технического состояния гидромелиоративных систем, но и не согласованы между собой. В частности сопоставимая нормальная урожайность, используемая в оценке земель, для рассмотренного примера составит 2,99 т/га у зерновых и 5,42 т/га сена люцерны. Проектная урожайность (дифференцируемая только между областями) по Саратовской области на 1990-1995гг. составляла 2,66т/га у зерновых и 6,60 т/га сена люцерны (Н.А. Пронько и др., 2005).

3. Агропроизводительная способность орошаемых почв в зависимости от условий формирования ЭРВ и уровня интенсификации производства

Показатели оценки

Зерновые (яровая пшеница)

Многолетние травы на сено (люцерна)

Транспирация на богаре, мм

120

166

Оптимальная транспирация, мм

338

478

Плотность пахотного слоя почв, г/см3

1,20

1,36

1,20

1,36

1,20

1,36

1,20

1,36

Поливная норма, мм

40

40

Гидромодуль участка, л/сек·га

0,8

0,4

0,8

0,4

Минимальный срок возобновления полива, сут

6

12

6

12

Средний срок задержки полива, сут

1,1

8,8

0,8

5,0

Эффективный ресурс влаги (ЭРВ), мм

307

288

281

253

362

344

329

287

Приведенный ЭРВ

0,908

0,852

0,831

0,748

0,757

0,720

0,688

0,60

Балл бонитета почв на богаре, балл

87

87

Агроэкологический потенциал

4,49

Не рассчитывается

Балл качественной оценки почв при орошении, балл

223

209

204

183

203

193

185

161

Агроэкологический потенциал при орошении

9,08

8,52

8,31

7,48

Не рассчитывается

Сопоставимая нормальная урожайность при орошении, т/га

3,08

2,88

2,82

2,53

6,09

5,79

5,55

4,83

Нормативная урожайность при орошении, т/га

4,22

3,96

3,86

3,48

9,28

8,71

8,49

7,66

4. Оценка гумусного состояния и воспроизводства плодородия орошаемых почв.

Одной из важнейших задач в системе управления почвенным плодородием является проблема регулирования режима органического вещества почв. Ее необходимо рассматривать в двух аспектах:

- технологическом – определение объективных показателей гумусированности почв, отражающих уровень их агропроизводительной способности и методов прогноза (управления) гумусового состояния;

- экономическом – включение показателей гумусированности в систему экономической оценки земельных ресурсов и обоснование общественно необходимых затрат на регулирование баланса гумуса в системе воспроизводства плодородия почв.

При орошении появляется ряд факторов, существенно изменяющих условия формирования баланса органического вещества почв. Их действие носит разнонаправленный характер, что отражается в неоднозначности выявляемых изменений в гумусном состоянии орошаемых почв, как по количественным, так и по качественным показателям (Д.С. Орлов, 1987;  В.А. Барановская 1992; В.Е. Приходько 1996; В.Г. Бокарев 1999; Н.Е. Синицына,1999).

Наблюдения в производственном опыте ОПХ ВолжНИИГиМ в течение трех ротаций (18 лет) типового зерно-кормо-пропашного севооборота за показателями плодородия темно-каштановых среднесуглинистых почв с различными вариантами управления пищевым режимом выявили следующие основные результаты (таблица 4). Достоверные изменения (увеличение) запасов гумуса произошло только в варианте с применением органических удобрений (навоза) в дозе 40-80 т/га за ротацию и составило 9,0 т/га в пахотном и 6,0 т/га в подпахотном слоях. Существенно не изменился и качественный состав гумуса. В составе его фракций преобладают гуминовые кислоты, связанные с кальцием, и негидролизуемый остаток, содержание которого от внесения повышенных доз минеральных удобрений увеличилось на 4-6%. Аналогичные тенденции изменения качественного состава гумуса при длительном орошении отмечались в исследованиях Н.Е. Синицыной (1999) и В.В. Приходько (2003).

Не выявлено статистически достоверных изменений плотности почв в слое 0-60 см. Она находится в относительно равновесном состоянии в диапазоне оптимальных значений 1,24-1,27 г/см3 в варианте с органическими удобрениями и на границе этого диапазона 1,30-1,33 г/см3 в других вариантах.

Проведенные эпигнозные расчеты баланса гумуса по фактическим значениям урожайности выращиваемых культур и нормативным коэффициентам выхода пожнивно-корневых остатков подтвердили необходимость корректировки параметров трансформации органического вещества почв. В частности, коэффициент минерализации гумуса возрастает по сравнению с богарой в 1,2 раза, а коэффициент гумификации пожнивно-корневых остатков в 1,5 раза.

Наличие апробированных по результатам длительных опытов параметров трансформации органического вещества позволяет прогнозировать изменение гумусированности почв в зависимости от условий сельскохозяйственного использования угодий.

4. Основные показатели плодородия тёмно-каштановых среднесуглинистых почв (ОПХ ВолжНИИГиМ Энгельсского района Саратовской области, 1982-1999 гг.)

Вариант опыта

Среднегодовые дозы NPK (кг д. в. / га)

Среднегодовая продуктивность за ротацию (т к.ед. / га)

Слой, см

Плотность, г/см3

Пористость, %

Содержание гумуса, %

Запасы гумуса, т/га

СГК: СФК

Негидролизуемый остаток, % от Собщ

1

2

3

Контроль

-

6,03

5,32

2,97

0-30

1,31

50,4

2,77

104

2,3

33,5

30-60

1,30

50,6

2,15

84

1,9

33,0

Минеральные удобрения на средний урожай

85-65-30

7,03

6,13

3,52

0-30

1,29

51,1

2,74

103

2,2

37,8

30-60

1,30

50,6

2,05

80

1,8

39,4

Минеральные удобрения на повышенный урожай

120-80-40

7,16

6,65

3,48

0-30

1,30

50,6

2,73

102

2,2

39,5

30-60

1,30

50,6

2,03

79

1,9

39,7

Органические + минеральные удобрения на средний урожай

75-30-70

6,98

6,37

3,98

0-30

1,26

52,4

2,96

111

2,4

37,9

30-60

1,26

52,1

2,24

87

2,2

39,2

Исходные до начала опыта (данные В.М. Федориной)

-

-

-

-

0-30

1,32

50,0

2,73

102

2,4

32,2

30-60

1,28

50,9

2,08

81

2,0

35,0

В частности, если не учитывать составляющие миграции гумуса в расчетном балансовом слое почв и его потери за счет эрозионных процессов, а составляющие приходных статей баланса органического вещества и коэффициенты его трансформации усреднены по севообороту, то аналитическое решение балансовой модели в отношении прогнозных запасов гумуса принимает следующий вид:

,                                                        (5)

,                                                        (6)

где - начальное и конечное содержание гумуса в балансовом слое почв, т/га; - урожайность возделываемых культур, т/га; - коэффициет пожнивно-корневых остатков; - коэффициет восполнения потерь гумуса; ,  - коэффициенты гумификации растительных остатков и органических удобрений, соответственно; коэффициент минерализации гумуса; - доза органических удобрений, т/га; Т- промежуток времени, лет.

Выполненные расчеты показали, что за период после проведения последних туров почвенных обследований (25-30 лет), при средне областных условиях использования пашни произошло существенное снижение гумусированности почв. В пахотном слое темно-каштановых почв снижение составило 13% от исходных запасов, что эквивалентно снижению бонитета почв в среднем на 4 балла.

При реально возможной скорости изменения гумусированности почв и параметрах её варьирования, получить достоверную оценку этих изменений в производственных условиях за период менее 12-15 лет на основе прямых определений не возможно. Система мониторинга за гумусовым состоянием почв должна строиться на учете приходно-расходных статей баланса органического вещества почв (урожайность, структура посевов, дозы органических удобрений) и определении параметров его трансформации (коэффициенты минерализации гумуса и гумификации растительных остатков) на объектах полигонного мониторинга. Это обеспечивает обоснованность технологических аспектов решения задачи воспроизводства плодородия почв (рисунок 4).

Дозы навоза, необходимые для поддержания фиксированных запасов гумуса (Xi), рассчитываются с учётом: средней продуктивности (УР); структуры севооборота (доли пропашных –dП, зерновых –dЗ и многолетних трав –dМ), приведенных равновесных () и критических () запасов гумуса в пахотном слое почв (=/). Критического содержания гумуса, когда оно представлено в основном его инертными формами, рассчитывается на основе регрессионных эмпирических коэффициентов по содержанию в почве частиц физической глины.

Расчет затрат на воспроизводство плодородия почв, предусматривающих регулирование балансов гумуса и элементов минерального питания (ЭМП), проводился по следующей схеме: расчет выноса ЭМП с урожаем и потерь (минерализацию) гумуса; расчет доз навоза, компенсирующих потери гумуса; расчет доз ЭМП, поступающих с навозом; расчет доз ЭМП, обеспечивающих вместе с навозом компенсацию их выноса. При такой схеме расчёта затраты на воспроизводство плодородия почв существенно зависят от нормы внесения органических удобрений:

,                                                                         (8)

где Ук – средневзвешенная урожайность, ц к.ед/га; –годовая норма внесения органических удобрений (навоза), т/га; Звп - суммарные затраты на воспроизводство плодородия, руб/га (по ценам 2000г.).

Рис. 4 Приведенная равновесная гумусированность () и дозы навоза (ДОУ), обеспечивающие равновесный баланс гумуса орошаемых тёмно-каштановых почв ОПХ ВолжНИИГиМ

Увеличение для компенсации потерь гумуса при падении урожайности ведет к увеличению доли ЭМП, вносимых с навозом, в возмещении их выноса с урожаем. В результате, затраты на воспроизводство плодородия на единицу продукции с 25-30 руб/ц к.ед при урожайности 65-70 ц к.ед/га снижаются до 15-17 руб/ц к.ед при урожайности 30-35 ц к.ед/га. На современном этапе проведения экономической оценки сельскохозяйственных угодий для сопоставимости результатов расчет затрат на воспроизводство плодородия почв автор предлагает вести только по компенсации выноса элементов питания минеральными удобрениями. При существующих ценах на ресурсы производства эта величина является максимумом затрат.

5.Разработка и апробация балансовой модели вертикального влагообмена и равновесной засоленности орошаемых почв

Величина влагообмена между почвенными и грунтовыми водами очень значима в развитии почвообразовательного процесса. Она определяет геологический круговорот воды и химических элементов на мелиорируемых территориях, с которыми связаны гидрохимический режим почв и проявление процессов засоления, осолонцевания и осолодения. Поэтому направленность и интенсивность вертикального влагообмена непосредственно включают в показатели мелиоративного режима (С.Я. Безднина, 1986; И.П. Айдаров, А.И. Голованов, Ю.И. Никольский, 1990; Б.А. Зимовец, 1991; Н.И. Парфенова, Н.М. Решеткина, 1997; и др.).

Автором на основе лизиметрических исследований и полевых режимных наблюдений разработан и апробирован метод описания вертикального влагообмена (В.М. Янюк, А.С. Фалькович, 1984). Зависимости расхода грунтовых вод от  комплекса факторов не определяются непосредственно по данным лизиметрических опытов, а рассчитываются в проводимом на ЭВМ имитационном эксперименте. В лизиметрических опытах определяются зависимости интенсивности расхода (Е) от мощности зоны капиллярного насыщения (h) с учетом направленности процесса - иссушения или насыщения. Смена направленности процесса приводит к изменению интенсивности расхода при h > 1,0 м в несколько раз (рис.5).

Рис. 5 Зависимости интенсивности расхода грунтовых вод (Е) от мощности зоны капиллярного насыщения (h)

Для процесса испарения зависимость E от h определяется в опытах с постоянными (0,5; 1,0; 2,0 м) и переменными (от 1 до 2 м) уровнями грунтовых вод в условиях черного пара с предохранением лизиметров от попадания атмосферных осадков. Для процесса насыщения она определяется в лизиметрах, имеющих мощный иссушенный горизонт (>0,5 м) при отсутствии расхода влаги на транспирацию – после уборки культур в сентябре – октябре

Связь E с h хорошо аппроксимируется формулой С.И. Харченко (r = 0,93):

E = A exp (-mh),                                                                                (9)

где A и m - регрессионные параметры, характеризующие капиллярные свойства почв и грунтов зоны аэрации; h - мощности зоны капиллярного насыщения, м.

В свою очередь, мощность зоны капиллярного насыщения (h) эмпирической зависимостью связана с приведенными влагозапасами зоны аэрации:

,                                                                        (10)

где WВЗ – влагозапасы зоны аэрации при влажности завядания; P - поровый объем зоны аэрации; H – глубина грунтовых вод; KW – регрессионный коэффициент.

Апробация метода расчета вертикального влагообмена проводилась сравнением расчетных и фактических значений расхода грунтовых вод (Q), определяемых в лизиметрах ВОМП. При низких значениях Q (<5% от суммарного испарения) погрешность расчета варьировала от 10 до 60%. Для условий, когда расход грунтовых вод составляет более 30 мм, относительная погрешность расчета не превышает 15%. Это вполне соответствует точности определения остальных элементов водного баланса за вегетационный период.

Выполненное имитационное моделирование водопотребления культур, с учетом участия в нем грунтовых вод, в диапазоне УГВ от 1,0 до 2,4 м для набора типичных культур орошаемого севооборота показали, что доля грунтовых вод в суммарном испарении также описывается формулой С.И. Харченко:

,                                                                                (11)

где U – суммарное испарение, мм; H – глубина грунтовых вод, м; m – регрессионный параметр, характеризующий капиллярные свойства почвогрунтов.

Но величина параметра m не зависит от вида культуры, а соответствует его численным значениям, полученным при расчетах зависимости Е от h (9) для процесса иссушения. Значение параметра А0, как и доля грунтовых вод в суммарном испарении, изменяется в зависимости от принимаемого в расчетах предполивного порога влагозапасов: 0,8НВ – 7,34; 0,7НВ – 8,63; 0,6НВ –13,57.

Аналитические решения модели равновесного солевого баланса позволяют проводить расчеты взаимосвязи параметров водно-солевого режима почв от комплекса, определяющих его факторов. Равновесность солевого режима означает, что сезонная аккумуляция солей за счет поступления с оросительными и грунтовыми водами компенсируется их выносом за счет влаги, накапливаемой за холодный период года (ОХП) и дополнительной промывной нормы (Jm), подаваемой также в не вегетационный период. Аналитическое решение для равновесной засоленности балансового корнеобитаемого слоя (S0) принимает вид:

,                (12)

где ДВП и U дефицит водоподачи и суммарное испарение за вегетационный период, мм; СГ и СОР – минерализация грунтовых и оросительных вод, г/л; А0 и m – параметры в уравнении связи расхода грунтовых вод с их глубиной (11); – коэффициент солеотдачи; РР – эффективный поровый объем в балансовом слое (РР = Р0 –WМГ), мм; - промывная норма, мм; 0,01 – коэффициент размерности.

Верифицированная модель равновесного солевого баланса, позволяет установить влияние на суммарную оросительную норму () таких факторов, как: глубина и минерализация грунтовых вод, режим орошения, допустимый порог засолённости корнеобитаемого слоя почв (S0). Выявление взаимосвязи этих факторов необходимо для обоснования параметров оптимизации мелиоративного режима на орошаемых землях (Л.М Рекс, 1974; И.П. Айдаров и др.,1990). При определении учитывается участие грунтовых вод в суммарном испарении (Q) и необходимость в дополнительной промывной норме (Jm) для поддержания заданного порога опреснения (S0). Пример результатов расчёта и величины в ней Jm в зависимости от мелиоративной обстановки для типового зерно-кормо-пропашного севооборота в условиях ВОМП приводится на рисунке 6.

Рис. 6 Суммарные оросительные (Ор) и промывные (Jm) нормы в зависимости от мелиоративной обстановки

Автором предложена новая схема расчета объема дренажного стока для обоснования параметров дренажа. Сама глубина грунтовых вод служит показателем взаимодействия статей их баланса, интегрируя и природные (рельефно-литологические, фильтрационные, капиллярные) характеристики и хозяйственные условия использования массива (объем инфильтрационных потерь). Чем ближе к поверхности находится УГВ, тем больше величина суммы приходных статей баланса грунтовых вод, которые компенсируются их расходом на суммарное испарение. Перевод массива в новое стационарное состояние с понижением УГВ становится возможным благодаря наличию новой статьи их баланса – дренажного стока (ДС). Ее расчет ведется по уравнению:

,                                (13)

где Q – расход грунтовых вод на суммарное испарение; VB – разность между боковым притоком и оттоком грунтовых вод; J – плановое инфильтрационное питание; Jm- объем промывной нормы для регулирования солевого режима почв (промывка).

Индексы у статей баланса обозначают исходные условия (Hi) и после строительства дренажа (НД). Предложенный метод позволяет дифференцировать объем дренажного стока, а с ним и параметры дренажа в строгом соответствии с гидрогеолого-мелиоративной обстановкой (табл. 5).

5. Объем дренажного стока (мм) для подтопленного массива АО «Мелиоратор» Марксовского района Саратовской области

Средний вегетационный УГВ, м

Минерализация грунтовых вод, г/л

<3

3-5

5-7

>7

ДС

Jm

ДС

Jm

ДС

Jm

ДС

Jm

2,3-1,9

0

0

0

0

112

57

112

57

1,9-1,5

0

0

124

57

179

105

179

105

1,5-1,1

106

0

189

57

245

105

305

105

1,1-0,8

284

0

367

57

423

105

483

165

<0,8

474

0

531

57

579

105

639

165

Объем дренажного стока (ДС) без составляющей на промывку (Jm), по используемой в настоящее время методике (Расчет параметров дренажа… ,1990), для рассматриваемого объекта составит 93,7 мм. Очевидно, что для массивов с УГВ < 1,5 м дренаж, рассчитанный на такой объем отвода грунтовых вод, не обеспечит требуемого понижения их уровня. Для массивов с УГВ > 1,5 м такой объем водоотведения будет явно избыточен.

6. Совершенствование методов диагностики мелиоративного состояния орошаемых земель

Оценить погрешность интегральных показателей состояния земель можно только на основе математических моделей теории вероятности. В том случае, когда показатели состояния определяются по картам  градиентных поверхностей (глубины и минерализации грунтовых вод, вида и интенсивности деградационного процесса), построенным по данным дискретного опробования, необходимо использовать модель случайных функций. Примеры ее применения в решении задач мелиоративной гидрогеологии и почвоведения приводятся в работах Г.К. Бондаренко (1971), Н.П. Шарапанова (1972), М.В. Раца (1973), Ф.И. Козловского (1976), А.И. Вердиева (1978), В.М. Янюка (1984, 1990). Однако использование этой модели ограничивается необходимостью получения очень большого объёма экспериментального материала. Имеющиеся единичные результаты определения автокорреляционных функций по отдельным характеристикам не гарантируют необходимых условий по их стационарности и эргодичности.

Изучение характера пространственного варьирования засоленности каштановых почв ВОМП подтверждает наличие сложной гидродинамической структуры потоков влаги в пределах ЭПА. Ее результатом является формирование двухуровневой структуры дифференциации солевых запасов в корнеобитаемом слое почв. На фоне низкочастотных колебаний засоленности с амплитудой 30-50% от средних значений и периодом около 20 м проявляются упорядоченные высокочастотные колебания с амплитудой 10-15% и периодом 4,5 м. Усреднение основной части природного варьирования, как показал дисперсионный анализ по иерархической схеме по методу Е.А. Дмитриева (1976), происходит на площади не меньше 400 м2. Его количественным выражением, как меры его случайной изменчивости, является полученная автором эмпирическая зависимость:

s = 0,125+0,04 ln Sm,                                                                        (14)

где s – среднеквадратическое отклонение; Sm – среднеарифметическое значение засоления в корнеобитаемом слое почв, %.

Высокое варьирование засоленности снижает достоверность воспроизведения его реальной картины по результатам стандартной почвенно-солевой съемки. Вероятность совпадения градации по степени засоления почв по результатам опробования в одной точке с величиной математического ожидания составляет 57-70%. В таких условиях выделение контуров в разной степени засоленных почв возможно только на основе метода индикации. В качестве индикаторов могут использоваться значения тех параметров, которые характеризуют изменение засоления на уровне поля, но обладающие значительно меньшей пространственной изменчивостью. К числу таких параметров относятся показатели средней вегетационной глубины залегания грунтовых вод (НСВ) и их минерализация (СГ). Радиусы корреляции в автокорреляционных функциях этих параметров составляют, соответственно, 227 и 63 м в сравнении с 4-5 м у засоленности почв (рис. 7).

Рис. 7 Автокорреляционные функции показателей мелиоративного состояния орошаемых земель

Кроме этого, именно средняя вегетационная глубина грунтовых вод служит диагностическим показателем переувлажнения орошаемых почв. С ней функционально связаны условия газообмена в активном корнеобитаемом слое почв и формирование основных урожаеобразующих режимов. По относительному снижению урожайности основных культур орошаемого севооборота разработана шкала переувлажнения орошаемых почв Поволжья (табл. 6).

6. Оценочная шкала переувлажнения орошаемых земель почв Поволжья

Степень переувлажнения почв

Интервал снижения урожай-

ности, %

Средняя вегетационная глубина залегания грунтовых вод, м

черноземы – каштановые почвы

светло-каштановые – бурые пустынные почвы

легко и среднесуглинистые

глинистые и тяжелосуглинистые

легко и среднесуглинистые

глинистые и тяжелосуглинистые

не переувлажненные

0

>1,5

>1,4

>1,4

>1,3

слабо

0-20

1,5-1,2

1,4-1,1

1,4-1,0

1,3-1,0

средне

20-40

1,2-0,9

1,1-0,8

1,0-0,7

1,0-0,7

сильно

>40

<0,9

<0,8

<0,7

<0,7

Для построения диагностических шкал вторичного засоления почв апробирован балансово-аналитический (на основе модели равновесного солевого баланса) и статистический методы (рис. 8).

Рис. 8 Засоленность (СП) темно-каштановых суглинистых (а) и каштановых глинистых (б) почв в зависимости от глубины залегания (H) и минерализации грунтовых вод (СГ).

Как показали исследования автора (В.М. Янюк, 1998), наилучшей аппроксимацией этой связи статистическим методом является следующая зависимость:

,                                                                        (15)

где А1, А2 - регрессионные параметры, характеризующие почвенно-климатические условия. Более объективный характер взаимосвязи засоления корнеобитаемого слоя почв с показателями НСВ и СГ обеспечивает балансово-аналитический метод. Его адекватность подтверждена производственной проверкой на Энгельсской и Приволжской оросительных системах Саратовской области и Волгодонской ОС в Волгоградской области.

При диагностике вторичного засоления и переувлажнения орошаемых земель по показателям глубины и минерализации грунтовых вод необходимо учитывать, во-первых, временную изменчивость и, во-вторых, инерционность процессов засоления - рассоления почв в сравнении с сезонными и годовыми колебаниями УГВ. Даже при стабилизации гидрогеологической обстановки на орошаемых массивах сохраняются не только высокие внутрисезонные колебания УГВ, но и годовые. Отклонения средней вегетационной глубины по соседним годам в одной и той же скважине составляют в среднем 0,36 м. Это значение сопоставимо с интервалами УГВ 0,4-0,5 м, характеризующие различные категории земель по степени засоления и переувлажнения почв. Для повышения достоверности диагностики вторичного засоления по показателям НСВ и СГ необходимо вести построение карт УГВ по их средневзвешенным значениям за 3-4-летний период. На основе разработанных диагностических шкал вторичного засоления и переувлажнения предложены шкалы оценки мелиоративного состояния орошаемых земель в разрезе основных почвенно-геоморфологических районов Поволжья. Классификационные единицы шкалы – категории и классы соответствуют строго определенным видам и интенсивности проявления деградационных процессов или их сочетаний (таблица 7).

7. Диагностическая шкала оценки мелиоративного состояния темнокаштановых суглинистых почв долины р. Волги

Средневегетационная глубина грунтовых вод, м

Класс земель по мелиоративному состоянию при минерализации вод, г/л

Категория земель

<3

3-5

5-7

>7

>3,5

0

0

0

0

0

0

0

Хорошая

3,5-3,1

0п

0п

Хорошая с угрозой ухудшения

3,1-2,7

0п

0п

0п

2,7-2,5

0п

0п

0п

0п

2,5-2,3

0п

0п

0п

0п

2,3-1,9

0п

0п

З1

З2

З2 П1

З2 П2

З2 П3

З1

З2

З3 П1

З3 П2

З3 П3

Деградированных почв

1,9-1,5

0п

З1

З1 П1

З1 П2

З1 П3

1,5-1,1

П1

П2

П3

1,1-0,8

<0,8

Примечание. Индикация вида процесса: З – засоление, П – переувлажнение. Интенсивность процесса: отсутствует – 0 , слабая – 1, средняя – 2, сильная –3;

0п – опасность перехода через 3 года в категорию «деградированных почв» при продолжении подъёма УГВ; 0п – интервал допустимых глубин залегания грунтовых вод, используемый в настоящее время для выделения категории земель с удовлетворительным состоянием по УГВ.

Для включения информации о мелиоративном состоянии орошаемых земель в систему экономической оценки сельскохозяйственных угодий, кроме совершенствования диагностической шкалы, необходимо изменить и форму представления информации. Наряду с экспликацией площадей с различными категориями мелиоративного состояния земель в хозяйстве, должна быть и площадная привязка вида и интенсивности деградационного процесса к первичным объектам оценки сельскохозяйственных угодий – почвенным контурам

7. Методология стоимостной оценки и оптимизации информации о качественных характеристиках земель при формировании земельно-информационных систем

Совершенствование форм и методов управления экономикой и в частности земельными ресурсами невозможно без развития информационного обеспечения. Как сама информация, так и опирающиеся на её использование технологии, становятся неотъемлемой частью общественного производства и, соответственно, рынка. Основополагающим этапом создания системы мониторинга, как и любой информационной системы, является обоснование требований к содержанию и качеству информации. Именно они определяют в конечном итоге необходимые затраты на развертывание системы мониторинга и ее эффективность. Для успешного решения этой задачи необходима разработка и практическая реализация модели потребительской стоимости продукта системы мониторинга земель – информации. Автором предложена следующая схема решения этой задачи (рис. 9).

Основополагающим критерием эффективности сельскохозяйственным землепользованием на всех уровнях от конкретного собственника или арендатора до государства в целом должна стать полнота воспроизводства плодородия почв. Сложное взаимодействие объективных и субъективных факторов процесса воспроизводства плодородия почв, при использовании земли как средства производства, в интегральном виде отражается через величины нормативного рентного дохода и изменение агроресурсного потенциала земель.

Когда стоимостные показатели приведены к единице площади (руб/га), необходимые для воспроизводства плодородия параметры отыскиваются из неравенства:

,                                        (16)

где ПП – показатель уровня плодородия почв (обычно, балл бонитета); КИП – общественно необходимый коэффициент использования уровня плодородия почв (урожайная цена балла бонитета); ЗПРТЦ – нормативные затраты, где индексы указывают на связь с показателями: п – уровня плодородия, р – транспортной доступностью, т – технологическими свойствами участка угодий, ц – современных цен на ресурсы производства; ЦРП – цена реализации продукции; НЗ – величина земельного налога; – норма прибыли на затраты живого труда в составе ЗПРТЦ, обеспечивающая инвестиционную привлекательность вложения капитала в аграрное производство; – изменения агроресурсного потенциала земель.

Рис. 9 Схема оценки потребительской стоимости информации

Рентный принцип экономической оценки земли предполагает полное воспроизводство всех используемых ресурсов. Однако изменения плодородия почв могут происходить не только в связи с нарушением баланса органического вещества и биогенных элементов, учитываемых в ЗПРТЦ. Например, переувлажнение почв, вызванное подъёмом грунтовых вод, переуплотнение при использовании тяжёлой сельскохозяйственной техники, подкисление и, наоборот, ощелачивание под воздействием удобрений и оросительной воды. Стоимостную оценку изменения в течение года, в связи с прогнозируемым изменением уровня потенциального плодородия почв (ПП), предлагается определять по формуле:

= ПП ЦПОЗ VПп,                                                                (17)

где ЦПОЗ – цена показателя уровня потенциального плодородия почв (ПП) в экономической (кадастровой или рыночной) оценке земель, руб/балл; VПп – скорость изменения уровня плодородия почв (VПп = ПП/T) до наступления равновесного состояния параметров плодородия почв.

С помощью параметра VПп осуществляется перевод значений экономической оценки изменений эколого-ресурсного потенциала земель в параметры, сопоставимые со стоимостными показателями результатов производства и затрат. Учёт при экономической оценке земель изменения снимает существующее противоречие, когда относительное снижение урожайности определяется по диагностической шкале влияния деградационного процесса, на эффективное плодородие, но при этом возможны изменения и потенциального плодородия.

Особую значимость приобретает учёт при выделении агроэкологически однородных участков в проектах внутрихозяйственного землеустройства. Здесь необходимо будет сопоставить экономию затрат на выполнение механизированных работ на участках «правильной формы» и возможных потерь либо , либо урожайности культур при включении в один рабочий участок почв с разным уровнем плодородия и унификации воздействий по регулированию баланса биогенных элементов. Наряду с прогнозными изменениями показателей потенциального плодородия почв, должно учитывать и изменения техногенного загрязнения компонентов агроландшафта, обусловленные рассматриваемым способом ведения сельскохозяйственного производства.

Первые три составляющих в выражении (16) есть не что иное, как нормативный рентный доход РД. Если величину земельного налога представить через соответствующую долю земельной ренты, тогда оно примет следующий вид:

,                                                (18) где КККО – коэффициент капитализации рентного дохода при кадастровой оценке сельскохозяйственных угодий; КНЛ – процентная ставка земельного налога от их кадастровой стоимости.

Погрешность результирующих целевых показателей управления (стоимости земли, земельного налога, величины экологического ущерба) включает несколько качественно различающихся видов погрешности. В этом случае вычисление стандартной погрешности результирующего показателя управления (у) ведется алгебраическим суммированием с учетом весов (у/xi):

,                                                                        (19) где у/хi – частная производная результирующего показателя У по фактору Хi; xi – погрешность фактора; nф –число факторов, влияющих на погрешность результирующего показателя.

В частности, погрешность определения рентного дохода, как показателя регулируемых государством условий воспроизводства плодородия почв сельскохозяйственных угодий и объективной базы налогообложения, включает погрешности ( В.М. Янюк, 2007): С – связи нормативной урожайности оценочных культур с интегральным показателем уровня потенциального плодородия почв; П – осреднения свойств почвенной разности в пределах земельно-оценочного района; М – масштаба почвенного картирования; – текущих изменений свойств почв за время после проведения последнего почвенного обследования; З – связи оценочных затрат на воспроизводство плодородия почв (регулирования баланса элементов минерального питания и гумуса) с урожайностью культур.

Среднеквадратическая погрешность определения рентного дохода (), по принципу суммирования значений погрешности почвенных характеристик и их связи с урожайностью, в соответствии с (16 и 19) определяется по уравнению:

         (20)

где , – частные производные нормативного рентного дохода (РД) и нормативных затрат на воспроизводство плодородия почв (ЗП) от нормативной продуктивности почв (ПР), выраженной через произведение показателя плодородия почв и коэффициента его использования (ПР = ПП КИП); З –  погрешность связи оценочных затрат на воспроизводство плодородия почв (регулирования баланса элементов минерального питания и гумуса) с урожайностью культур.

Ширина интервала неопределённости расчётного рентного дохода, как целевого показателя управления задаётся в виде:

                                                                       (21)

где Кэн –энтропийный коэффициент неопределенности для нормального закона распределения.

В свою очередь от ширины этого интервала, являющегося функцией как адекватности моделей плодородия почв и регулирования балансов биогенных элементов, так и точности почвенного картирования, зависит риск целевого показателя управления (рис. 10).

Рис. 13 Схема определения риска целевых показателей воспроизводства плодородия почв в системе управления земельными ресурсами

Рис. 10 Схема определения риска целевых показателей воспроизводства плодородия почв в системе управления земельными ресурсами

Полоса, где фактические значения рентного дохода превышают величину его математического ожидания (РДi) соответствует зоне недобора (потерь) земельного налога – ЗПН. Одновременно, в зависимости от от самого значения РДi и ширины Ин, может появиться зона ущерба воспроизводства плодородию – ЗУВп, где не выполняется условие (16). Здесь для нормального течения воспроизводственных процессов вместо изъятия земельного налога необходимы дотации.

Величина этих рисков целевых показателей управления на уровне земельных ресурсов в виде средневзвешенных значений потерь налога () и ущерба воспроизводству плодородия почв (), определяется на основе операции взвешивания:

                                               (22)

,                                                                (23)

где – функция распределения погрешности определения рентного дохода.

Таким образом, снижение суммы ущерба и потерь в управляемой системе, обусловленное сокращением полосы интервала неопределенности целевых показателей управления, и является потребительской стоимостью улучшения качества информационных активов. В этом случае на принципах оптимизации затрат может решаться вопрос о целесообразности совершенствования модели объекта (управляемого процесса), то есть знаний, или повышения точности почвенных характеристик и параметров, получаемых при обследованиях, съёмках, дистанционном зондировании, лабораторных опытах.

Наличие положительного рентного дохода, определяемого на основе научно-обоснованных параметров продуктивности и затрат, это не только обязательное условие воспроизводства плодородия почв в сельскохозяйственном землепользовании. Одновременно это и показатель того, что и информационные ресурсы о плодородии почв обретут реальный рыночный спрос и, соответственно, рыночную стоимость как элемент его управления уже на уровне поля и хозяйства.

Чтобы использовать рассматриваемую модель потребительской стоимости информации для обоснования оптимальной детальности определения базовых показателей плодородия почв сельскохозяйственных угодий (масштабы и сроки обновления почвенных обследований) необходима научно-методическая проработка следующих вопросов:

- обоснование состава и вида показателей плодородия (индивидуальных для участка или усредненных по почвенной разности в регионе) при кадастровом учете и оценке земель;

- формализация погрешности определения интегральных показателей плодородия почв в зависимости от масштаба и срока давности проведения почвенного обследования.

С переходом на более низкий уровень управления плодородия почв (поля и хозяйства), изменяются целевые функции управления и используемые для этого информационные активы, но сам принцип построения функций оптимизации управления и информации сохраняется. Это задание для интервалов недостатка интенсивности управляющего воздействия функций потерь урожайности или снижения качественных характеристик почв (запасов гумуса, элементов минерального питания). Для интервалов избытка интенсивности это будут функции стоимостной оценки экологических издержек (подъём уровня грунтовых вод, эрозия почв, загрязнение продукции и водоисточников) связанные с потерями урожаеобразующих ресурсов. Целевую функцию эколого-экономической эффективности использования в производстве дополнительных урожаеобразующих ресурсов можно представить в следующем виде (в расчёте на единицу площади):

        max,                (24)

где РС – объём используемого ресурса; КИР – коэффициент использования ресурса в приросте продуктивности почв; ЦРП – цена реализации продукции; СТИР – суммарная стоимость использования единицы ресурса; и - средневзвешенные значения стоимостных оценок риска потерь продуктивности и агроресурсного потенциала земель в зависимости от ширины интервала неопределённости величины РС , как управляющего воздействия, функционально связанные с качеством информационных активов и затратами на их получение (ЗИОУ).

Рассмотренная методология стоимостной оценки и оптимизации информации реализована автором в обосновании оптимальности информации мониторинга мелиоративного состояния орошаемых земель (МОЗ). В сфере государственного управления эта информация необходима при решении следующих основных задач: экономической оценки земельных и водных ресурсов, планировании объёма водоподачи с учётом мелиоративной обстановки; определении эколого-экономического ущерба земельным и водным ресурсам.

Целевой функцией оптимальности информационного ресурса МОЗ автор предлагает считать сумму ущерба и потерь целевых показателей государственного управления, обусловленных неточностью информации о качественных характеристиках земельных и водных ресурсов и затрат на получение информации:

,                                                        (25)

где П - составляющие ущерба (потерь) целевых показателей управления : экономической оценки земель для налогообложения (ПП ), затрат на водоподачу (ПВ), оценки эколого-экономического ущерба водоисточникам (ПУВ), руб/га ; ЗМi- затраты на ведение мониторинга, руб/га.

Индексы (Зi) у составляющих потерь этой функции означают, что их величина зависит от соответствующих затрат на информационное обеспечение. Критерием оптимальности качества информации МОЗ служит минимум этой функции . Первые составляющие целевой функции (25) – потери можно рассматривать как информационные издержки, вызванные неэффективностью управления из-за погрешности используемого ресурса управления – информации. Последняя составляющая – это технологические издержки, обеспечивающие получение информации. Затраты на получение информации (ЗМi), при которых целевая функции Fои  принимает минимальное значение, являются общественно необходимыми затратами (ОНЗ) или потребительской стоимостью информации в системе государственного управления (рис. 11).

Рис. 11 Схема оценки потребительской стоимости информации мониторинга мелиоративного состояния орошаемых земель

На первом этапе оптимизационных расчётов устанавливается соотношение в детальности наблюдений за отдельными показателями – Н и СГ. Во-первых, они характеризуются различной степенью пространственного варьирования. По полученным параметрам автокорреляционной функции минерализация варьирует сильнее, чем глубина. Во-вторых, ввиду нелинейности связи этих показателей с засоленностью почв (15), интенсивность влияния погрешности определения Н и СГ на погрешность целевого показателя будет различной в разных диапазонах значений Н и СГ. Согласно выполненным расчётам, оптимальное соотношение в количестве точек наблюдений за Н и СГ будет следующим для интервалов глубин грунтовых вод (м): Н<1,5  1:3; 1,5<Н<3,0 1:2; Н>3,0 1:1.

Обобщенные данные по оптимальной детальности режимных наблюдений за Н и СГ с учетом возможных суммарных потерь (ПН+ПВ) на орошаемых землях Поволжья приводятся в таблице 8. В ней принята используемая в настоящее время схематизация сложности гидрогеолого-мелиоративных условий на орошаемых землях.

8. Оптимальное количество точек наблюдений за показателями мелиоративного состояния на орошаемых землях Поволжья (в расчете на 100 га)

Категория сложности условий

Наблюдения за режимом УГВ

Определение минерализации грунтовых вод

Качества поливной воды, определений за сезон

1

0,5

0,5

2

0,5

0,5

4

2

1

2

2

3

2

4

2

4

0,5

0,5

Оптимальная частота замеров объема и ионно-солевого состава коллекторно-дренажных стоков, поступающих в водоисточники, рассчитанная по критерию приводится в таблице 9. Она дифференцируется в зависимости от величины твердого стока, рассчитываемого по формуле:

,                                                                        (26)

где ТС – твердый сток, т/год; Д – интенсивность дренажного стока, л/сек; С – концентрация дренажного стока, г/л; T– продолжительность работы дренажа в год, сутки; 0,0864 – коэффициент размерности. Частота определений рассчитывается отдельно для стока по общей минерализации и отдельно по содержанию в стоке подвижных форм биогенных элементов (NPK). Необходимая частота выбирается по максимальному значению.

9. Оптимальная частота определения объемов и ионно-солевого состава коллекторно-дренажного стока за год

Твердый сток по общей минерализации, т/год

Вертикальный дренаж

Горизонтальный дренаж

Твердый сток по содержанию NPK т/год

Вертикальный дренаж

Горизонтальный дренаж

1-10

1

1

<0,05

1

1

10-30

1

2

0,05-0,10

1

1

30-50

2

2

0,10-0,25

2

2

50-100

2

3

0,25-0,50

2

3

100-200

3

4

0,50-1,00

3

4

200-300

4

5

1,00-2,50

5

6

300-400

5

6

2,50-5,00

8

8-10

>400

6

7-8

>5,00

10

12

Основные ВЫВОДЫ

1. Обоснован ресурсный метод агроэкологической оценки орошаемых земель, который обеспечивает приведение сложного сочетания и взаимодействия природных и хозяйственных факторов, точности информационных активов (данных, информации и знаний) об их качественных и количественных характеристиках в универсальные и соизмеримые показатели эффективности управления и охраны плодородия почв.

2. Ресурсный метод агроэкологической оценки земель обеспечивает учёт в своих показателях системной сложности почв как объекта управления, способного к саморегуляции, вероятностного характера параметров свойств почв и самих управляющих воздействий, параметров технических средств и технологий управления водным и пищевым режимом. Он реализуется через создание моделей эффективного ресурса влаги и элементов минерального питания, как блоков комплексной модели плодородия почв.

3. Количественными показателями эффективности управления и охраны плодородия почв служат:

- агропроизводительная способность почв, оцениваемая по степени удовлетворения потребности культур в урожаеобразующих ресурсах;

- затраты на регулирование баланса органического вещества почв и элементов минерального питания, обеспечивающие определённый уровень реализации агропроизводительной способности почв;

- величина ущерба и потерь целевых показателей управления (урожаеобразующих ресурсов, продуктивности, агроэкологического потенциала земли), в зависимости от сочетания и взаимодействия природных и хозяйственных факторов и качества информации и знаний об объекте управления.

4. Методология стоимостной оценки (потребительской стоимости) информационных активов, как ресурса управленческой деятельности базируется на формализованном описании:

- ширины интервала неопределённости целевого показателя управления, обусловленного в совокупности погрешностью модели объекта и параметров его состояния;

- величины ущерба и потерь в управляемой системе в зависимости от риска целевого показателя управления, оцениваемого по вероятности принятия неправильного управляющего воздействия.

5. Экспериментальным подтверждением формирования сложной гидродинамической структуры потоков влаги в орошаемых почвах даже на уровне элементарного почвенного ареала, является дифференциация солевых запасов зоны аэрации. Варьирование засоленности почв представлено двухуровневой структурой. На фоне колебаний с амплитудой 30-50% от средних значений по контуру с периодом около 20 м, обусловленных микрорельефом поверхности, проявляются колебания с амплитудой 10-15% с периодом до 4-5 м, которые связаны с нанорельефом и анизотропностью свойств почвы. Усреднение основной части природного варьирования засолённости почв, как меры его случайной изменчивости, происходит на площади не меньше 400 м2.

6. В разработанной моделе формирования эффективного ресурса влаги (ЭРВ) детерминированное описание водного режима почв и водопотребления растений учитывает стохастический характер процессов формирования дефицита водопотребления, режима водоподачи и усвоения почвой дополнительного ресурса влаги. Количественными параметрами стохастичности процессов являются: средневзвешенный срок задержки полива ввиду ограничений по гидромодулю участка; дисперсия поливной нормы; дисперсия предполивных влагозапасов почвы в масштабе поля; коэффициент увеличения дисперсии усвоенной поливной нормы, если она превышает эрозионно-допустимую поливную норму.

7. Наблюдения в производственном опыте в течение трех ротаций (18 лет) типового зернокормо-пропашного севооборота за показателями плодородия темно-каштановых среднесуглинистых почв с различными вариантами управления пищевым режимом и эпигнозные расчеты баланса гумуса по фактическим значениям урожайности выращиваемых культур подтвердили необходимость корректировки для условий орошения параметров трансформации органического вещества почв. В частности, коэффициент минерализации гумуса возрастает по сравнению с богарой в 1,2 раза, коэффициент гумификации пожнивно-корневых остатков в 1,5 раза.

8. Затраты на воспроизводство плодородия почв существенно зависят от нормы внесения органических удобрений. Их увеличение для компенсации потерь гумуса при низкой урожайности ведет к снижению доли минеральных удобрений в возмещении выноса элементов питания и снижению общих затрат на воспроизводство плодородия на единицу продукции с 250-300 руб/т к.ед при урожайности 6,5-7,0т к.ед/га до 150-170 руб/т к.ед при урожайности 3,0-3,5т к.ед/га.

Для сопоставимости затрат на воспроизводство плодородия почв, их расчет предлагается вести только по компенсации выноса элементов питания минеральными удобрениями. При существующих ценах на ресурсы производства эта величина является максимумом затрат.

9. Разработан и апробирован метод описания вертикального влагообмена. Необходимые для его реализации физически обоснованные зависимости интенсивности расхода грунтовых вод (с учётом направленности процесса – иссушения или насыщения) и приведенных влагозапасов зоны аэрации от мощности зоны капиллярного насыщения определяются в лизиметрических опытах в течение одного года. Влияния остальных факторов устанавливается в проводимом на ЭВМ имитационном эксперименте. В условиях, когда грунтовые воды начинают существенно влиять на процессы водопотребления (> 10%), относительная погрешность расчёта их расхода не превышает15%.

10. Аналитические решения разработанной и верифицированой модели равновесного солевого баланса орошаемых почв в явном виде отражают взаимосвязь природных (глубина и минерализация грунтовых и оросительных вод, климатические условия, капиллярные свойства почв и грунтов) и управляемых хозяйственных факторов (оросительной и промывной нормы, допустимого порога засоления, режима орошения, набора культур, объёма дренажного стока). Это позволяет рассчитывать необходимые при проектировании и эксплуатации параметры оптимального мелиоративного режима.

11. Экономия оросительной воды при подъёме и участии грунтовых вод в водопотреблении культур возможно только при их минерализации менее 2-3г/л. При более высокой минерализации возникает необходимость в поддержании промывного режима на фоне дренажа. Ежегодная промывная норма в этом случае составит 15-30% от оросительной нормы при глубине грунтовых вод 2,0-1.8м и более 50% при глубине менее 1,5м.

12. Диагностическим показателем переувлажнения орошаемых почв служит средневегетационная глубина грунтовых вод. С ней функционально связаны условия газообмена в активном корнеобитаемом слое почв и формирование основных урожаеобразующих режимов. Нарушение оптимальных условий газообмена и снижение урожайности основных культур орошаемого севооборота начинается при подъёме грунтовых вод выше 1,3-1,5м. Наиболее существенное снижение урожайности (более чем на 20-30%) происходит, когда грунтовые воды находятся ближе 1,0-1,2м от поверхности почв.

13. По степени влияния глубины залегания и минерализации грунтовых вод на формирование водно-воздушного и солевого режимов почв, как факторов их эффективного плодородия, разработана усовершенствованная шкала диагностики мелиоративного состояния орошаемых земель в разрезе основных почвенно-геоморфологических районов Поволжья. Ее классификационные единицы соответствуют определенному виду и интенсивности проявления деградационного процесса и величине понижающего коэффициента к уровню плодородия почв.

14. На основе изучения параметров пространственно-временной изменчивости показателей мелиоративного состояния орошаемых земель Поволжья и разработанной модели потребительской стоимости информации определены оптимальные параметры детальности наблюдений в системе мониторинга. В зависимости от сложности гидрогеологической обстановки оптимальная плотность режимной сети изменяется от 0,5 до 2 скважин на 1км2 , при существующей плотности около 1,0.

Предложения для внедрения

Полученные автором теоретические, методические и практические результаты могут быть использованы в качестве инструментария для совершенствования системы агроэкологической оценки орошаемых земель.

1. Модель формирования эффективного ресурса влаги и оценки агропроизводительной способности орошаемых почв целесообразно использовать при создании в региональных органах управления сельским хозяйством и мелиоративно-водохозяйственным комплексом информационно-советующих (справочных) систем по выбору первоочередных объектов инвестирования в мелиоративное улучшение и реконструкцию для обоснования показателей агроэколого-экономической оценки.

2. Метод определения затрат на воспроизводство плодородия орошаемых почв рекомендуется использовать научно-исследовательским и проектным институтам при разработке систем земледелия, проектов внутрихозяйственного землеустройства, параметров кадастровой и рыночной оценки сельскохозяйственных угодий.

3. Метод описания вертикального влагообмена и равновесного солевого баланса орошаемых почв рекомендуется использовать проектными институтами для обоснования параметров оптимизации гидромелиоративных систем при реконструкции участков, подвергшихся засолению и переувлажнению, подтопленных населенных пунктов.

4. Диагностические шкалы оценки мелиоративного состояния орошаемых земель, модель потребительской стоимости информации о качественных характеристиках земель рекомендуется для совершенствования нормативно-методической базы ведения мониторинга в рамках реализации соответствующей федеральной целевой программы «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов, как национального достояния России на 2006-2010гг.».

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Яковлев Н.П. Этапы солеотдачи и промывные нормы при рассолении хлоридно-сульфатных солончаков Заволжья / Яковлев Н.П., Литвинова А.А., Янюк В.М. // Мелиорация земель Поволжья: Сб. научных трудов ВолжНИИГиМ. – М., 1979. - С. 10-16.

2. Янюк В.М. Вертикальный влагобмен в глинистых каштановых почвах Заволжья при близких грунтовых водах / В.М. Янюк // Использование орошаемых земель в Поволжье: Сб. научных трудов ВолжНИИГиМ. – М., 1983. - С. 45-50.

3. Янюк В.М. Пространственное варьирование засоленности в пределах элементарного почвенного ареала каштановых почв Заволжья / В.М. Янюк // Почвоведение. - 1984. - № 1. - С. 72-78.

4. Янюк В.М. Расчеты водно-солевого режима каштановых почв Заволжья / В.М. Янюк, А.С. Фалькович // Почвоведение. - 1984. - № 12. - С. 109-116.

5. Янюк В.М., Оценка солепроявления в почвах и грунтовых водах подтопленных массивов Энгельсской оросительной системы / В.М. Янюк, Л.И. Лимарева // Вопросы эксплуатации оросительных систем и рациональное использование орошаемых земель в Поволжье: Сб. научных трудов ВолжНИИГиМ. - М.: ВНИИГиМ, 1986. - С. 83-89.

6. Янюк В.М. Методические рекомендации по оценке вторичного засоления орошаемых земель / В.М. Янюк / Отдельный оттиск. – Саратов: ВолжНИИГиМ. - 1987. –20с.

7. Доржиев В.С. Программное обеспечение информационно-поисковой системы мелиоративного состояния орошаемых земель / В.С. Доржиев, В.М. Кузник, В.М. Янюк // Эксплуатация оросительных систем Поволжья: Сб. научных трудов ВолжНИИГиМ. – М.: ВНИИГИМ, 1987. - С. 21-24

8. Четвертков С.С. Временные рекомендации по определению категорий мелиоративного состояния орошаемых земель среднего и нижнего Поволжья / С.С. Четвертков, А.А. Дубинский, А.Н. Галибин, В.Н. Кистанов, В.М. Янюк, В.М. Федорина и др. Отдельный оттиск. – Саратов: ВолжНИИГиМ. 1987. – 29 с.

9. Доржиев В.С. Способ оценки мелиоративного состояния орошаемых земель / В.С. Доржиев, В.М  Янюк // Мелиорация и водное хозяйство. - 1990. - № 6. - С. 19-20.

10. Четвертков С.С. Методическое руководство по методам контроля и критериям оценки мелиоративного состояния орошаемых земель Поволжья / С.С. Четвертков, А.Н. Галибин, А.А. Волохова, В.М. Янюк и др. // Отдельный оттиск. – Саратов: ВолжНИИГиМ. 1991. - 35 с.

11. Янюк В.М. Усовершенственная система оценки мелиоративного состояния орошаемых земель / В.М. Янюк, Л.И. Лимарева // Совершенствование мелиоративных технологий и оросительных систем Поволжья: Сб. научных трудов ВолжНИИГиМ. - Саратов, 1995. - C. 33-37.

12. Янюк В.М. Оценка влагообеспеченности посевов на основе моделирования водного режима почв / В.М. Янюк, Л.Г. Романова, А.С. Фалькович, В.В. Майорова // Совершенствование мелиоративных технологий и оросительных систем Поволжья: Сб. научных трудов ВолжНИИГиМ. - Саратов, 1995. - C. 38-43.

13. Янюк В.М. Применяемые виды мелиораций и их влияние на природу степного Заволжья / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, Л.Г. Романова // Мелиорация и водное хозяйство. - 1997. - C. 37-39.

14. Янюк В.М. Охрана и методы предотвращения засоления почв при орошении / В.М. Янюк // Мелиорация и водное хозяйство. - 1998. - № 2. - С.29-31.

15. Янюк В.М. Агроэкологическая оценка технических средств и технологий управления водным режимом / В.М. Янюк, А.С. Фалькович, Н.Ф. Рыжко, В.В. Майорова // Тез. докл. на Всероссийской практической конференции. - Волгоград , 1998.- С.72-73.

16. Решетов Г.Г. Оценка проявления переувлажнения орошаемых земель Поволжья и способы повышения их продуктивности / Г.Г. Решетов, В.М. Янюк, А.Н. Галибин // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения: Тез. докл. на Всероссийской практической конференции. – М., 1998.

17. Силагин В.А. Совершенствование методики оценки земельных ресурсов для формирования экономического механизма их рационального использования / В.А. Силагин, Т.А. Стрельникова, В.М. Янюк // Фундаментальные и прикладные исследования Саратовских ученых для процветания России и Саратовской Губернии. - Саратов, 1999. - С.155-157.

18. Янюк В.М. Совершенствование эколого-мелиоративной оценки оросительных мелиораций в Поволжье / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, Н.Ф. Рыжко, Л.Г. Романова // Проблемы мелиорации в условиях рыночной экономики: Сб. научных работ ВолжНИИГиМ. – Саратов: СГАУ, 1999. - C. 54-60.

19. Янюк В.М. Диагностика переувлажнения орошаемых земель Поволжья / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, Л.Г. Романова, Л.И Лимарева. // Проблемы мелиорации в условиях рыночной экономики: Сб. научных работ ВолжНИИГиМ. – Саратов: СГАУ, 1999. - C. 124-129.

20. Янюк В.М. Руководство по надзору за эколого-мелиоративным состоянием орошаемых земель Поволжья / В.М. Янюк // Проектирование, реконструкция и строительство мелиоративных систем и сооружений: Каталог паспортов. – Вып. 22. – М.: ГУ ЦНТИ, 2000. – С. 15-16.

21. Янюк В.М. Пакет прикладных программ по организации и ведению информбанка и составлению карт мелиоративного состояния орошаемых земель / В.М. Янюк // Проектирование, реконструкция и строительство мелиоративных систем и сооружений: Каталог паспортов. – Вып. 22. – М.: ГУ ЦНТИ, 2000. – С. 47-48.

22. Янюк В.М. Методические указания по оценке производительной способности мелиорированных земель / В.М. Янюк // Проектирование, реконструкция и строительство мелиоративных систем и сооружений: Каталог паспортов. – Вып. 22. – М.: ГУ ЦНТИ, 2000. – С. 49-50.

23. Янюк В.М. Методические указания по выбору комплекса воздействий и типовые технологические процессы повышения плодородия мелиоративно-неблагополучных земель / В.М. Янюк // Проектирование, реконструкция и строительство мелиоративных систем и сооружений: Каталог паспортов. – Вып. 22. – М.: ГУ ЦНТИ, 2000. – С. 57-58.

24. Янюк В.М. Мелиорация солонцов на орошаемых землях Заволжья / В.М. Янюк, А.Н. Галибин // Техническое совершенствование и эксплуатация оросительных систем в засушливой зоне Российской Федерации: Сб. трудов ВолжНИИГиМ. - М., 2000. - C. 117-126.

25. Янюк В.М., Проблемы оценки мелиоративного состояния земель лиманного орошения / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, Л.Г. Романова // Техническое совершенствование и эксплуатация оросительных систем в засушливой зоне Российской Федерации: Сб. трудов ВолжНИИГиМ . - М., 2000. - C. 126-133.

26. Янюк В.М. Обоснование допустимого уровня ирригационной нагрузки на системах лиманного орошения / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, В.В. Майорова // Использование земель лиманного орошения в современных условиях: Сб. науч. тр. ВНИИОЗ. - Волгоград, 2000. - C. 79-85.

27. Галибин А.Н. Оценка мелиоративного состояния земель лиманного орошения / А.Н. Галибин, В.М. Янюк, Л.Г. Романова, В.А. Тарбаев // Использование земель лиманного орошения в современных условиях: Сб. науч. тр. ВНИИОЗ. - Волгоград, 2000. - C. 85-90.

28. Янюк В.М. Инструкция по технологии регулирования гумусового состояния орошаемых почв Поволжья / В.М. Янюк, Л.Г. Романова // Научно-технические достижения в мелиорации и водном хозяйстве: Каталог паспортов – Вып. 23. – Ч. 3. – М.: ГУ ЦНТИ., 2001. – С. 13-14.

29. Янюк В.М. Оценочная шкала переувлажнения орошаемых почв Поволжья / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, // Научно-технические достижения в мелиорации и водном хозяйстве: Каталог паспортов – Вып. 23. – Ч. 3. – М.: ГУ ЦНТИ., 2001. – С. 15-16.

30. Янюк В.М. Регулирование гумусового состояния орошаемых почв / В.М. Янюк, Л.Г. Романова, А.Н. Галибин, В.В. Майорова // Проблемы мелиорации и пути их решения: Сб. науч. тр. ВолжНИИГиМ. - М., 2001. - C. 98-108.

31. Янюк В.М. Организация полигонного мониторинга для комплексной оценки антропогенной нагрузки на агроландшафт / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, Л.Г. Романова // Проблемы мелиорации и пути их решения: Сб. науч. тр. ВолжНИИГиМ. - М., 2001. - C. 88-98.

32. Туктаров Б.И. Разработка схем и способов использования существующих лиманов на примере Бурдинской системы лиманного орошения / Б.И. Туктаров, С.А. Подмарев, П.В. Тарасенко, В.М. Янюк, В.В. Соколов // Проблемы землеустройства и мелиорации земель в Саратовской области: Сб. науч. тр. ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ. - Саратов, 2002. - C. 227-233.

33. Янюк В.М. Учет пространственного варьирования влагозапасов в почве при агроэкологической оценке средств полива / В.М. Янюк, А.С. Фалькович // Мелиорация и водное хозяйство. - 2002. - N 5. - C. 29-31.

34. Янюк В.М. Анализ применимости результатов кадастровой оценки сельскохозяйственных земель для налогообложения / В.М. Янюк, Ю.М. Серов, С.Н. Косолапов // Проблемы землеустройства и мелиорации земель в Саратовской области: Сб. науч. тр. ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ. - Саратов, 2002. - C. 116-122.

35. Янюк В.М. Оценка гумусового состояния и воспроизводства плодородия орошаемых почв / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, В.В. Майорова // Проблемы землеустройства и мелиорации земель в Саратовской области: Сб. науч. тр. ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ. - Саратов, 2002. - C. 201-213.

36. Янюк В.М. Гидролого-мелиоративные аспекты деградации и восстановления земель Малоузенской системы лиманного орошения / В.М. Янюк, А.Н. Галибин, С.А. Подмарев, В.В. Майорова // Проблемы землеустройства и мелиорации земель в Саратовской области: Сб. науч. тр. ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ. - Саратов, 2002. - C. 218-227.

37. Туктаров Б.И. Эколого-мелиоративное состояние инженерного лимана Бурдинский после 17-ти лет его эксплуатации / Б.И. Туктаров, С.А. Подмарев, В.М. Янюк, П.В. Тарасенко // Эволюция и деградация почвенного покрова / Материалы 2ой Международной науч. конф. - т. 1. - Ставрополь, 2002. - C. 220-222.

38. Подмарев С.А. Особенности переустройства инженерных систем лиманов Саратовской области / С.А. Подмарев, В.М. Янюк, П.В. Тарасенко // Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур Сб. науч. тр. СГАУ им. Н.И. Вавилова, Саратов, 2002. - с. 133-138

39. Туктаров Б.И. Роль рельефных и гидрогеологических особенностей территориального расположения крупных систем лиманного орошения на эколого-мелиоративное состояние / Б.И. Туктаров, С.А. Подмарев, В.М. Янюк, П.В. Тарасенко //Роль дополнительного профессионального образования в условиях реформирования АПК Материалы науч-прак. конф., Чебоксары, 2002. - с. 120-122

40. Янюк В.М. Корректировка ставки единого сельскохозяйственного налога на основе земельно-кадастровой информации / В.М. Янюк // Землеустроительные, кадастровые, геодезические работы для обеспечения стабильности и эффективности развития экономики России. Матер. межд. науч. практ. конфер. – Омск, 2005. - C. 333-336.

41. Янюк В.М. Обоснование параметров рыночной оценки участков сельскохозяйственных угодий выделяемых из долевой собственности / В.М. Янюк // Земельный вестник России. - № 1-2. – 2005. - C. 15-18.

42. Янюк В.М. Методология стоимостной оценки информации о плодородии почв при включении земель в рыночный оборот / В.М. Янюк // Вавиловские чтения 2005. Секция «Землеустройство и земельный кадастр». – Саратов, 2005. - C. 54-57.

43. Янюк В.М. Диагностика переувлажнения почв в системе мониторинга орошаемых земель Поволжья / В.М. Янюк // Вестник СГАУ им. Н.И. Вавилова. - Саратов, 2005. -№ 3. - C.49-54.

44. Янюк В.М. Обоснование параметров рыночной оценки сельскохозяйственных угодий / В.М. Янюк // Кадастровый вестник. - 2006. - №2.- C.28-35.

45. Синицына Н.Е. Обоснование затрат на воспроизводство плодородия почв при экономической оценке сельскохозяйственных угодий / Н.Е. Синицына, В.М. Янюк // Актуальные вопросы агрохимии и почвоведения: Сб. науч. работ СГАУ им. Н.И. Вавилова. – Саратов, 2006. –С. 91-95.

46. Янюк В.М. Оптимизация информации мониторинга эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель / В.М. Янюк // Вестник СГАУ им. Н.И. Вавилова. – 2007. – № 2. – С. 30-32.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.