Проект комплексной мелиорации и использования участка

Размещено на http://www.allbest.ru/

I. Теоретическое обоснование потребности в мелиорациях

1. Факторы жизни растений, их оптимальные значения и соотношения, влияние на урожай согласно законам земледелия

Незаменимыми факторами жизни растений являются свет, тепло, воздух, вода, питательные вещества, реакция среды. Все эти факторы - взаимонезаменяемы. Все они должны поступать к растениям одновременно и, что очень важно, в определенных, оптимальных соотношениях.

Требования растений к свету. Рост и развитие растений зависят от интенсивности и спектрального состава света. Недостаток света приводит к голоданию и гибели растений, а избыточная освещенность - к угнетению и ожогам. Физиологическое воздействие света на растение происходит через фотосинтез, определяя его скорость. Поток солнечных лучей, богатых ультрафиолетом, оказывает бактерицидное действие на микрофлору.

Среди сельскохозяйственных растений широко распространен фотопериодизм, связанный с условиями освещения. К фотопериодическим реакциям относят наступление фаз роста и развития. По продолжительности освещения выделяют растения длинного дня (не менее 12 ч), короткого (менее 12 ч) и нейтрального дня.

Требования растений к теплообеспеченности и температурному режиму. В развитии растений ведущую роль играет температурный фактор. Оценку потребности растений в тепле дают по сумме активных температур (выше 10 °С) за период вегетации. Колебания потребности в тепле одних и тех же культур зависят от сорта. Каждое растение предъявляет определенные требования к теплу, меняющиеся на протяжении вегетации. Знание этих требований позволяет дать агроэкологическую оценку условиям выращивания и размещения культур с учетом агроландшафтов.

Особое значение имеет теплообеспеченность растений в начальные периоды жизни растений, т. е. при прорастании семян и появлении всходов. Знание требований растений к теплу позволяет правильно установить сроки посева, разработать приемы обработки почвы и меры борьбы с сорными растениями.

Требования растений к влагообеспеченности. Вода - важнейшее условие жизни растений. Она необходима для прорастания семян, служит составной частью синтезируемого органического вещества, средой для питательных веществ и биохимических процессов. Оптимальная влажность корнеобитаемого слоя почвы, при которой достигается максимальная интенсивность роста растений, изменяется в пределах 65-90 % наименьшей влагоемкости (НВ). Одним из показателей потребности растений в воде служит транспирационный коэффициент, т. е. количество воды, необходимое для создания единицы сухого вещества в растении.

Потребность растений в воде изменяется по фазам роста и развития сельскохозяйственных культур. Фазы, в которые растения требуют наибольшего количества воды, называются критическими.

Общий расход воды с 1 га (в м³ или в мм) называется суммарным водопотреблением возделываемой в данном поле сельскохозяйственной культуры, а расход на 1 т урожая - коэффициентом водопотребления. Коэффициент водопотребления имеет важное значение при расчете уровня возможной урожайности.

Требования растений к элементам питания. В растениях из простых органических соединений и минеральных веществ образуются сложные органические продукты. Они состоят из углерода, кислорода, водорода, азота и многих минеральных элементов. На долю первых трех элементов приходится 94% сухого вещества растений, причем углерод по массе составляет в сухом веществе в среднем 45%, кислород - 42% и водород - 7%. Оставшиеся 6 % сухой массы урожая приходятся на долю азота и зольных элементов. Все наземные растения ежегодно извлекают из атмосферы около 20 млрд т углерода в форме СО₂ (1300 кг/га).

В растениях обнаружены практически все известные химические элементы, доказано участие 27 из них в процессах обмена, 15 признаны необходимыми для нормального роста и развития растений.

Земледелец активно вмешивается в круговорот веществ в почве, используя такие факторы и приемы, как удобрения, современные технологии, мелиорацию земель, различные виды и сорта сельскохозяйственных растений, оказывая существенное влияние на почвенные процессы.

По мере интенсификации земледелия возникает необходимость улучшения всего комплекса почвенных свойств, расширенного воспроизводства ее плодородия. Возможность такого преобразования почвы заложена в ее природе как возобновляемого природного ресурса. Однако при неправильном использовании почва может утратить плодородие.

Установлены определённые закономерности во взаимоотношениях растений с окружающей их средой, получившие название законов земледелия.

1. Закон минимума: повышение урожайности всегда ограничивается фактором, оказавшимся в минимуме.

2. Закон оптимума: при постоянно повышающихся дозах факторов урожайность повышается до тех пор, пока не пройдено состояние оптимума.

3. Закон незаменимости и равнозначности факторов: все факторы равнозначны, и ни один из них не может быть полностью заменен другим.

4. Закон взаимодействия факторов: чем больше факторов находится в оптимуме, тем меньше отрицательное влияние фактора, находящегося в минимуме. Совместное применение факторов (вода и питательные вещества, орошение и удобрение) обеспечивает прибавку урожая, превышающую сумму прибавок от их раздельного действия.

5. Закон возврата: чтобы плодородие почв не снижалось факторы, выносимые с урожаем (вода и питательные вещества), должны постоянно восполняться.

2. Природная обеспеченность почв факторами жизни растений и потребность их регулирования

Cреди этих всех факторов жизни растений вода занимает особое место, так как и воздушный, и тепловой, и пищевой режимы почвы находятся в большой зависимости от водного режима. Так, в избыточно увлажненных почвах недостаточно воздуха, и, следовательно, кислорода, необходимого для дыхания корней растений и нормальной жизнедеятельности определенных групп микроорганизмов. Избыточно увлажненные почвы - это “холодные” почвы, и требуется много тепла, чтобы их прогреть. При недостатке тепла и воздуха в таких почвах преобладают анаэробные процессы, в результате которых органические вещества не разлагаются, не минерализуются, и потому в таких почвах нет или недостаточно питательных веществ в усвояемой для растений форме.

После удаления избытка воды из почвы место воды занимает воздух, то есть увеличивается аэрация. Осушенная почва лучше прогревается, следовательно, улучшается тепловой режим почвы. С увеличением аэрации и повышением температуры осушаемой почвы анаэробные процессы в ней сменяются аэробными. В результате аэробных процессов органические вещества в почве минерализуются, образуя, в конечном счете, окисленные соединения - нитраты, фосфаты, сульфаты, угольную кислоту и другие. Таким образом, при аэробном разложении происходит обогащение почвы питательными веществами в легкодоступной, усвояемой для растений форме.

В условиях недостаточного увлажнения дефицитным является содержание влаги в почве. При недостатке воды в почве растения нормально развиваться не могут, так как питательные вещества они усваивают только в очень слабой концентрации. Повышение концентрации почвенных растворов и температуры почвы требуют восполнения недостатков воды в почве путем дополнительного увлажнения почвы - орошения.

Из изложенного выше следует, что, воздействуя только на водный режим почвы - удаляя избыток или восполняя недостаток, - мы оказываем прямое воздействие на воздушный, тепловой и пищевой режимы и, в конечном итоге, на плодородие почвы.

Наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы создается тогда, когда она насыщена влагой примерно до 70-80% полной влагоемкости. Водно-воздушный режим почвы зависит от пористости почвы. Пористость в % от объема почвы должна быть:

Общая - 50-65%

Капиллярная - 35-40%

Некапиллярная- 15-25%

По природным условиям, и в частности по количеству осадков и теплу, районы нашей страны далеко не одинаковы. В зависимости от баланса влаги и тепла территорию России условно делят на пять зон: тундру, лесную, лесостепь, степь, пустыню.

В тундре и лесной зоне, где осадков выпадает больше, чем испаряется, наблюдается переувлажнение и заболачивание почв. В лесостепной зоне испарение превышает количество осадков, в степной и полупустынной зонах осадков выпадает в 2,5-9 раз меньше, чем испаряется.

Помимо крупных природных зон, в нашей стране для административных и хозяйственных целей выделены природно-хозяйственные, а для целей районирования сельскохозяйственных культур, внесения удобрений и других нужд - специальные сельскохозяйственные зоны или районы. Природно-хозяйственные районы обычно включают несколько административных областей, более или менее сходных по природным условиям.

При выделении мелиоративных зон и районов и тем более отдельных объектов орошения и осушения внутри крупных природных зон приходится учитывать не только климат и ландшафт, но и почвенно-гидрологические условия:

рельеф и механический состав почв (пойма, древняя терраса, предгорье, пески, просадочные земли и др.);

типы почв и их сочетание (чернозёмы, дерново-подзолистые, засоленные почвы и др.);

гидрогеологические и гидромелиоративные свойства почв и грунтов, которые характеризуются наличием водоупора, близостью стояния и минерализацией грунтовых вод, их отточностью, водопроницаемостью и водоподъёмной способностью, общей и свободной ёмкостью насыщения почв и грунтов и др.

А.Н.Костяков при выделении зон различного увлажнения пользовался коэффициентом водного балланса К=м·Р/Е , где м - коэффициент использования осадков; Р - осадки за год, мм; Е - испаряемость, мм. Европейская территория России была разделена А.Н.Костяковым на три крупные зоны: избыточного увлажнения - К>1; неустойчивого увлажнения - К=1 и недостаточного увлажнения - К<1.

При выделении климатических зон Н.Н.Иванов пользовался коэффициентом увлажнения К=Р/Е, где Р - сумма осадков за год, мм; Е - годовая испаряемость, равная сумме месячной испаряемости (?Е_м), мм. В лесной, наиболее увлажнённой зоне коэффициент К будет >1,0.

Г.Т.Селянинов при выделении климатических и сельскохозяйственных зон пользуется гидротермическим коэффициентом К=Р·10/?t, где Р - сумма осадков за период вегетации, мм; ?t - сумма среднесуточных температур воздуха за тот же период, °С. Гидротермический коэффициент по Г.Т.Селянинову в зависимости от степени увлажнения имеет следующие значения: при полном бездождье - 0; при сильной засухе - 0,5; при границе засухи - 1; при хорошем увлажнении - 1,5; при избыточном увлажнении - 2.

Наиболее благоприятным гидротермическим коэффициентом обладают районы Нечернозёмной зоны и северной лесостепи. Гидротермические коэффициенты сильно снижаются в летние месяцы.

3. Мелиорация как средство регулирования факторов жизни растений. Определение, типы и виды мелиораций

Мелиорация земель -- это коренное улучшение земель путем проведения гидротехнических, культуртехнических, химических, противоэрозионных, агролесомелиоративных, агротехнических и других мелиоративных мероприятий. Она повышает плодородие почвы, улучшает ее водный и тепловой режим, регулирует микроклимат в приземном слое воздуха, создает благоприятные условия для роста, развития растений и получения устойчивых и высоких урожаев, а также для производительного использования машин.

В отличие от обычных агротехнических приемов (вспашка, боронование и т. п.), которые проводятся ежегодно, мелиорация имеет длительное, коренное воздействие на землю и представляет собой целую систему организационно-хозяйственных, технических и других мероприятий.

По воздействию на почву и растение различают агротехнические, лесотехнические, химические и гидротехнические мелиорации.

При агротехнических мелиорациях повышение плодородия земель достигается правильным выбором глубины и направления вспашки, почвоуглублением. К агромелиорации относится также залужение крутых склонов, мульчирование почвы, улучшение лугов и пастбищ и снегозадержание.

Под лесотехническими мелиорациями подразумевается улучшение земель при помощи посадки древесной или травянистой растительности в сочетании с древесной.

При химических мелиорациях для улучшения земель в почву вносят известь, гипс, дефекационную грязь, поваренную соль, синтетический каучук, фосфоритную муку.

При гидротехнических мелиорациях улучшение земель достигается изменением водного режима почвы. С целью регулирования водного режима почвы, а следовательно, и искусственного орошения строят плотины, водохранилища, крупные и мелкие оросительные и осушительные каналы, трубопроводы и лотки.

Гидромелиорация земель - это проведение комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих коренное улучшение заболоченных, излишне увлажненных, засушливых, эродированных, смытых и других земель, состояние которых зависит от воздействия воды. Гидромелиорация земель направлена на регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов почв на мелиорированных землях. Гидромелиорация земель включает в себя следующие виды: оросительные, осушительные, противоэрозионные, противонаводковые, противооползневые, противоселевые.

Сельскохозяйственные мелиорации представляют собой систему организационно-хозяйственных и технических мероприятий, имеющих задачей коренное улучшение неблагоприятных природных (гидрологических, почвенных, агроклиматических) условий с целью наиболее эффективного использования земельных ресурсов в соответствии с потребностями социалистического хозяйства.

Комплекс мероприятий по борьбе с эрозией почв включает агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические приемы, направленные на сохранение плодородия почвы, предотвращение смыва и размыва ее разрушительной силой сосредоточенных водных потоков.

Экономические требования:

1. Осуществление мелиоративных мероприятий не должно приводить к ухудшению состояния окружающей среды.

2. Мелиорация должна быть: всесторонней (комплексной), социально необходимой, экологически чистой и экономически оправданной.

II. Разработка проекта на конкретном участке

мелиорация почва уклон

1. Изучение участка по плану, построение его продольного профиля по центру, разделение на элементы рельефа, вычисление уклонов

Для более наглядного представления об участке на миллиметровой бумаге построен продольный профиль поверхности участка по центру в масштабах: вертикальный 1:100, горизонтальный 1:10000. По расстояниям между горизонталями и визуальными изменениями уклона участок разделён на элементы рельефа: водораздел, склон и пойму. Расчитаны уклоны по формуле:

i = (H_a-H_b)/L_ab,

где i - уклон участка;

Н_А, Н_В - отметки верхней и нижней горизонталей;

L_ab- расстояние между верхней и нижней отметками, м.

Вычисление уклонов:

i _{водораздела} = 95,4-94,0/6,5*100=0,0022

i _cклона = 94,0-91,0/5,0*100=0,006

i _поймы = 93,3-91,0/12,7*100=0,0018

Условные обозначения к плану комплексной мелиорации участка:

Лиманы с водовыпусками

Водозадерживающие валы

Магистральный канал

Осушители-оросители

Схема кротового дренажа

Насосная станция

Напорный трубопровод

Гидранты-водовыпуски

9.Схема полива ДДН-100

10.Схема полива ДДА-100MA

11 .Подпорные щитки

12.Схема использования многолетних трав на выпас.

2. Оценка обеспеченности каждого элемента рельефа факторами жизни растений, определение видов потребных мелиораций и очередности их выполнения

Оценка обеспеченности каждого элемента рельефа факторами жизни растений и определение видов потребных мелиораций и очередности их выполнения показаны в таблице 1. Исходя из фактических значений этих показателей, необходимо определить их процентное отношение к оптимальным значениям:

(фактическое значение 100%) / оптимальное значение

По отклонениям от оптимальных значений установлена общая потребность в регулировании факторов жизни растений, а по наибольшим из них (отклонений) установлена очередность их регулирования.

С помощью мелиорации регулируются такие факторы жизни растений как: воздух, вода, питательные вещества, реакция среды. В зависимости от избытка или недостатка факторов подбираются соответствующие виды мелиорации для их регулирования, а в зависимости от реальных возможностей их выполнения, чтобы не нарушить технологический процесс сельскохозяйственного производства, устанавливается очередность выполнения мелиорации.

По проценту обеспеченности участка факторами жизни растений устанавливается важность каждого фактора и потребная очередность их регулирования, а по технологическому процессу - реальная возможность их регулирования.

Очередность выполнения мелиорации, независимо от их важности, будет следующей:

1)осушение - при избыточном увлажнении;

2)культуртехнические мелиорации (КТМ) - при наличии на участке камней, пней, кустарников, кочек, ям;

3)известкование - при избытке кислотности;

4) внесение органических удобрений - при недостатке гумуса и пахотного слоя;

5) внесение минеральных удобрений - при недостатке элементов питания;

6)глубокое рыхление почвы - при недостатке воздуха;

7) орошение - при недостатке продуктивной влаги в метровом слое.

Продуктивную влагу определяют расчетным путем по формуле:

Wпрод=100* H* А (Внв-Ввуз),

где Wпрод.- запас продуктивной влаги, м³/га;

Н - глубина определяемого слоя, м;

А - объемная масса этого слоя, г/см³;

В_нв и В_вуз - влажность, соответствующая наименьшей влагоемкости и влажности устойчивого завядания, % от АСП

-большие значения из интервала - для пахотного слоя;

-меньшие - для метрового слоя

Для помещения в таблицу 1 расчетные значения продуктивной влаги приведены в соответствие с единицами измерения, т.е. переведены из м /га в мм.

1 мм/га = 10000м² * 0,001м - 10м³/га

Расчет запасов продуктивной влаги:

а) в пахотном слое (0,2м)

Легкий суглинок:

Wпрод = 100*0,2*1,25*(19-139)= 250м³/га : 10м³/га*мм= 25 мм

Средний суглинок:

Wпрод = 100* 0,2* 1,25* (25-13)= 300 м³/га: 10м³/га*мм= 30мм

Супесь:

Wпрод=100*0,2*1,28*(14-5) = 230м³/га : 10м³/га*мм=23мм

б) в метровом слое (1,0м)

Легкий суглинок:

Wпрод = 100*1,0*1,55*(13-5)= 1240м³/га: 10м³/га*мм=124мм

Средний суглинок:

Wпрод = 100* 1,0* 1,52* (18-9)= 1368 м³/га: 10м³/га*мм= 137мм

Супесь:

Wпрод = 100*1,0*1,58*(9-3)= 948м³/га : 10м³/га*мм=95мм

Вывод. На водоразделе должны быть проведены: КТМ, известкование, внесение органических и минеральных удобрений. На склоне те же самые, включая глубокое рыхление. На пойме запланировано больше мелиоративных мероприятий (осушение, КТМ, известкование, внесение органических и минеральных удобрений, орошение).

3. Проектирование противоэрозионных мероприятий

Проектирование противоэрозионных мероприятий должно включать регулирование водно-воздушного режима почвы, предотвращение поверхностного стока и максимальное использование осенне-зимних осадков для формирования урожая сельскохозяйственных культур при минимальных затратах.

В начале следует выполнить расчеты фактического состояния этих показателей при естественном сложении почвы (таблица 2).

3.1 Причины эрозии почв, мероприятия по предотвращению и устранению эрозии

Под эрозией почв понимают разрушение и смыв почвы водой, стекающей по поверхности земли, или выдувание плодородного слоя ветром.

Эрозия распространена повсеместно, и в настоящее время на земном шаре безвозмездно потеряно более 50 млн. га плодородных земель.

В зависимости от времени проявления эрозионных процессов различают древнюю (геологическую) и ускоренную, или современную, эрозию.

Древняя эрозия возникла до появления человека под воздействием тектонических процессов, движения ледников, их таяния, стекания вод и выветривания горных пород. Природные процессы эрозии протекают очень медленно. При этом потеря почвы от смыва, размыва и выдувания восстанавливается в результате почвообразовательных процессов, постоянно происходящих в верхних слоях земной коры.

Ускоренная эрозия - результат нерациональной деятельности человека без соблюдения почвозащитных мероприятий. При нарушении создавшегося в природе равновесия эрозионные процессы активизируются и протекают очень быстро.

В зависимости от причин возникновения различают ветровую и водную эрозию, проявляющиеся, в свою очередь, в различных видах.

Ветровая эрозия почв особенно сильно проявляется в южных районах. Ветровая эрозия делится на повседневную (местная), пыльные бури и выдувание почвы вместе со снегом зимой.

Повседневная эрозия проявляется в виде пыльных столбов, образующихся на пашне и развитых песках в результате подъема ветром почвенных частиц и поземки, при которой ветер передвигает частицы почвы вдоль поверхности земли. Местная эрозия возникает при скорости ветра менее 12 м/с.

Пыльные бури проявляются в виде разрушения и выдувания верхних слоев почвы ветром при скорости 12-15 м/с. В местах ослабления его скорости перед препятствиями (строения, зеленые насаждения, балки и овраги) образуются отложения почвенных частиц в виде кос и гряд.

Зимнее выдувание почвы проявляется в сдувании с полей сильным ветром вместе со снегом верхних частиц почвы с образованием сугробов из чередующихся слоев почвы и снега.

Водная эрозия распространена в центральных и северных районах.

Водная эрозия подразделяется на склоновую (плоскостная и линейная) и овражную.

Плоскостная водная эрозия проявляется в виде смыва и размыва почвы. Смыв выражается в постепенном, более или менее равномерном выносе с поверхности склона почвенных частиц текущими водами на склонах крутизной 0,5-1° и более. При значительном стоке плоскостная эрозия приводит к образованию мелкоструйчатого ручейкового размыва.

Линейная эрозия проявляется в виде размыва почвы концентрированным потоком в пониженных местах склона с образованием промоин и рытвин, которые в дальнейшем разрастаются вглубь и вширь и превращаются в овраги.

К особым видам эрозии относится речная, береговая, горная и техническая.

Мероприятия по борьбе с эрозией почв должны носить комплексный характер. В комплекс мер по борьбе с эрозией почв входят организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия.

Организационно-хозяйственные мероприятия. В системе противоэрозионных мероприятий ведущая роль принадлежит организации территории, в основе которой лежит правильное размещение на эродированной территории сельскохозяйственных угодий и севооборотных массивов, полей севооборота и производственных (бригадных) участков. Такое размещение ведется с учетом особенностей рельефа, экспозиции склонов, почв и степени их смытости, чтобы при проектировании агротехнических, лесомелиоративных, гидротехнических и других мероприятий создать наилучшие условия для агротехники культур, главным образом противоэрозионной и механизации процессов сельскохозяйственного производства.

В целях предупреждения эрозионных процессов немаловажное значение имеет правильное размещение дорожной сети, пастбищ, прогонов скота, а также больших садовых массивов на склонах и балках.

Противоэрозионные мероприятия, особенно защитные насаждения, в каждом хозяйстве проектируют во время внутрихозяйственного землеустройства в увязке с общей организацией территории, в единой системе мероприятий, направленных на повышение урожаев сельскохозяйственных культур.

Агротехнические мероприятия. Большинство агротехнических приемов является составной неотъемлемой частью технологии обработки почвы при возделывании сельскохозяйственных культур.

Агротехнические противоэрозионные мероприятия осуществляют с целью: предупреждения или резкого сокращения возможности проявления эрозионных процессов; повышения сопротивляемости почв смыву, размыву и выдуванию; увеличения водопоглощающих свойств почвы и уменьшения скорости ветра в приземном слое; накопления и сбережения влаги в районах недостаточного увлажнения; восстановления и повышения плодородия почв. Это достигается: применением способов обработки почвы, улучшающих водопоглотительную способность и устойчивость почв к смыву, размыву и выдуванию ветром, созданием на значительной части пашни сплошного растительного покрова с почвозащитным чередованием сельскохозяйственных культур; проведением мероприятий по задержанию и регулированию поверхностного стока; применением органических и минеральных удобрений.

Наиболее эффективным и простым агротехническим приемом защиты почв от водной эрозии является глубокая зяблевая вспашка поперек склона на глубину 25-35 см. Глубина вспашки зависит от мощности гумусового слоя и экспозиции склона. При этом приеме запас воды в метровом слое почвы увеличивается на 20-25 мм, в 2-3 раза сокращается смыв почвы и на 2-2,5 ц/га повышается урожай зерновых культур. При этом приеме все последующие обработки (боронование, культивация, посев) проводят поперек склона.

На пологих односкатных склонах крутизной до 4° применяют поперечное обвалование зяби и паров плугом с удлиненным отвалом, который одновременно со вспашкой создает валики высотой 0,20...0,25 м, чередующиеся с бороздами (через 1,4...1,7 м).

Наряду с обвалованием применяют прерывистое бороздование навесным чертырехкорпусным плугом (или пятикорпусным прицепным плугом со снятым пятым корпусом), оборудованным специальной крыльчаткой, которая образует перемычки. Иногда борозды нарезают окучниками.

На сложных склонах крутизной до 6° более эффективным способом является поделка микролиманов плугом «Пахарь» со специальным приспособлением УМЛ-1-90. Можно применять лункообразователь ЛОД-10 или специальные приспособления к лущильникам ЛД-10 и ЛД-5.

При такой обработке почвы на поверхности пашни образуются понижения глубиной до 0,10-0,15 м, длиной 1,10-1,20 м и шириной 0,3-0,9 м, которые задерживают на каждом гектаре от 250 до 350 м³ воды.

Вспашку почвы с почвоуглублением, обвалование, поделку микролиманов применяют на позднеосенней зяби.

При обработке ранней зяби и ранних паров, обрабатываемых в течение лета, наиболее эффективно лункование, которое выполняют теми же орудиями, что и поделка микролиманов. При обработке почвы лункообразователем на поверхности пашни получаются лунки глубиной 18-20 см, шириной до 30 см и длиной до 120 см, которые весной задерживают на каждом гектаре 250- 300 м³ воды. Этот прием обработки повышает урожай сельскохозяйственных культур на 2-3 ц/га.

Эффективными агротехническими приемами являются кротование и щелевание почвы. Кротование проводят навесным кротователем КНА-100, который создает на глубине 40-50 см от поверхности цилиндрические пустоты диаметром 5-6 см на расстоянии 1-1,5 м одна от другой. Кротование способствует задержанию до 150 м³ воды на каждом гектаре и увеличивает урожай зерновых культур на 2-3 ц/га.

Щелевание почвы применяют для предотвращения образования на поверхности пашни водонепроницаемой корки. Оно заключается в поделке специальными орудиями узких (3-5 см), но глубоких (до 60 см) щелей с расстояниями между ними 1-1,5 м. Щелевание выполняют каналокопателями КЗУ-0,3 в агрегате с гусеничным трактором, рыхлителем ГР-2,7 или специальными ножами, установленными на раме плуга. Щелевание почвы способствует уменьшению поверхностного стока и повышению урожая сельскохозяйственных культур.

На крутых склонах и в районах распространения ветровой эрозии применяют полосное земледелие и буферные полосы. Сущность полосного земледелия состоит в том, что посевы сельскохозяйственных культур по-разному защищают почву от эрозии. Наибольшее защитное действие проявляется на посевах многолетних трав и озимых зерновых, меньшее - при возделывании пропашных культур.

При полосном земледелии сельскохозяйственные культуры размещают полосами поперек склона, хорошо защищающими почву от смыва и выдувания с менее устойчивых к эрозии почв. Ширину полос устанавливают в зависимости от агроклиматических условий и делают кратной четному числу проходов посевных сельскохозяйственных машин (на склонах до 8° - 20-40 м, на равнине - 50-150 м).

На длинных и крутых склонах, занятых под сады и пропашные культуры, применяют буферные полосы в виде узких лент из многолетних трав или кустарника, расположенных поперек склона. Ширина полос берется 4 - 6 м с расстоянием между ними 30-40 м на склонах 6-8° и 8-10 м с расстоянием между полосами 20-30 м на склонах крутизной 10-12°.

Большое значение для уменьшения интенсивности эрозионных процессов имеет регулирование местного стока (снегозадержание, регулирование таяния снега и др.) и применение системы удобрений, улучшающих структуру и физические свойства почвы.

Используют также способы минимальной обработки почвы, при которых значительно сокращается число механических обработок.

Хорошо себя зарекомендовала система мелиоративного земледелия с контурно-полосной противоэрозионной организацией территории. При такой организации территории площадь водосбора делится на ряд полос по горизонталям, начиная от водораздела до гидрографической зоны.

Регулирование поверхностного стока осуществляется валами, совмещенными с водопоглощающими канавами глубиной 60-70 см, заполненными органическими материалами (виноградная лоза, солома). Валы и канавы располагают строго по горизонталям. Ширину полос принимают в зависимости от агроклиматических условий и рельефа. По контуру каждой полосы сажают лесные или плодовые деревья строго по горизонталям.

Органические материалы, заполняющие канавы, в сочетании с лесными полосами способствуют водопоглощению и восполняют отсутствие лесной подстилки и степного войлока, что предупреждает промерзание почвы даже при сильных и длительных морозах.

Лесомелиоративные мероприятия. Лесные полосы размещают в соответствии с существующими инструкциями по полезащитному лесонасаждению. В зависимости от защитной роли и места размещения на склонах противоэрозионные лесные насаждения делятся на:

приводораздельные, размещаемые на водоразделах. Они способствуют накоплению снега на водоразделах и защите прилегающих склонов от ветров;

водорегулирующие, размещаемые на перегибах склона от водораздела до бровки гидрографической сети. Они способствуют задержанию поверхностного стока и уменьшению его разрушительной силы;

прибалочные и приовражные, размещаемые по границам полей севооборотов на 3-5 м выше бровок балок и оврагов. Они предотвращают рост оврагов и укрепляют их берега, регулируют поверхностный сток на вышележащем склоне и уменьшают эрозию почв;

насаждения на берегах балок речных долин и откосах оврагов, способствующие их закреплению и предотвращению размывов. Они также задерживают склоновый сток на вышерасположенном склоне;

донные лесные насаждения, размещаемые в днищах балок и оврагов и предотвращающие их размыв.

Расстояния между лесными полосами на склонах устанавливают с учетом формы, крутизны, экспозиции и протяженности склонов и водопроницаемости почв. Ширина лесных полос принимается минимально необходимой для более полного задержания поверхностного стока. Для водорегулирующих лесных полос она равна 12-20 м, для прибалочных - 20-30 м.

В равнинной местности для защиты почв от ветровой эрозии закладывают продольные полезащитные лесные полосы, располагаемые поперек направления господствующих ветров (основные), и поперечные (вспомогательные).

Лесные полосы совмещают с границами полей севооборотов.

3.2 Расчет влаго- и воздухоёмкости почв, возможности предотвращения поверхностного стока и эффективности использования осенне-зимних осадков при естественном сложении почвы и после глубокого рыхления

Расчитаны показатели водно-воздушного режима почвы и максимальное использование осенне-зимних осадков для формирования урожая сельскохозяйственных культур при минимальных затратах при естественном сложении почвы, а также после проведения глубокого рыхления почвы по приведённым ниже формулам. Рассчитанные показатели занесены в таблицу 2.

Воздухоёмкость W_{воздуха} = W_ПВ - W_НВ

Объём водовместимости почвы W_в-вм = W_ПВ - W_ВУЗ

Объём продуктивной влаги W_прод = W_НВ - W_ВУЗ

Объём впитывания воды в почву в период таяния снега

W_впит = V_впит · t_таяния · 1440

Возможный объём стока из-за недостатка водовместимости

W_стока = W_{ос-зим ос.} - W_в-вм

из-за недостатка объёма впитывания W_стока = W_{ос-зим ос.} - W_впит

Возможная урожайность с.-х. культур У_возм = W_реал / К

Таблица 2

Расчет влаго- и воздухоемкости почвы, возможности предотвращения поверхностного стока и эффективности использования осеннее-зимних осадков при естественном сложении почвы и после глубокого рыхления

№ п/п	Показатели	Ед.изм.	Водораздел, легк.сугл.	Склон, средн.сугл.
			при ест.слож.	после глуб. рыхления	при ест.слож.	после глуб. рыхления
						1 раз	2 раз
1	Годовое кол-во осадков (Wос.год.)	мм	500		500	500
2	Летнее кол-во осадков (Wос.лет.)	мм	240		240	240
3	Осен.-зим. кол-во осадков (Wос.осен.-зим.) (1-2)	мм	260		260	260
4	Пористость почвыт (Wпор.)	% Vпочвы	50		48	58
5	Полная влагоемкость (Wпв.)	мм	500		480	580
6	Наименьшая влагоемкость(Wнв.) (5-7)	% пв	77		87	72
		мм	385		418	420
7	Воздухоемкость (Wвоздуха)	% пв	23		13	28
		мм	115		62	160
8	Влажность устойчивого завядания (Wвуз.)	% нВ	40		50	50
		мм	154		209	210
9	Водопроницаемость (Vвпит.)	мм/мин	0,07		0,035	0,07
10	Продолжительность таяния снега (tТАЯНИЯ)	суток	10		10	10
11	Объем водопроницаемости почвы (Wв-вм.) (5-8)	мм	346		271	370
12	Объем продуктивной влаги (Wпрод.) (6-8)	мм	231		209	210
13	Объем впитывания (Wвпит.) воды в почву в период таяния снега	мм	1008		504	1008
14	Возможный объем стока (Wстока из-за недост.) Wв-вм. (3-11)	мм	-86		-11	-110
	Wвпит. (3-13)	мм	-748		-244	-748
15	Реальный обьем поступления (Wреальн.)воды в почву от осенне-зимних осадков (наименьшее из п.п. 3;11;12;13)	мм	231		209	210
		м3/т	2310		2090	2100
16	Коэффициент водопотребления зерновых культур (К)	м3/т	1000		1000	1000
17	Возможная урожайность зерновых культур за счет осенне-зимних осадков (Увозм.) (15/16)	т/га	2,3		2,1	2,1

Вывод. На водоразделе объем воздуха в почве соответствует оптимальному, весь объем осенне-зимних осадков вмещается в почву и успевает впитываться в период таяния снега, поэтому никакого дополнительного рыхления на этой почве не требуется. На склоне наблюдается поверхностный сток. Пористость почвы меньше оптимальных значений, воздухоёмкость почв меньше оптимальных значений, поэтому для улучшения водно-физических свойств почвы, прекращения поверхностного стока необходимо провести одно глубокое рыхление вибрационными рыхлителями ВР-80 и РВШ-0,8 при оптимальной влажности. Из таблицы 2 видно, что после проведения глубокого рыхления на склоне улучшается воздухоёмкость почв, водопроницаемость, водовместимость и прекращается поверхностный сток.

Глубокое рыхление должно выполняться в севообороте в сочетании с другими противоэрозионными мероприятиями с таким расчетом, чтобы глубокое рыхление или щелевание тяжелых почв проводилось не реже одного раза в 4-5 лет.

Регулирование водно-воздушного режима и доведение его до оптимальных значений необходимо на всех почвах, нуждающихся в нем, независимо от уклона участка.

3.3 Проектирование лиманов и водозадерживающих валов

Проектирование лиманов предусматривается в том случае, когда глубокое рыхление не обеспечивает предотвращение поверхностного стока осенне-зимних осадков, выпадающих непосредственно на участок или поступающих с прилегающих территорий, когда уклон участка менее 0,005.

Лиманы должны способствовать: дополнительному увлажнению участка; продлению срока поступления воды в почву и сбросу избыточных вод после пика снеготаяния; предотвращению эрозии почвы. При проектировании лиманов следует выполнить расчеты расстояний между валами. Расстояние между валами лиманов вычисляют по формуле:

в = (Н₂-Н1)/i;

где Н₁- наименьший слой воды в лимане=0,2 м

Н₂ - наибольший слой воды в лимане=0,8 м

i - уклон участка.

Расчет расстояния между валами:

для водораздела:

iв-р = 0,0022

Lв-р = 6,5 см = 650 м

врасч= (0,8-0,2)/ 0,0022 =273м

n = L/в = 650/273 =2,4 = 3

В_ф= L\n = 650/3 = 217:100=2,2 =2 см

для склона:

iскл = 0,006

Lскл = 4,3 см = 430 м

врасч =(0,8-0,2) / 0,006 = 100м

n = 490/100 = 4,9 = 5

В_ф= 490/5 = 98:100 = 0,98 = 1см

3.4 Вычисление площадей полей, подбор культур, разработка севооборотов для водораздела и склона

Проектирование севооборотов для водораздела и склона должно быть согласовано с противоэрозионными мероприятиями на этих элементах рельефа.

Прежде всего, необходимо разделить участки на поля, количество, размеры и форма которых должны соответствовать запроектированным ранее лиманам. Затем подобрать культуры и схемы севооборотов.

На водоразделе можно размещать полевые севообороты с пропашными культурами, особо не нуждающимися в орошении (картофель, кукуруза, морковь, столовая свекла) и всеми полевыми культурами.

На склоне непременно нужно проектировать почвозащитный севооборот, полностью исключающий пропашные культуры и чистый пар, и с минимальным количеством полей, занятых зерновыми культурами.

Севооборот для водораздела:

поле - овес с подсевом многолетних трав

поле - многолетние травы 1 года пользования

поле - многолетние травы 2 года пользования

поле - многолетние травы 3 года пользования

поле - картофель

поле - морковь

Разработка почвозащитного севооборота для склона и противоэрозионных мероприятий в нем.

Для предотвращения поверхностного стока воды и эрозии почв на склонах рекомендуется вводить почвозащитные севообороты, состоящие преимущественно из многолетних трав.

Направление полей длинной стороной должно быть вдоль горизонталей, поперек склона. Ширина полей подбирается в зависимости от уклона.

Севооборот для склона:

поле - пшеница с подсевом клевера

поле - клевер 1 года пользования

поле - клевер 2 года пользования

поле - клевер 3 года пользования

- озимая рожь

Обоснование почвозащитного севооборота и противоэрозионных обработок в нем.

Для защиты почвы от эрозии на склонах в литературных источниках рекомендуется полосное размещение культур и защитных полос. Так на склоне 10-12° ширину защитных полос, состоящих из многолетних трав, рекомендуют 8-10м и межполосное пространство 20-30см.

Разная ширина защитных полос и межполосного пространства не позволяет сделать равновеликие поля и затрудняет чередование культур в полях.

Поэтому целесообразнее нарезать поля одинаковой ширины, а более широкие полосы полей с многолетними травами только повысят противоэрозионную надежность почв на склоне.

Для повышения водопроницаемости почвы через четыре года после глубокого рыхления рекомендуется щелевание многолетних трав.

Кроме того, по границам полей поперек склона можно предусмотреть устройство водозадерживающих валов. Таким образом, должна быть обеспечена полная защита почв от эрозии, как на водоразделе, так и на склоне.

4. Проектирование осушительно-оросительной системы в пойме

4.1 Выяснение причин избыточного увлажнения, выбор методов и способов осушения

Создание только одной осушительной системы вследствие кратковременности ее действия в течение вегетационного периода будет иметь низкую эффективность. Исходя из этого, целесообразно проектирование осушительно-оросительной системы двойного регулирования водного режима, чтобы система использовалась в течение всего вегетационного периода: весной - как осушительная, а летом - как оросительная.

Причины избыточного увлажнения земель:

климатические - преобладание осадков над испарением

рельеф местности - вода может скапливаться в замкнутых пониженных элементах рельефа

слабая водопроницаемость почвы

растительность - лес, травы, мох способствуют задержанию влаги на участке.

Различают пять основных типов водного питания избыточно увлажненных земель:

1. атмосферный, при котором основным источником избыточной влаги являются атмосферные осадки. Этот тип водного питания наблюдается на верховых болотах, расположенных на водораздельных плато, а также на равнинах, сложенных глинистыми и суглинистыми почвогрунтами с малыми уклонами поверхности.

2. грунтовый, при котором в переувлажнении земель принимают участие грунтовые воды, формирующиеся в пределах переувлажненного массива за счет атмосферных осадков или притока грунтовых вод со стороны (поток грунтовых вод), при этом уровень грунтовых вод близко подходит к поверхности земли.

3. грунтово - напорный, при котором избыточное увлажнение возникает также за счет грунтовых вод и за счет восходящего тока воды из напорных пластов в грунтовые воды.

4. склоновый (делювиальный), при котором переувлажнение происходит за счет воды, притекающей со склонов водосбора и накапливающейся у подножия склонов на тяжелых слабопроницаемых почвах.

5. намывной (аллювиальный), при котором основной причиной переувлажнения являются воды рек, озер, водохранилищ, выходящие из берегов в периоды половодий и паводков, затапливающие прилегающие пойменные земли.

Методы и способы осушения:

В практике осушения сельскохозяйственных земель под методами осушения понимается направленность мероприятий по устранению избыточного увлажнения земель.

Способы осушения определяют систему технических средств и устройств, при помощи которых отводится избыток воды с осушаемых земель.

Методы осушения выбирают и применяют в зависимости от типа водного питания (ТВП) избыточно - увлажненных земель. Различают пять основных методов осушения:

1. при атмосферном ТВП - ускорение поверхностного стока. Этот метод применяют на лугах и пашнях с тяжелыми почвами (глины, суглинки). Для ускорения отвода поверхностных вод дополнительно к каналам применяют планировку и выравнивание поверхности с засыпкой отдельных понижений.

2. при грунтовом ТВП - понижение уровня грунтовых вод. Данный метод используют на торфяных, песчаных, супесчаных и суглинистых почвах с близким залеганием уровней грунтовых вод. Осуществляется это путем устройства каналов и различных дренажей на осушаемом участке.

3. при грунтово - напорном ТВП - понижение уровней подземных вод и связанных с ними грунтовых вод. Метод понижения уровней напорных вод применяют при осушении болот напорного питания.

4. при склоновом ТВП - перехват воды, поступающей на осушаемый массив со склонов водосбора.

5. при намывном ТВП - ограждение пойм от затопления, ускорение руслового стока.

Способы осушения назначают в зависимости от метода осушения, типа водного питания, а также планируемого сельскохозяйственного использования осушаемых земель. Выбор способа осушения должен быть экономически обоснован. Существуют два основных способа осушения: осушение земель производится либо системой открытых осушительных каналов, либо системой закрытых осушительных каналов - дренажом. В зависимости ТВП способы осушения можно конкретизировать следующим образом:

1. при атмосферном ТВП - осушение производится с помощью открытых каналов - собирателей, искусственных ложбин, дополняемых агромелиоративными мероприятиями (кротование, щелевание, рыхление подпахотного слоя почвы и др.).

2. при грунтовом и грунтово - напорном ТВП - осушение осуществляется с помощью устройства дренажных систем (коллекторов, дрен).

3. при склоновом ТВП - устраиваются нагорные, ловчие каналы; проводят на склонах противоэрозионные мероприятия.

4. при намывном ТВП - производится регулирование русел рек (спрямление, углубление), строительство дамб.

Осушительная система и ее основные элементы.

Осушительная система представляет собой комплекс инженерных сооружений и устройств, создающих необходимые условия для улучшения водного режима переувлажненных земель. В состав осушительной системы входят:

1. регулирующая сеть (осушители, дрены, собиратели) служит для сбора и удаления с осушаемой территории избыточных поверхностных и грунтовых вод.

2. ограждающая сеть (оградительная) - нагорные, ловчие каналы, дамбы - предназначена для защиты осушаемой территории от притока поверхностных и грунтовых вод со стороны прилегающих склонов.

3. проводящая сеть - магистральные каналы, транспортирующие собиратели, коллекторы - связывает регулирующую и оградительную сети с водоприемником.

4. водоприемник - река, озеро, балки, овраги - принимает воду, собираемую осушительной сетью.

5. гидротехнические сооружения - перепады, смотровые колодцы, шлюзы - предназначены для управления потоком воды при ее отводе, а также для предотвращения размывов и заиления каналов и дрен.

6. дорожная сеть - дороги, мосты, трубы - переезды - служат для въезда и выезда транспорта, сельскохозяйственной техники на осушаемые земли.

7. эксплуатационная часть - здания, гидрометрические посты, линии связи - служат для контроля и надзора за работой всех звеньев осушительной сети.

Осушительная система должна обеспечивать полный и свободный отвод воды с осушаемой территории и прилегающего водосбора.

4.2 Подбор расстояний между осушителями-оросителями с учетом двойного регулирования водного режима

Все осушители должны располагаться параллельно установленному расположению первого осушителя с заданным уклоном.

Расстояние между осушителями-оросителями должны устанавливаться зависимости от:

1. рекомендуемых расстояний для различных почв Нечерноземной зоны:

40 - 80 м для торфа, тяжелого суглинка и глины

80 - 140 м для среднего суглинка

140 - 200 м для легкого суглинка и супеси

2. ширины захвата дождевальных машин, которые будут применяться для орошения участка. Это могут быть машины ДДН-100 и ДДА-100МА, которые могут забирать воду из открытых каналов и имеют ширину захвата при поливе, равную 120м. Решающее значение в выборе расстояний между осушителями-оросителями имеет ширина захвата дождевальных машин. Следовательно, на всех почвах будет одинаковое расстояние между осушителями-оросителями, равное 120 метрам.

В тех случаях, когда для полного осушения участка требуется расстояние между осушителями менее 120 м ( торф, тяжелый суглинок, глина) расстояние между открытыми осушителями - оросителями следует оставлять равным ширине захвата дождевальных машин, то есть 120 м, а для доосушения участка применять кротовый дренаж, который позволяет увеличить расстояние между открытыми осушителями в два раза.

4.3 Проектирование на плане оросительной системы

Расчет расстояний между подпорными щитками.

При проектировании оросительной системы нужно предусмотреть расположение:

1) насосных станций около реки против самых высоких мест участка;

2)напорных трубопроводов по самым высоким местам участка;

3) гидрантов-водовыпусков против каждого осушителя-оросителя;

4) двух дождевальных машин:

для большей половины участка ДДА-100МА;

для меньшей-ДДН-100;

5)подпорных щитков для обеспечения работы ДДА-100MA

Расстояние между подпорными щитками рассчитывается по формуле:

Lпоймы = 1150 м

Врасч = (H - h)/i, м

Врасч - расстояние, м

Н - наибольший слой воды в канале, м (= 1 м)

h - наименьший слой воды в канале, м (=0,5 м)

i - уклон канала

Врасч = (1 - 0,5)/0,0018 = 278 м

n = L/В = 1150/278 = 4

Вфакт = 1150/4 = 300 м = 3 см

Вся оросительная система должна быть напорно - самотечная, то есть на участок вода должна подаваться под напором по напорным трубопроводам, а по участку - самотеком по открытым каналам (осушителям - оросителям).

5. Проектирование культуртехнических мероприятий

После осушения участка, его необходимо очистить от древесно-кустарниковой растительности, пней и камней. Уничтожить на нем кочки и заровнять ямы. Провести углубление пахотного слоя. Внести известь и органические удобрения. Выполнить глубокое рыхление тяжелых почв, посев предварительных культур (однолетних с посевом многолетних трав), подобрать культуры соответственно количеству полей и ввести севооборот.

Для вычесывания камней с глубины до 50см можно применять рыхлитель-камневычесыватель РВК-2,0 в агрегате с трактором Т-130МГ; а для уборки камней с поля- камнеуборочные машины КУМ-1,2 и УКП-0,6 в агрегате с тракторами ДТ-75М и МТЗ-80.

Пни следует убирать по следующей технологии: выкорчевывание, просушивание, перетряхивание, освобождение от земли, вывозка с участка, измельчение в технологическую щепу и изготовление древесно-стружечных плит (ДСП). Подбор и измельчение древесины можно выполнять машиной МТП-82 в агрегате с тракторами класса 5т (Т-250, К-701).

Уборку кустарника выполнять кусторезами КФ-2,8 в агрегате с Т-130МБГ и кусторезом-измельчителем в агрегате с К-701. Мелкий кустарник измельчать фрезерными машинами МТП-44А и ФКН-1,7 в агрегате с Т-130МБГ.

Уничтожение кочек можно выполнять кочкорезами КПД-2 с фрезерными рабочими органами в агрегате с трактором класса Ют (Т-130МБГ).

Первичную вспашку следует выполнять плугами ПБН-75 и ПБН-100А на глубину 30 см в агрегате с тракторами Т-150 и Т-130МБГ.

Для глубокого рыхления тяжелых почв желательно применять рыхлители с активными рабочими органами ВР-80 и РВШ-0,8, которые агрегатируются с тракторами класса Ют (Т-170 и Т-130.1.Г). Глубокое рыхление нужно выполнять при влажности почвы 70-80% НВ, когда почва хорошо крошится.

Планировка поверхности почвы проводится с целью создания удобств для работы почвообрабатывающей, поливной и уборочной техники.

Технологические требования к выполнению планировки: снять плодородный слой и сбуртовать его за пределами планируемого участка; разрыхлить слой, подлежащий планировке; выполнить планировку; разровнять по поверхности спланированного участка плодородный слой.

Для восстановления плодородия почвы, нарушенного при планировке, на каждый сантиметр неплодородного слоя нужно внести по10т/га органических удобрений. То же самое необходимо делать и при углублении пахотного слоя.

Для повышения уровня плодородия до верхнего предела нужно вносить по 60-100 тонн на гектар органических удобрений в течение 3-4 лет.

А для поддержания бездефицитного баланса гумуса нужно ежегодно вносить на каждый гектар суглинистых почв 10-15т, супесчаных-14-17т и песчаных- 18-20т, т.е. при разовой норме 100т/га внесение органических удобрений нужно повторять каждые 5 лет.