Методи управління продуктивністю та екологічною стійкістю осушуваних земель за даними моніторингу

На першому етапі верифікації проводилися: 1) перевірка на наявність грубих помилок, 2) перевірка моделі ПОСОЗ на якість опису реальних процесів на ОЗ. Для верифікації моделі ПОСОЗ в цілому застосовано дані наших спостережень за урожайністю (фітопродуктивністю), проведених у 2001 р. на еталонних осушувальних системах Рівненської області. Проведено верифікацію блоку сукупної дії змінних ЕММ осушуваних земель.

На другому етапі верифікації проводився аналіз збіжності модельованих та експериментальних значень урожайності на ОЗ. У процесі проведення другого етапу верифікації у якості “незалежних даних” нами застосовано статистичні дані Міністерства аграрної політики про урожайність сільськогосподарських культур у Рівненській області, зокрема статистичні дані з урожайності сільськогосподарських підприємств (всього 1440 значень урожайності), осушувані сільгоспугіддя яких розташовані на еталонних осушувальних системах Рівненської області.

Верифікацію моделі ПОСОЗ проводили із застосуванням блоку показників, до якого входили: відносна похибка, відносна середньоквадратична похибка, відношення середніх, лінійний коефіцієнт кореляції, спеціальний коефіцієнт кореляції. Проводили графічне порівняння емпіричних та розрахункових значень.

Достатній рівень збіжності модельованих теоретичних значень з експериментальними значеннями врожайності на ОЗ (рівень точності становить 80-95 %) свідчить про адекватність моделі ПОСОЗ досліджуваній системі та про можливість її використання для потреб оцінки, прогнозування стану ОЗ, управління продуктивністю ОЗ тощо, а також про можливість її використання як блоку в інших математичних моделях і, зокрема, у моделі ОСОЗ.

6. Застосування моделі продуктивності та оцінки стану осушуваних земель і її функціональних блоків

Застосування моделі ПОСОЗ для практичних потреб контролю та управління осушуваними землями за даними еколого-меліоративного моніторингу передбачає розробку алгоритмів і методик, які б давали змогу користувачеві в реальних умовах виробництва оцінювати і прогнозувати еколого-меліоративний стан, продуктивність ОЗ, ефективність їхнього використання, екологічну стійкість ОЗ, розробляти раціональні управлінські заходи та рекомендації щодо підвищення продуктивності та екологічної стійкості ОЗ. В основі розробки цих методик лежать такі загальні принципи їхньої побудови як єдиний часовий масштаб і просторова спільність контрольованих природно-техногенних процесів на ОЗ. Оскільки характерний час осушуваних агрогеосистем у зв'язку з фітоценотичними та сукцесійними змінами становить 5-10 років, а дослідження еволюційних перетворень на даному етапі ЕММ є неможливим, мінімальна репрезентативна тривалість періоду моніторингових спостережень для потреб управління становить років, причому вона має бути тим більшою, чим відповідальнішим і складнішим є досліджуваний об'єкт. Для невеликих за площею ОС та їхніх частин років.

Розроблена нами на основі попередніх досліджень і застосована на стадії вибору об'єктів еколого-меліоративного моніторингу схема районування гумідної зони України для потреб управління продуктивністю та екологічною стійкістю осушуваних земель має таку ієрархічну структуру: 1) гумідна зона України, 2) геомеліоративна область, 3) геомеліоративний район, 4) геомеліоративний підрайон - група геотопів, об'єднаних за наступними критеріями: генетичний тип рельєфу, генетичний тип ґрунту, гранулометричний склад ґрунту, тип осушувальної системи (за конструкцією осушувальної мережі, за принципом сполучення з водоприймачем, за принципом регулювання водного режиму, за сільськогосподарським використанням), 5) геомеліоративний мікрорайон. Геомеліоративний підрайон є таксоном районування другого рівня і основним (з точки зору застосування моделей ПОСОЗ та ОСОЗ), оскільки дає можливість поширити результати моделювання, отримані для - го підрайону, на всю територію - го підрайону та на територію підрайонів - го типу в межах інших геомеліоративних районів. Дана схема районування покладена в основу реалізації методик оцінки, прогнозування та управління продуктивністю і екологічною стійкістю ОЗ України.

З метою визначення практичної цінності розробленої математичної моделі ПОСОЗ проведено випробування її в режимах: 1) оцінки еколого-меліоративного стану та загальної ефективності сільськогосподарського використання осушуваних земель, 2) прогнозування еколого-меліоративного стану осушуваних земель, 3) управління продуктивністю та еколого-меліоративним станом осушуваних земель, 4) бонітування осушуваних ґрунтів України, 5) математичного моделювання та оцінки екологічної стійкості осушуваних земель. За результатами проведених досліджень можемо зробити наступні висновки:

Розроблена нами методика оцінки загальної ефективності ОЗ за результатами оцінки еколого-меліоративного стану ОЗ може бути представлена у вигляді наступного алгоритму:

1. Вибір об'єкта оцінки (осушувальна система, або її частина, господарство, поле сівозміни, або його частина, регіон тощо) за природними особливостями моніторингових стаціонарів, дані яких використовуватимуться.

2. Формування бази даних ЕММ з урахуванням районування території. За відсутності або неповноти даних моніторингових спостережень на об'єкті оцінки розрахунок змінних за наявними емпіричними моделями або вибір відповідних стаціонарів на об'єктах-аналогах.

3. Розрахунок за моделлю ПОСОЗ продуктивності оцінюваного об'єкта за роками спостережень для основних сільськогосподарських культур, що вирощувалися за період оцінки на даному об'єкті.

4. Оцінка еколого-меліоративного стану об'єкта за екологічно забезпеченою врожайністю () кожної культури з урахуванням площ, які не використовувалися.

5. Статистичний аналіз змодельованих часових рядів на ступінь відхилення від граничних значень і на наявність трендів.

6. Висновки про ретроспективний еколого-меліоративний стан об'єкта та про загальну ефективність його використання за період досліджень з врахуванням площ земель, які не використовувалися для виробництва сільськогосподарської продукції.

7. Рекомендації щодо підвищення ефективності використання об'єкта та зміни напрямку його використання (в разі необхідності).

Застосування математичної моделі ПОСОЗ на прикладі п'яти типових (еталонних) осушувальних систем західної частини гумідної зони України показало, що вона може бути ефективно застосовуватися для інтерпретації даних моніторингу шляхом оцінки еколого-меліоративного стану осушуваних земель, а також для оцінки загальної ефективності використання осушуваних сільськогосподарських угідь.

Розроблена імітаційна математична модель ПОСОЗ дає змогу з урахуванням наявних матеріальних і технічних засобів вибрати раціональне (у тому числі мінімальне) сполучення входів (значень показників ЕММ, даних інших служб та можливих заходів на заданому рівні їхнього виконання) з метою отримання максимального виходу, в тому числі з дотриманням чинних екологічних обмежень. Розробка управлінських заходів може бути виконана на будь-якому територіальному рівні організації осушуваних агрогеосистем (після проведення відповідної адаптації моделі): на рівні поля, або господарства з однотипними ґрунтовими умовами, на рівні частини ОС, або ОС в цілому, які зазвичай збігаються з геомеліоративними підрайонами, а також на топічному (місцевому) рівні (на рівні геомеліоративних мікрорайонів).

Для обраної територіальної системи або осушувальної системи в цілому проводиться ряд машинних експериментів, у ході яких визначається стратегія управління з метою збільшення продуктивності та поліпшення еколого-меліоративного стану системи. Вихідними даними для експериментування є результати оцінки еколого-меліоративного стану та ефективності використання ОЗ, а також результати короткотермінового та середньотермінового прогнозування продуктивності та еколого-меліоративного стану об'єкта управління.

Прогнозні розрахунки, виконані для ОС “Стубла” Рівненської області, свідчать про те, що розроблена нами математична модель ПОСОЗ разом з аналітичними можливостями оцінки стану ОЗ та їх територіальних підсистем забезпечує можливість надійного прогнозування майбутніх станів оцінюваних об'єктів на рівні розробки оперативних, короткотермінових та середньотермінових прогнозів еколого-меліоративного стану та рівня продуктивності осушуваних земель.

На прикладі п'яти типових ОС після проведення серії машинних експериментів на моделі ПОСОЗ визначено стратегію оптимального управління ОЗ з метою збільшення продуктивності та поліпшення еколого-меліоративного стану. Встановлено, що розроблена нами імітаційна математична модель ПОСОЗ є ефективним засобом управління осушуваними землями, в тому числі в умовах невизначеності.

На базі основних блоків моделі ПОСОЗ удоксконалено методику бонітування осушуваних ґрунтів України, у якій вперше враховано змінну в часі і просторі міру суттєвості ґрунтових показників. Методика дає змогу з максимальною об'єктивністю виконати якісну оцінку та встановити бонітет гідроморфних ґрунтів як об'єкта меліорацій та сільськогосподарського використання і таким чином оцінити їхню потенційну родючість. Отримані значення бонітету окремих ґрунтових контурів та ОС в цілому дають змогу обґрунтовано перейти до розробки сільськогосподарських, меліоративних та агромеліоративних заходів для підвищення родючості осушуваних гідроморфних ґрунтів, визначення екологічних пріоритетів та нормативів щодо природно-меліоративних режимів осушуваних ґрунтів, програмування врожаїв на осушуваних землях, а також дають можливість розв'язувати завдання економічної оцінки земель при землеустрої в умовах приватизації осушуваних сільськогосподарських угідь і розвитку ринкових відносин у галузі використання осушуваних земель. На підставі викладеної вище методики складено картосхему бонітету ґрунтів еталонної ОС “Головниця” (Рівненська область).

Для потреб оцінки екологічної стійкості природних і природно-техногенних систем на базі математичної моделі ПОСОЗ розроблено математичну модель оцінки екологічної стійкості осушуваних земель (ОСОЗ) і методику її застосування.

Оцінка екологічної стійкості осушуваних земель полягає в дослідженні стійкості вертикальної структури агрогеосистем в межах ОЗ (враховуючи специфіку методики і даних ЕММ) на підставі фітопродуктивності як критерію стійкості ОЗ і методу порівняння базованого на концепції екологічної ніші. Математична модель оцінки стійкості осушуваних земель (ОСОЗ) сполучає в собі два основоположних підходи: 1) розуміння та опис системи як цілісного емерджентного об'єкта, 2) визначення фазових координат оцінюваної системи та їхня інтерпретація на підставі концепції екологічної ніші (побудованої із застосуванням теорії нелінійних коливань та теорії стійкості Ляпунова). Таким чином, вирішення завдання оцінки стійкості осушуваних земель зводиться до розв'язання двох задач: по-перше, визначення за математичною моделлю ПОСОЗ потенційної продуктивності (як міри стійкості ОЗ) та її кількісна інтерпретація, по-друге, визначення міри відхилення точки стану ОЗ від “особливої” точки в екологічній ніші досліджуваної системи, яка відповідає точці глобального оптимуму (з позицій стійкості природних систем), тобто є єдиним стійким вузлом або стійким фокусом у фазовому просторі досліджуваної системи (з позицій теорії нелінійних коливань).

Пошук оптимальних та граничних (з позицій природоохорони) значень показників проводився за комбінованою математично-експертною методикою, яка спирається на експериментальні дані, отримані автором та іншими дослідниками на реальних природних та природно-техногенних системах у процесі дослідження їхніх інваріантних (нормальних) властивостей, які забезпечують максимальну стійкість природної системи до зовнішніх природних та техногенних впливів. В результаті багатокритеріального аналізу літературних джерел стосовно властивостей ґрунтового покриву, рівневого та гідрохімічного режимів підземних та поверхневих вод гумідної зони України, нами сформульовано оптимальні та граничні значення показників ЕММ. Як екологічні обмеження до гідрохімічних показників поверхневих та підземних вод, які застосовувалися для оцінки екологічної стійкості басейнів річок, було прийнято ГДК, а як оптимальні - їхні фонові значення (у тому числі за даними моніторингових спостережень).

На основі інтерпретації положення локальних оптимумів за кожним показником ЕММ (), положення глобального оптимуму для ОЗ в цілому, а також значень екологічних обмежень за кожним фактором (та), автором сформульовано критерії стійкості агрогеосистеми, принципи методики оцінки стійкості ОЗ та виявлення форми стійкості осушуваної природно-техногенної системи у моделі ОСОЗ.

Стійкість ОЗ як набору природно-техногенних систем, створених за рахунок антропогенної модифікації природної структури гідроморфних (у тому числі болотних) геосистем, а також геосистем іншої організації (наприклад річкових басейнів), оцінюється з позицій спроможності геосистеми зберігати здатність до ефективного продукування фітомаси за умови збереження своєї внутрішньої (модифікованої) структури. При цьому враховується стохастичність досліджуваних систем і той факт, що моментальне значення будь-якого показника стану системи описує стан системи у - й момент часу, але не характеризує стійкості вертикальної структури в часі. Тому застосовано підхід, який дає змогу оцінити стійкість як з позицій моментальних значень показників, так і з позицій їхніх середніх значень (близьких до математичного очікування). За такого підходу моментальні значення показників порівнюються з екологічними обмеженнями на -й момент часу (та), а середні багаторічні значення показників порівнюються з середніми значеннями екологічних обмежень (та). Крім того, враховується наявність трендів, виявлених при статистичному аналізі часових рядів для окремих показників, які характеризують дрейф стану системи у бік оптимуму (збереження стійкості), або від нього (втрата стійкості). Важливе значення має наявність біля зовнішньої межі області нормальних станів “критичної зони”, ширина якої зумовлена сигмоїдальністю зміни стійкості за окремим показником від оптимуму до екологічної межі в екологічній ніші, іншими загально-екологічними закономірностями.

При реалізації методики виникають наступні часткові випадки:

1. Якщо за період спостережень () всі показники стану оцінюваної системи мали середні багаторічні значення у межах області нормальних станів (тобто виконується нерівність, де та - середні нижнє та верхнє екологічні обмеження) і на кожний момент їхнього визначення в системі ЕММ після відсіювання грубих похибок мали значення, які задовольняють нерівності, то незалежно від напрямку дрейфу показників (за наявності часових трендів для) дана система є інертною і тому екологічно стійкою.

2. Якщо за період всі показники стану оцінюваної системи мають середні багаторічні значення в інтервалі, а моментальні значення показників виходили за межі інтервалу, то незалежно від напрямку дрейфу показників (за наявності часових трендів для) дана система є відновлюваною (І форма відновлюваності) і тому досить стійкою.

3. Якщо за період хоча б один показник стану оцінюваної системи мав середнє багаторічне значення поза інтервалом, але був у межах інтервалу, моментальні значення показників виходили за межі інтервалу і має місце статистично підтверджений (для тренду на рівні значущості за тестом Стьюдента) його дрейф у напрямку до, то дана система є відновлюваною (ІІ форма відновлюваності) і тому відносно стійкою.

4. Якщо за період хоча б один показник стану оцінюваної системи мав середнє багаторічне значення поза інтервалом, але був у межах інтервалу і має місце статистично підтверджений його дрейф у напрямку від, дана система є пластичною (переходить до іншої області нормальних станів) і тому екологічно нестійкою.

5. Якщо за період хоча б один показник стану оцінюваної системи мав середнє багаторічне значення за межами інтервалу, то незалежно від варіації моментальних значень показників і від напрямку дрейфу показників (за наявності часових трендів для), дана система знаходиться на стадії сукцесійних або еволюційних перетворень і тому є екологічно нестійкою. Сукцесійність системи може бути частковим випадком пластичності (у досліджуваному часовому масштабі) або свідченням руйнування геосистеми з утворенням нової.

Перевагами такого статистичного підходу до оцінки стійкості із застосуванням концепції екологічної ніші є: по-перше, залучення до оцінки не лише змінних, що описують фактори фітопродуктивності, а й будь-яких інших моніторингових змінних, що характеризують загальний екологічний (еколого-меліоративний) стан ОЗ (наприклад іонний склад водної витяжки, хімічний склад поверхневих, підземних і дренажних вод, вміст радіонуклідів у ґрунтах і водах тощо), по-друге, можливість прогнозування стану та стійкості оцінюваних систем.

Для максимально об'єктивної оцінки ступеня стійкості ОЗ недостатньо порядкової шкали абсолютних оцінок стійкості, необхідно також створити можливість оцінки стійкості за “сильною”, з точки зору теорії вимірювань, шкалою відношень. Така шкала може бути введена через розрахунок в математичній моделі ОСОЗ відносного показника стійкості ОЗ та його інтерпретації.

Враховуючи сигмоїдальний характер спадання стійкості від оптимуму до песимуму, завдання вимірювання стійкості за даною шкалою зводиться до визначення виду залежності і встановлення фазових координат системи. У даному випадку запропоновано застосовувати експоненціальну унімодальну модель Гринченка, яка дає змогу пов'язати фазові координати системи з відносним показником її стійкості. Так відносний показник стійкості вертикальної структури осушуваної геосистеми за рівнем фітопродуктивності (урожайності кожної основної сільськогосподарської культури) визначаємо за залежністю де - параметр форми кривої, що залежить від сільськогосподарської культури, виду угідь, набору змінних моделі тощо; - відповідно екологічна та біологічна продуктивність -ї сільськогосподарської культури.

Остаточне значення відносного показника стійкості за рівнем продуктивності осушуваної геосистеми визначається як результат усереднення за відповідними стаціонарами і в цілому для оцінюваної агрогеосистеми, осушувальної системи, поля, сівозміни тощо.

Відносний показник стійкості вертикальної структури осушуваної геосистеми за ступенем відповідності прийнятим екологічним нормативам для кожного - го значення - ї змінної розраховуємо за залежністю де - параметр форми сигмоїдальної кривої, що залежить від фізичного змісту - ї змінної, виду угідь тощо; - відповідно фактичне, оптимальне, нижнє критичне та верхнє критичне значення - ї змінної на - му кроці дискретизації моделі ОСОЗ (момент відбору зразка, чи вимірювання за період спостережень у системі ЕММ).

Після розрахунку всіх значень визначаємо значення відносних показників стійкості як середнє арифметичне часткових значень стійкості за кожною змінною та за принципом порівняння (екологічної ніші) в цілому: де - загальна кількість змінних, що використовуються при оцінці екологічної стійкості досліджуваної системи за математичною моделлю ОСОЗ.

На підставі проведених розрахунків за моделлю ОСОЗ, враховуючи сигмоїдальний характер залежності стійкості від показників ЕММ, а також враховуючи описаний вище принцип Колмана, для інтерпретації показника застосовувалася така шкала: стійка (0,75 - 1,00), досить стійка (0,50 - 0,75), відносно стійка (0,25 - 0,50), нестійка (0,00 - 0,25).

Після отримання оцінок за обома шкалами робиться остаточний висновок про стійкість вертикальної структури оцінюваної меліорованої геосистеми до дії зовнішніх чинників природного та антропогенного походження, визначаються критичні показники, які потребують прямого чи опосередкованого регулювання, розраховуються за отриманими трендами прогнозні значення показників стану системи і розробляється прогноз стійкості оцінюваної територіальної системи. Це дає можливість за результатами імітаційного машинного експериментування на моделі ОСОЗ розробляти раціональні управлінські заходи щодо підвищення (збереження) рівня екологічної стійкості досліджуваної системи.

Сформульована структура моделі ОСОЗ, алгоритм її реалізації, поданий у вигляді блок-схеми на рис. 4, а також розроблена на його основі комп'ютерна програма складена нами на базі Microsoft Excel, дають змогу максимально обґрунтовано виконувати оцінку, прогнозувати та керувати екологічною стійкістю ОЗ за даними еколого-меліоративного моніторингу осушуваних земель України.

Модель ОСОЗ застосовано нами для оцінки екологічної стійкості осушуваних земель Рівненської області за даними ЕММ, результати якої у розрізі осушувальних систем. Складено картосхему оцінки та прогнозу екологічної стійкості на прикладі ОС “Язвинка” (Рівненська обл.).

Одним з головних сучасних деградаційних процесів, що визначають пластичність вертикальної структури, а відповідно втрату стійкості геомеліоративних підрайонів Західного Лісостепу, складених дренованими торфовими ґрунтами, є мінералізація органічної речовини торфу, що супроводжується ущільненням торфової товщі. Нами виявлено часові тренди для зольності та щільності торфу у вигляді рівнянь регресії, виду де - кількість декад від 20 квітня 1988 року, враховуючи відрізки від 20 квітня до 30 жовтня кожного року періоду спостережень; - рівень значущості для тесту Стьюдента при оцінці збіжності розрахункових та емпіричних значень показників.

Важливою сферою застосування математичної моделі ОСОЗ є оцінка гідрохімічного режиму та екологічної стійкості штучно дренованих (осушуваних) басейнів, контрольованих у системі моніторингу вод, рік Полісся та Лісостепу України. На основі результатів багаторічних моніторингових спостережень Рівненської гідрогеолого-меліоративної експедиції проведено аналіз основних гідрохімічних та радіологічних показників стану природних вод, отриманих на двох основних водотоках Рівненської області у чотирьох поперечниках: 1) р. Стир, м. Кузнєцовськ, водозабір Рівненської атомної електростанції (РАЕС), 2) р. Стир, с. Сопачів, нижче від водоскиду РАЕС, 3) р. Горинь, с. Висоцьк, (кордон з Білоруссю), 4) р. Вілія, м. Острог, нижче від водоскиду ХАЕС.

Отримані внаслідок кореляційного та регресійного аналізу часових рядів рівняння регресії, які на достатньому рівні значущості описують тренди окремих гідрохімічних та радіологічних показників і застосовувалися для оцінки екологічної стійкості басейнів рік Горинь і Стир.

Застосування моделі ОСОЗ у режимах оцінки, прогнозування і управління екологічної стійкості ОЗ еталонних об'єктів ЕММ і басейнів рік Горинь і Стир засвідчило високу ефективність розроблених математичних моделей щодо обґрунтованої оцінки, прогнозування і управління екологічною стійкістю осушуваних агрогеосистем та річкових басейнів за даними моніторингу.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми управління продуктивністю та екологічною стійкістю осушуваних земель за даними моніторингових спостережень, спрямованого на підвищення продуктивності осушуваних земель, істотне зниження споживання водних та матеріальних ресурсів, підвищення екологічної безпеки землеробства на осушуваних землях, ефективне використання даних еколого-меліоративного моніторингу.

2. Здійснення моніторингових спостережень, керування на їхній основі еколого-меліоративним станом осушуваних земель України та його контроль є першочерговим завданням при веденні сільського господарства та здійсненні природоохоронних заходів на осушуваних землях. Специфічні природнокліматичні умови гумідної зони України зумовлюють необхідність ведення еколого-меліоративного моніторингу з метою розробки та застосування методів системного математичного моделювання величини біомаси врожаю рослин, а також факторів екологічної стабільності осушуваних і прилеглих до них земель. Моніторингові дослідження в системі відомчого моніторингу Держводгоспу є основним джерелом інформації для розробки сільськогосподарських та екологічних управлінських заходів у гумідній зоні України. Основною невирішеною проблемою моніторингу осушуваних земель та моніторингу вод є недосконалість наукових методів інтерпретації даних для потреб їхнього практичного застосування у сільськогосподарській та природоохоронній практиці, методів раціонального управління станом контрольованих територій.

3. Сучасний стан сільського господарства і еколого-меліоративного моніторингу зумовлюють необхідність розробки принципово нових методів оцінки, прогнозування і управління на базі математичних моделей, які б давали можливість системно враховувати зміст процесів, дію основних законів землеробства, розраховувати значення урожайності, оцінювати стан антропогенно змінених природних систем, прогнозувати майбутні стани, здійснювати машинне експериментування з метою раціонального управління осушуваними землями. Оскільки наявні методи і моделі не відповідають вимогам щодо рівня складності та штучності структури, врахування сукупної дії змінних, відповідності завданням і базам даних моніторингу тощо, постає необхідність розробки спеціальної математичної моделі продуктивності та оцінки стану осушуваних земель (ПОСОЗ), а також математичної моделі оцінки екологічної стійкості осушуваних земель і природно-техногенних систем (ОСОЗ).

4. У процесі визначення мети, шляхів моделювання та специфікації (формулювання) моделі продуктивності та оцінки стану осушуваних земель обґрунтовано застосування фітопродуктивності (урожайності) як основного критерію оцінки стану осушуваних земель. Вперше встановлено кількісну залежність урожайності сільськогосподарських культур на осушуваних землях від їхнього меліоративного стану. За допомогою системного підходу формалізовано об'єкт досліджень, яким є поліцентрична, поліструктурна агрогеосистема.

5. Враховуючи властивості модельованої системи, обґрунтовано застосування як основного оператора моделі ПОСОЗ функціоналу міри Лебега, який має універсальний характер і може застосовуватися для математичного моделювання досліджуваної системи. Для опису закону толерантності (мінімуму, оптимуму і максимуму) розроблено новий вид функції толерантності рослин та рослинних асоціацій до дії внутрішніх та зовнішніх чинників. Доведено, що залежність, розроблена і параметризована для опису закону толерантності, з високою точністю апроксимує експериментальні дані стосовно властивостей природних систем, і тому може застосовуватися в імітаційній математичній моделі продуктивності та оцінки стану осушуваних земель та інших імітаційних математичних моделях природних і природно-техногенних систем. За експериментальними даними вперше розроблено блок сукупної дії, який імітує кумулятивний ефект від дії змінних, що визначають стан досліджуваної системи. Вперше для природних систем в умовах сільськогосподарського використання встановлено вид та параметри емпіричного блоку субмоделі сукупної дії змінних, встановлено значення вагових коефіцієнтів, котрі описують міру участі ефекту сукупної дії факторів у процесі формування врожаю.

6. В результаті проведених теоретичних досліджень визначено загальну структуру імітаційної математичної моделі ПОСОЗ, що дає змогу за моніторинговими даними із застосуванням даних метеорологічних спостережень визначати та прогнозувати продуктивність осушуваних земель, розробляти заходи раціонального управління осушуваними землями.

7. Для створення моделі продуктивності та оцінки стану осушуваних земель визначено раціональний набір кліматичних змінних та показників еколого-меліоративного моніторингу. Встановлено, що основним кліматичним показником для досліджуваної системи є сума активних температур повітря вищих від 10єС, який дає змогу з високою надійністю визначати за отриманими регіональними емпіричними моделями інтенсивність надходження енергії до досліджуваної агрогеосистеми. Вперше отримані значення ваги окремих параметрів продуктивності на ОЗ свідчать про те, що 0,45 обсягів врожаю сільськогосподарських культур на осушуваних землях визначають ґрунтові умови, а отже, меліоративний стан земель. На основі отриманих вагових співвідношень можна стверджувати, що при веденні сільського господарства та здійсненні природоохоронних заходів на меліорованих землях найбільшу увагу слід приділяти регулюванню ґрунтових режимів і формуванню сприятливої меліоративної (еколого-меліоративної) ситуації, а система еколого-меліоративного моніторингу має бути скерована на збір ґрунтово-меліоративних показників осушуваних земель для забезпечення можливості управління їхньою продуктивністю.

8. На підставі кількісного зв'язку між евапотранспірацією сільськогосподарських рослин та об'ємом фітомаси параметризовано функціонал врахування передісторії розвитку рослин в онтогенезі шляхом визначення вагових коефіцієнтів фенофаз розвитку основних сільськогосподарських культур. Визначено параметри функції толерантності основних сільськогосподарських культур до факторів продуктивності. Для потреб моделювання величини врожаю в реальних умовах виробництва розроблено емпіричну модель продуктивності укосів для багатоукісних кормових культур, сформульовано принципи та алгоритм врахування втрат врожаю при його збиранні на осушуваних землях.

9. Поетапна перевірка розробленої математичної моделі ПОСОЗ, проведена порівнянням розрахункових значень урожайності основних сільськогосподарських культур з емпіричними, засвідчила достатній ступінь збіжності модельованих та фактичних значень продуктивності осушуваних земель. Рівень точності моделі змінюється в межах 80-95%.

10. Для потреб об'єктивної інтерпретації даних еколого-меліоративного моніторингу, раціонального управління осушуваними землями України за умови збереження їхньої екологічної стійкості, на базі математичної моделі ПОСОЗ та концепції екологічної ніші, розроблено математичну модель і методику оцінки екологічної стійкості осушуваних земель і природно-техногенних систем (ОСОЗ). Дана модель дає змогу визначати форму та ступінь екологічної стійкості вертикальної структури оцінюваної агрогеосистеми, прогнозувати ступінь стійкості з метою розробки раціональних сільськогосподарських та природоохоронних заходів на рівні осушуваних земель, а також на рівні антропізованих геосистем іншої структури і територіальної організації.

11. З метою визначення ступеня практичної цінності розроблених математичних моделей ПОСОЗ та ОСОЗ проведено їх випробування в режимах: 1) оцінки еколого-меліоративного стану та загальної ефективності сільськогосподарського використання осушуваних земель, 2) прогнозування еколого-меліоративного стану осушуваних земель, 3) управління продуктивністю та еколого-меліоративним станом осушуваних земель, 4) бонітування осушуваних ґрунтів України, 5) моделювання та оцінки екологічної стійкості осушуваних земель, 6) прогнозування та управління екологічною стійкістю осушуваних земель і річкових басейнів.

Результати випробування показали, що розроблені імітаційні математичні моделі можуть ефективно застосовуватися для інтерпретації даних моніторингових спостережень шляхом оцінки еколого-меліоративного стану осушуваних земель, для оцінки загальної ефективності використання осушуваних сільськогосподарських угідь, прогнозування майбутніх станів оцінюваних об'єктів на рівні розробки оперативних, короткотермінових та середньотермінових прогнозів еколого-меліоративного стану та рівня продуктивності осушуваних земель, програмування і прогнозування врожаїв сільськогосподарських культур, визначення природоохоронних пріоритетів при експлуатації осушуваних систем, здійснення експертизи проектів будівництва і реконструкції осушувальних систем, бонітування осушуваних ґрунтів, оцінки форми та ступеня екологічної стійкості ОЗ і річкових басейнів, раціонального управління продуктивністю та екологічною стійкістю осушуваних земель та річкових басейнів.

12. Результати наукових досліджень успішно апробовані в умовах виробництва, увійшли до 4 нормативних документів, використовуються в навчальному процесі УДУВГП для підготовки спеціалістів у галузях водного та сільського господарства. Впровадження розроблених моделей і їхнього програмного забезпечення у практику діяльності сільськогосподарських та водогосподарських підприємств гумідної зони України дозволить на 30-60 % збільшити ефективність сільськогосподарського використання осушуваних земель, підвищити рівень використання природних ресурсів на осушуваних землях України. Соціальний ефект від впровадження запропонованих розробок полягає в поліпшенні характеру і умов праці інженерно-технічних працівників, покращенні якості природного середовища та підвищенні рівня підготовки інженерно-технічних кадрів у галузях сільськогосподарських меліорацій, екології та агропромислового комплексу України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Монографії

1. Мошинський В.С. Моніторинг і оцінка еколого-меліоративного стану осушуваних земель Рівненської області. - Рівне-Ковель: Ковельська друкарня,1995. - 46 с.

Брошури

1. Методичні вказівки по організації та веденню моніторингових робіт на осушуваних землях / Алексєєвський В.Є., Цвєтова О.В., Рябцева Г.П., Насєдкін І.Ю., Топольнік Т.І., Мошинський В.С. та ін. - К.: ІГіМ УААН, 1995 - 77 с.

2. Методичні вказівки для оцінки еколого-меліоративного стану осушуваних земель України / Алексєєвський В.Є., Цвєтова О.В., Рябцева Г.П., Насєдкін І.Ю., Топольнік Т.І., Уралов О.В., Козловський Б.І., Білоус Й.М., Мошинський В.С. та ін. - К.: ІГіМ УААН, 1995 - 42 с.

3. Організація і ведення еколого-меліоративного моніторингу на осушуваних землях. Частина 2. Осушувані землі: ВБН 33-5.5-01-97 / Алексєєвський В.Є., Цвєтова О.В., Рябцева Г.П., Насєдкін І.Ю., Гресь І.О., Уралов О.В., Козловський Б.І., Білоус Й.М., Мошинський В.С. та ін - К.: Держводгосп України, 1997. - 70 с.

4. Посібник з ведення спостережень для еколого-меліоративного моніторингу на осушуваних землях гумідної зони України. До ВБН 33-5.5-01-97 / Алексєєвський В.Є., Цвєтова О.В., Рябцева Г.П., Насєдкін І.Ю., О.В., Козловський Б.І., Білоус Й.М., Махібразюк В.Х., Мошинський В.С. та ін. - К.: Держводгосп України, 1997. - 124 с.

5. Використання меліорованих земель Рівненської області в сучасних умовах (інформаційно-довідковий посібник) / Скрипник О.В, Гаць П.І., Терещенко В.М., Тарасенко Ю.А., Комар В.Б., Потапчук Т.Ф., Цуман Н.В., Цвєтова О.В., Рябцева Г.П., Насєдкін І.Ю., Мошинський В.С. та ін. - Київ-Рівне, 1997. - 124 с.

6. Екологічні і водогосподарські умови в долині річки Прип'ять на території Рівненської області / Балахно Г.В., Чубарєв В.Д., Сафронова Л.П., Роман О.Д., Шевченко В.Ю., Лещенко М.В., Алексєєвський В.Є., Цвєтова О.В., Подзіна Л.В., Тураєва О.В., Деміда І.А., Стецюк М.Г., Мошинський В.С., Лазаренко В.С., Ужакін В.Г., Веремчук Б.А.. - К.: ІГіМ УААН, 2000. - 32 с.

7. Моніторингові роботи в верхоріччі Прип'яті в зв'язку з проведенням протипаводкових заходів (2000 - 2001 роки) / Алексєєвський В., Цвєтова О., Подзіна Л., Тураєва О., Гябцева Г., Деміда І., Марчук А., Веремчук Б., Мешковець С., Баранова М., Данилюк Л., Лазоренко В., Троян В., Мошинський В. та ін. - К.: ІГіМ УААН, 2001. - 29 с.

Статті у наукових фахових виданнях

1. Мошинський В.С. Розрахунок глибини залягання рівнів ґрунтових вод на осушуваних землях за базовими свердловинами // Гідротехніка і меліорація в Україні: Зб. наук. пр. - К.: ІГіМ УААН, 1994. - Вип. 3. - С.138-142.

2. Мошинський В.С. Сучасні напрямки спеціалізації підготовки інженерів для потреб моніторингу природного середовища // Технологія навчання: Науково-методичний збірник. - Рівне: УІІВГ, 1995. - С.70-72.

3. Мошинський В.С. Оцінка стану ґрунтів на о.с. “Стубелка” Рівненської області // Актуальні проблеми водного господарства: Зб. наук. статей до 75-річчя від дня заснування УДАВГ. - Рівне, 1997. - С.45-46.

4. Мошинський В.С., Морозюк С.В., Морозюк Б.Б. До створення методики експертизи земельного фонду // Вісник УДАВГ: Зб. наук. пр.. - Рівне, 1998. - Вип. 1. - С.60-63.

5. Мошинський В.С. Методика застосування даних еколого-меліоративного моніторингу для оцінки ґрунтового покриву // Вісник УДАВГ: Зб. наук. пр. - Рівне, 1998. - Вип. 1. - С.63-67.

6. Мошинський В.С., Тимейчук О.Ю, Семенюк В.П. Постмеліоративні зміни сольового режиму торфовищ лісостепу України // Вісник УДАВГ: Зб. наук. пр. - Рівне, 1999. - Вип. 2. - С.76-79.

7. Мошинський В.С. До розробки концепції оцінки стану природно-технічних систем // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. “Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво” - Рівне, 1999. - Спецвипуск. - С.45-49.

8. Мошинський В.С. Визначення відносної ваги складових урожаю на осушуваних землях за ступенем їх взаєморегульованості // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2000. - Вип. 1 (3) - С.54-58.

9. Мошинський В.С. Оцінка стану ґрунтового покриву осушувальної системи “Воробино” // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2000. - Вип. 2. - С. 56-63.

10. Мошинський В.С., Тимейчук О.Ю., Семенюк В.П. Про явище галоморфізації осушуваних земель північного лісостепу України // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2000. - Вип. 3(5). - С.41-46.

11. Мошинський В.С. Аналіз сучасного екологічного стану річок Стир і Горинь за даними моніторингових спостережень // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. “Водне господарство: економіка, екологія, менеджмент”. - Рівне, 2000. - Вип. 4(6). - С.72-78.

12. Мошинський В.С., Сасюк З.К. Деякі стохастичні закономірності осушуваних ґрунтів північно-західного Лісостепу України // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2000. - Вип. 5(7). - С.59-66.

13. Мошинський В.С. Еколого-меліоративна ситуація і урожай // Водне господарство України. - 2000. - № 3-4. - С.15-18.

14. Moshynsky V. Modern Water Conditions in The Northwest Part of Ukraine: An Analysis // Water Engineering & Management. - Des Plaines IL USA, 2001. - No 4. - P.22-26.

15. Мошинський В.С., Сасюк З.К. Визначення відносної ваги складових урожаю на осушуваних землях // Вісник ХДАУ. - Харків, 2000. - Вип. 1 - С.57-63.

16. Мошинський В.С. Загальний рівень та динаміка родючості ґрунтів осушувальної системи “Стубла” // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2001. - Вип. 3(10). - С.43-51.

17. Вознюк С., Мошинський В., Вознюк Н. Парниковий ефект можна контролювати (за матеріалами Варшавського міжнародного семінару) // Водне господарство України. - 2001. - № 3-4. - С.2-7.

18. Гладовська Т.М., Мошинський В.С., Семенюк В.П. Часовий аналіз біологічних параметрів осушуваних земель // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2001. - Вип. 4 (11). - С.86-92.

19. Гладовська Т.М., Мошинський В.С. Флористичний аспект дослідження стану ґрунтів на осушуваних землях // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2001. - Вип. 5 (12). - С.71-78.

20. Мошинський В.С., Супрунець М.Ф. Проблеми визначення та зменшення втрат на шляху від екологічно забезпеченого до “комірного” врожаю // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2002. - Вип. 1 (14). - С.52-56.

21. Мошинський В.С. Методика бонітування осушуваних ґрунтів гумідної зони України // Агрохімія і ґрунтознавство. - 2002. - Спец. випуск до VI з'їзду УТҐА, Книга 2. - С.139-141.

22. Мошинський В.С. Наукові підходи до математичного моделювання продуктивності осушуваних земель України за даними еколого-меліоративного моніторингу // Вісник РДТУ: Зб. наук. пр. - Рівне, 2002. - Вип. 3 (16). - С.80-89.

23. Мошинський В.С. Функція толерантності у математичній моделі продуктивності сільськогосподарських угідь України // Вісник УДУВГП: Зб. наук. пр. - Рівне, 2002. - Вип. 4 (17). - С.102-108.

24. Мошинський В.С. Математична модель і методика оцінки екологічної стійкості осушуваних земель // Вісник УДУВГП: Зб. наук. пр. - Рівне, 2002. - Вип. 5 (18). - С.121-129.

25. Мошинський В.С., Вознюк С.Т. Вибір та оцінка ґрунтових показників для математичної моделі урожайності на осушуваних землях // Агрохімія і ґрунтознавство. - 2002. - Вип. 63. - С.5-9.

26. Цвєтова О.В., Топольнік Т.І., Мошинський В.С. Вдосконалення системи моніторингу меліорованих земель // Вісник УДУВГП: Зб. наук. пр. - Рівне, 2003. - Вип. 6 (19). - С.127-132.

27. Moszyсski W. Dynamika stкїenia jonуw w odwodnionych glebach norfowych terenуw leњno-stepowych zachodniej Ukrainy // Roczniki Gleboznawcze. - Warszawa, 2002. - t. 53. - nr 3/4. - S. 55-65.

Размещено на Allbest.ru