Оптимізація норми осушення на дерново-підзолистих ґрунтах в умовах радіаційного забруднення території

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

Інститут гідротехніки і меліорації

УДК 631.6.02:631.559

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

ОПТИМІЗАЦІЯ НОРМИ ОСУШЕННЯ НА ДЕРНОВО-ПІДЗОЛИСТИХ ГРУНТАХ В УМОВАХ РАДІАЦІЙНОГО ЗАБРУДНЕННЯ ТЕРИТОРІЇ

06.01.02 - сільськогосподарські меліорації (сільськогосподарські науки)

СУДУК ОЛЕНА ЮРІЇВНА

Рівне - 2005

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Національному університеті водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Лазарчук микола олексійович, Національний університет водного господарства та природокористування МОН України.

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор ВОЗНЮК СТЕПАН ТИХОНОВИЧ, Національний університет водного господарства та природокористування МОН України, професор;

кандидат сільськогосподарських наук, співробітник БИСТРИЦЬКИЙ Віталій Степанович, Інститут сільського господарства Полісся УААН. старший науковий співробітник.

Провідна установа - Інститут землеробства України УААН, с.м.т. Чабани

Захист відбудеться “ 23 ” листопада 2005 р. о 14 ⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації Української академії аграрних наук за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 37.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ІГіМ УААН за адресою: м. Київ, вул.Васильківська, 37.

Автореферат розіслано “ 21 ” жовтня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., с.н.с. Т.І.Топольнік

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальність теми. До аварії на Чорнобильській АЕС регіон Західного Полісся відрізнявся найнижчим рівнем антропогенного навантаження і вважався одним із найбільш чистих в екологічному аспекті. Чорнобильська катастрофа призвела до забруднення величезних територій: тільки в Україні виявлено близько 1,24 млн. га сільськогосподарських угідь із щільністю забруднення Cs-137 1-15Kі/кмІ. Для таких умов потрібна особлива система землеробства, яка б забезпечувала одержання продукції, придатної для споживання населенням, відгодівлі худоби та на насіння. Дослідженнями Г.І. Афанасіка доведено, що накопичення радіонуклідів у продукції землеробства залежить від рівня первинного забруднення території та інтенсивності водоспоживання рослин. Водоспоживання рослин, крім метеорологічних факторів, визначається вологістю ґрунту, регулювання якої є основним завданням управління меліоративними системами. На осушувально-зволожувальних системах в умовах радіаційного забруднення ґрунтів загальноприйняті заходи, спрямовані на отримання землеробської продукції, що відповідає санітарним нормативам ДР-97, можна підсилити регулюванням водного режиму ґрунту, не витрачаючи додаткових коштів.

Зв'язок із науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в рамках тематики за науковою програмою Національного університету водного господарства та природокористування (м. Рівне) “Підвищення енергетичної ефективності АПК”, зокрема за темою “Розробити пропозиції з підвищення енергетичної ефективності аграрного природокористування на осушуваних землях України з урахуванням аграрної реформи” (№ держ. реєстр. 0101U005463).

Мета та завдання досліджень. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування оптимальних значень поточних рівнів ґрунтових вод протягом вегетаційного періоду на дерново-підзолистих ґрунтах Західного Полісся України для забезпечення екологічно безпечного та економічно доцільного ведення меліоративного землеробства в умовах радіаційного забруднення території.

Відповідно до мети необхідно було вирішити такі завдання:

- на основі регулювання рівнів ґрунтових вод на дерново-підзолистих ґрунтах обґрунтувати способи отримання рослинницької продукції, що відповідає радіологічним стандартам;

- визначити способи управління осушувально-зволожувальними системами на дерново-підзолистих ґрунтах в умовах радіаційного забруднення території;

- дати оцінку впливу водного режиму ґрунту на радіологічну якість рослинницької продукції на осушуваних землях;

- розробити методику оптимізації глибини ґрунтових вод на осушувально-зволожувальних системах в умовах радіаційного забруднення території Західного Полісся України;

Об'єкт досліджень: землеробство на осушуваних землях в умовах радіаційного забруднення територій.

Предмет досліджень: необхідний режим ґрунтових вод на осушуваних дерново-підзолистих ґрунтах Західного Полісся України в умовах радіаційного забруднення території.

Методи досліджень: під час проведення наукових досліджень застосовувалися стандартні методи експериментальних і теоретичних досліджень, а саме: лабораторний - для визначення агрохімічних, водно-фізичних властивостей ґрунту, радіологічної якості продукції; польовий - для спостереження за глибинами ґрунтових вод, вологістю ґрунту, врожайністю, потужністю кореневої системи та радіологічною якістю багаторічних трав, математико-статистичний - для оцінки вірогідності отриманих результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше при підгрунтовому зволоженні виявлено тенденцію до зниження вмісту цезію-137 в рослинницькій продукції на дерново-підзолистих ґрунтах в умовах радіаційного забруднення території Західного Полісся України порівняно зі зрошенням дощуванням;

- вперше розроблено методику оптимізації норми осушення на радіаційно забруднених землях, що дасть можливість не тільки підвищити інтенсивність меліоративного землеробства, а й отримати продукцію, що відповідає ДР-97;

- удосконалено алгоритм для прогнозування рівня забруднення рослинницької продукції цезієм-137 з урахуванням елементів водного балансу ґрунту.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена методика оптимізації норми осушення, яка може бути введена окремими блоками в структуру інформаційно-дорадчої системи, дасть змогу отримати максимально можливий в даних умовах вихід рослинницької продукції, порівняно із системами односторонньої дії, з мінімальним вмістом цезію-137.

Результати досліджень використовують при управлінні осушувально-зволожувальною системою „Воробино” Дубровицького району Рівненської області.

Особистий внесок здобувача. Всі поставлені наукові завдання, винесені на захист, отримано особисто автором, їй також належить запропонована методика оптимізації норми осушення на радіаційно забруднених дерново-підзолистих ґрунтах Західного Полісся України. Дисертантом особисто узагальнено літературні дані з визначеної проблеми, виконано польові та лабораторні дослідження, згідно з програмою оцінено отримані експериментальні дані, сформульовано науково обґрунтовані висновки і запропоновано пропозиції виробництву.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались й обговорювались на конференціях студентського та викладацького складу в Українському державному університеті водного господарства та природокористування на кафедрі гідромеліорацій (Рівне, 2000 2001 рр.), на Міжнародній конференції, присвяченій 80-річчю УДУВГП (Рівне, 2002 р.), на науковому семінарі ІГіМ УААН (Київ, 2004 р.) та на міжнародній науково-практичній конференції „Природооблаштування та раціональне природокористування - необхідні умови соціально-економічного розвитку Росії” в Московському державному університеті природооблаштування на ФДОУ ВПО (Москва, 2005 р. ).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 5 статтях фахових видань.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Робота написана на 173 сторінках загального тексту, з них 125 сторінок основного тексту. Ілюстрована 30 таблицями, 26 рисунками. Літературні посилання нараховують 198 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено стислу характеристику дисертаційної роботи, обґрунтовано її актуальність.

У першому розділі “Стан вивчення питання” на основі літературних джерел, нормативно-правових документів виконано огляд і аналіз сучасної практики експлуатації ОС, наведено основні методи оптимального управління ОЗС у гумідній зоні України. Найбільш відомі дослідження в цьому напрямку викладено в працях А.М. Янголя, О.В. Скрипника, В.П. Остапчика, М.О.Лазарчука, О.В. Жовтоног, А.М. Рокочинського та ін.

Крім того, на основі літературних джерел здійснено аналіз ситуації, яка склалася на Поліссі після аварії на Чорнобильській АЕС; приведено фактори, що впливають на міграційну здатність радіонуклідів у системі “ґрунт - рослина”; розглянуто загальноприйнятий комплекс заходів, спрямованих на отримання продукції відповідної радіологічної якості (згідно ДР-97). Найбільш відомі дослідження викладені в працях Г.І. Афанасіка, Б.П. Пшиходського, Б.С.Прістера, М.О.Клименка, М.Й.Шевчука, С.І.Веремеєнка, В.С.Бистрицького, Л.В. Перепелятникової, Л.І.Ворони, Г.І. Перепелятнікова, Н.А. Лошилова, Й.М. Голубицького, О.М. Клименка та ін.

У другому розділі “Умови та методика проведення досліджень” описано методику аналітичних досліджень, зазначено об'єкти досліджень та наведено вихідні дані.

Клімат району дослідження м'який, помірно-континентальний. У цілому зима в районі м'яка з частими відлигами, літо помірно тепле, вологе. Погодні умови в роки проведення досліджень різко не відрізнялися між собою. Найвища середньодобова температура повітря була в 2002 р. - 16,4 ⁰С, у 2003 р. відповідно на 0,1 ⁰С нижчою від норми, а в 2004 р. спостерігалося зниження температури ще на 0,1 ⁰С. Найбільше опадів випало в 2002 р. 379,5мм за вегетаційний період, а 2003 та 2004 рр. характеризуються недобором опадів. Середня швидкість вітру в роки спостережень становила 2 м/с. Дослід №1. У лабораторії кафедри гідромеліорацій Національного університету водного господарства та природокористування нами проведено дослід, завданням якого було вивчення впливу залежності між водним режимом ґрунту та його ефективною родючістю на процес накопичення цезію-137 у рослинницькій продукції. Для цього в 2002 р. 12 посудин висотою 0,85м пошарово заповнили ґрунтом, характеристика основних властивостей якого приведена нижче. Об'єм ґрунту в одній посудині становив 0,28 м³. В них були висіяні багаторічні трави - тимофіївка лучна та конюшина звичайна. Строки сівби - літні: 07.07.02 р. - конюшина та 30.06.03р. - тимофіївка лучна. Насіння висіяли на глибину 3 см і воно відповідно зійшло: 14.07.02 р. конюшина і 06.07.03 р. тимофіївка лучна. Збирання зеленої маси конюшини здійснили по укосах: у 2002 р. 25.09, у 2003 28.06, 28.09, у 2004 - 23.06, 23.09, а тимофіївки лучної 25.09.03 р.

Згідно з рекомендаціями ведення землеробства на радіаційно забруднених землях під культури вносили калійні добрива (калій хлористий) нормою 120кг/га д.р., фосфорні (суперфосфат простий) - 90кг/га д.р. Азот є необхідним елементом для нормального росту і розвитку рослин, але враховуючи те, що вміст азоту позитивно корелює з рухомістю цезію-137 у ґрунті, вносили лише 50 кг/га д.р. азотних добрив (аміачна селітра).

Воду подавали у три посудини з конюшиною і у три посудини з тимофіївкою лучною зверху, моделюючи дощування, а в інші три посудини з конюшиною і три посудини з тимофіївкою лучною знизу, моделюючи підгрунтове зволоження.

Потреба у додатковому регулюванні водного режиму ґрунту зведена тільки до відведення завдяки осушенню надлишкової гравітаційної вологи і підтриманню в межах норми осушення, що приймається згідно з розрахунками за формулою (5) ( рис.1). Так, як норми осушення для конюшини і тимофіївки лучної не відрізняються суттєво, то на рис.1 наведено значення тільки для конюшини. Поливна норма при зрошенні дощуванням протягом вегетаційних періодів трьох років спостережень становила 350 м³/га.

Норми осушення, що отримали за розрахунками, порівняно з стандартними, згідно з ДБН (для багаторічних трав, які вирощують на дерново-підзолистих ґрунтах, норма осушення становить 0,4…0,6м), є вищими. Ґрунт дослідної ділянки, відібраний на землях поблизу с. Великі Озера Дубровицького району Рівненської області дерново-підзолистий супіщаний. Характеристика основних властивостей та валового складу ґрунту така: щільність ґрунту 1,5 г/см², водовіддача 0,04, максимальна гігроскопічність 1,5 %, ПВ = 22 %, НВ = = 18,0 %, рН = 4,84, вміст гумусу не перевищує 2 %, ємність поглинання низька і становить 2,3 мг-екв на 100 г гр., ступінь насичення основами 37 %, гідролітична кислотність 1,52 мг-екв на 100 г гр., вміст обмінного кальцію 1,35 мг-екв на 100 г гр., вміст NO₃ 2,15 мг/кг, NO₄ - 7,14, K₂O - 75, P₂O₅ - 125. Щільність забруднення цезієм-137 становить 188Бк/м² (5 Ки/км²).

Дослід №2. Для перевірки результатів досліду №1 в реальних умовах на ОЗС „Воробино” Дубровицького району Рівненської області проведено комплекс польових і лабораторних досліджень.

ОЗС “Воробино” розташована у східній частині Волинського моренного пасма. Геоморфологічна будова неоднорідна. Рельєф хвилястий. У межах заплави річки Горинь поширені переважно дерново-підзолисті суглинисті, а на терасі дерново-підзолисті супіщані ґрунти. Частина з них оглеєна. Ґрунти напівгідроморфні та частково гідроморфні осушені. Дослідні ділянки закладено на ОЗС “Воробино” на дерново-підзолистих супіщаних (свердловина 19) і суглинистих ґрунтах (27, 28, 29).

Характеристика водно-фізичних та фізико-хімічних властивостей дослідних ділянок така:

свердловина 19 щільність ґрунту 1,65 г/см², водовіддача 0,05, максимальна гігроскопічність 1,4 %, ПВ = 24 %, НВ = 18,5 %, рН = 5, 91, вміст гумусу не перевищує 1,47 %, ємність поглинання низька і складає 2,6 мг-екв на 100 г гр., ступінь насичення основами 38 %, гідролітична кислотність 1,74 мг-екв на 100 г гр., вміст обмінного кальцію 1,75 мг-екв на 100 г гр., вміст NO₃ - 2,85 мг/кг, NO₄ - 6,91, K₂O - 80, P₂O₅ - 119, Mn - 13,08. Щільність забруднення цезієм-137 становить 3,8 Кі/км²;

свердловини 27, 28, 29 - щільність ґрунту 1,35г/см², водовіддача 0,09, максимальна гігроскопічність 7,1 %, ПВ=31 %, НВ =22 %, рН = 6,62, вміст гумусу не перевищує 3,8 %, ємність поглинання низька 2,2 мг-екв на 100 г гр., гідролітична кислотність 1,03 мг-екв на 100 г гр., вміст обмінного кальцію 20 мг-екв на 100 г гр., вміст NO₃ 5,24 мг/кг, NO₄ - 5,03, K₂O - 75, P₂O₅ - 65, Mn - 6,18. Щільність забруднення цезієм-137 по свердловинах: 27 - 3,75 Кі/км², 28 - 3,35, 29 - 3,62.

Дослід №3. З метою верифікації моделі SWAP, покладеної в основу інформаційно-дорадчої системи на осушуваних землях, у 2002 р. проведено серію експериментів на дослідній ділянці в районі озера Басового Кута, м. Рівне. На ділянці розміром 100 x 100 м зроблено три свердловини з різними РГВ на відстані 30 м одна від одної та від водного джерела.

Ґрунт дослідної ділянки - дерново-підзолистий супіщаний. Водно-фізичні властивості досліджуваного ґрунту такі: вміст гумусу у верхньому шарі ґрунту 1%, рН _сол. = 5,6, гідролітична кислотність - 2,2мг-екв на 100 г гр., сума увібраних основ - 5,1 мг-екв на 100 г ґр., ступінь насичення основами 60 %.

За період досліджень 2002 2004 рр. визначили: динаміку вологості ґрунту і ГГВ протягом вегетаційного періоду під багаторічними травами (дослід №1, №3); комплекс водно-фізичних властивостей ґрунту (дослід №1, №2, №3); агрохімічні властивості ґрунту (дослід №1, №2, №3); продуктивність сільськогосподарських культур (дослід №1, №2); розподіл кореневої системи за профілем ґрунту (дослід №1, №2); нагромадження цезію-137 в конюшині і тимофіївці лучній залежно від способу регулювання водного режиму ґрунту (дослід №1, №2).

Вологість ґрунту визначалась з метою оцінки вологозабезпеченості рослин та характеру розміщення вологи в ґрунтовому профілі протягом вегетаційного періоду. Проби ґрунту відбирали з трьохразовою повторюваністю буровим способом. Вологість ґрунту в точках спостереження визначали раз на тиждень з 06.05.02 по 20.09.02 р. в досліді №3 та з 12.05.02 по 04.09. 04 р. в досліді №1 термостатно-ваговим методом. У досліді №1 проби ґрунту відбирали через 10см, а в досліді №3 - через 20. Гранулометричний склад визначено піпеточним методом за М.А.Качинським. Визначення щільності ґрунту проведено за допомогою бура об'ємом 50 см³, а також у шурфах за допомогою циліндрів об'ємом 1000см³. Визначення граничної та найменшої вологоємності здійснено лабораторним методом у зразках із непорушеною структурою. Максимальна гігроскопічна вологість ґрунту визначено за А.В.Ніколаєвим. З агрохімічних досліджень проведено такі визначення: рН - потенціометрично із скляним електродом, рухомий фосфор - колориметрично у 0,2н. НСІ витяжці за синім молібденовим гетерополікомплексом з хлористим оловом, обмінний калій в 0,2 н. НСІ витяжці на полум'яному фотометрі. Вміст загального гумусу визначено за методикою І.В.Тюріна. Облік урожаю проводено шляхом суцільного обліку всіх ділянок із статистичною обробкою результатів за Б.О. Доспєховим з трьохразовою повторюваністю. Потужність кореневої системи визначено за методом моноліту. Повторюваність досліду - трьохразова. Визначення питомої активності цезію-137 в зразках багаторічних трав проведено на всіх ділянках із статистичною обробкою результатів за допомогою сцинтиляційного гама-спектрометра з кристалом NaJ (TI) на багатоканальному амплітудному аналізаторі імпульсів АІ-1024-95.

У третьому розділі “Вплив водного режиму ґрунту на якість сільськогосподарської продукції в умовах радіаційного забруднення території” наведено результати польових і вегетаційних досліджень, які свідчать про те, що під час підгрунтового зволоження питома активність цезію-137 у зразках конюшини в 2002 р. на 13% вища при дощуванні, порівняно з підгрунтовим зволоженням. Дані спостережень підтверджуються показниками 5%-вого рівня значущості (помилка досліду 12,36; помилка різниці середніх 17,48 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 38,99 і відносних показниках 9,98%), у 2003 - на 98% (помилка досліду 6,8; помилка різниці середніх 9,63 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 21,5 і відносних показниках 9,6%), а у 2004 - на 20% (помилка досліду 9,64; помилка різниці середніх 13,64 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 30,41 і відносних показниках 10,79%), а в тимофіївки лучної на 23% (помилка досліду 4,75; помилка різниці середніх 6,72 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 14,98 і відносних показниках 8,35%). Це зумовлено тим, що при підгрунтовому зволоженні у верхньому шарі ґрунту забезпечується вологість, що відповідає нижній межі сприятливої вологоємкості (НМСВ). В таких умовах рослина не відчуває водного стресу і в даному горизонті, де розміщено понад 95% цезію-137, за рахунок зниження вологості ґрунту послаблюється міграція цезію-137 у системі „ґрунт - рослина”. Протягом трьох років спостережень вологість ґрунту суттєво не відрізнялася, тому на рис 2, 3, 4 наведено результати досліджень за вологістю дерново-підзолистого ґрунту під багаторічними травами за 2004 р. Оскільки вид багаторічної трави суттєво не впливає на ГГВ, на рис. 5 наведено результати спостережень ГГВ під конюшиною.

Врожайність конюшини при дощуванні у 2002 р. була вища на 21% (помилка досліду 8,47; помилка різниці середніх 11,91 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 26,57 і відносних показниках - 10,17%), у 2003 - на 16% (помилка досліду 8,19; помилка різниці середніх 11,59 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 25,84 і відносних показниках 9,43%), у 2004 - на 18% (помилка досліду 8,91; помилка різниці середніх 12,61 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 28,11 і відносних показниках 9,90%), у порівнянні з підгрунтовим зволоженням. Для тимофіївки лучної під час підгрунтового зволоження порівняно з дощуванням, спостерігалося зниження продуктивності на 16% (помилка досліду 7,22; помилка різниці середніх 11,21 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 22,77 і відносних показниках 10,19%). На радіаційно забруднених дерново-підзолистих ґрунтах в умовах Західного Полісся України доцільно надавати перевагу підгрунтовому зволоженню.

Для перевірки адекватності моделей для визначення вмісту цезію-137 у сільськогосподарських культурах, порівняємо значення питомої активності цезію-137 в зразках конюшини й тимофіївки лучної при зрошенні дощуванням та під час підгрунтового зволоження, отримані внаслідок розрахунків та досліджень (таблиця 1).

При підгрунтовому зволоженні коріння багаторічних трав інтенсивніше розвивалося у горизонті 0...20 см (маса коренів - 42%), порівняно з розвитком кореневої системи в даному шарі ґрунту при дощуванні (31%), де і забезпечувалося оптимальна вологість. У таких умовах збільшилося водоспоживання рослин із горизонту 20 - 40 см, де зосереджено лише 5% радіоактивного цезію -137, що є ще однією причиною, яка дає пояснення, чому існує тенденція до зниження рівня забруднення цезієм-137 рослинницької продукції під час підгрунтового зволоження.

рослинницький зволожувальний ґрунт радіаційний

Таблиця 1 Співвідношення результатів досліджень і значень, отриманих розрахунками

Назва	Рівень забруднення для зрошення дощування, Бк/кг	Рівень забруднення для підгрунтового зволоження, Бк/кг
	Перший укіс	Другий укіс	Перший укіс	Другий укіс
Конюшина (2002 р.)	414	367
Модель (конюшина 2002 р.)	434,7	286, 21
Конюшина (2003 р.)	395	297	324	150
Модель (конюшина 2003 р.)	421,12	329,87	346,23	172,5
Конюшина (2004р.)	398	309	340	255
Модель (конюшина 2004 р.)	412,25	331,54	357,6	276,82
Тимофіївка лучна	197	161
Модель (тимофіївка)	219,17	185,63

Щоб з'ясувати чи будуть закономірності, отримані внаслідок вегетаційних досліджень, спостерігатися на реальних системах, ми на ОСЗ “Воробино” Дубровицького району Рівненської області провели комплекс польових і лабораторних досліджень.

Найвища питома активність цезію-137 у зразках конюшини у 2003 р. спостерігалася поблизу свердловини 28 (258 Бк/кг), а найменша поблизу 19 (200 Бк/кг). Біля свердловини 29 питома активність цезію-137 у зеленій масі конюшини 230 Бк/кг, біля 27 - 225 Бк/кг. Дані спостережень підтверджуються статистичними показниками 5%-вий рівня значущості (помилка досліду складала 7,08; помилка різниці середніх 10,01 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 22,32 і відносних показниках 9,78%). У 2004 р. дана тенденція також має місце. У відібраних зразках конюшини питома активність цезію-137 поблизу свердловини 28 - 250Бк/кг, 19 201, 29 235, а біля св.27 - 228 ( помилка досліду 7,70; помилка різниці середніх 10,89 та найменша суттєва різниця для 5 %- вого рівня значущості в абсолютних - 24,29 і відносних показниках 10,62 %).

Динаміка рівнів ґрунтових вод протягом 2003 - 2004 рр. значно не відрізнялася. Тому на рис.6 наведено результати досліджень за глибиною ґрунтових вод протягом 2004 р.

Максимальне значення питомої активності цезію-137 у зеленій масі конюшини пояснюється тим, що у разі близького залягання горизонтів ґрунтових вод до поверхні землі зона аерації перенасичена вологою. Крім того, коренева система багаторічних трав розміщена майже вся в орному шарі ґрунту, де міститься понад 95% цезію-137. Це створює сприятливі умови для підвищення міграційної здатності й рухомості даного радіоактивного елемента і, як наслідок, збільшення питомої активності цезію-137 у зеленій масі конюшини. Забезпечення оптимального водного режиму ґрунту на радіаційно забруднених територіях стимулює розвиток коренів у глибину та збільшує поглинання вологи з нижніх шарів. Це створює сприятливі умови для блокування радіонуклідів у ґрунті і, як наслідок, до зменшення їх виносу з рослинницькою продукцією. Подальше зниження ГГВ призведе до різкого зниження підживлення кореневмісного шару ґрунту і викличе зневоднення підорного горизонту, а періодичне випадання опадів, які затримуються в орному шарі, знову призведе до переважного поглинання з нього.

Продуктивність конюшини на ділянці поблизу свердловини 19 становила 23,3 т/га, 28 - 25,4, 29 - 19,56, 27 - 20,97 ( помилка досліду 7,89; помилка різниці середніх 16 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 24,89 і відносних показниках - 11%). У 2004 р. врожайність конюшини на ділянці поблизу свердловини 19 23,3 т/га, 28 - 25,4, 29 - 20,3, 27 - 20,7 (помилка досліду 3,29, помилка різниці середніх дорівнює 4,66 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних 10,39 і відносних показниках 5,67%). На ділянці, яка характеризується найнижчим рівнем забруднення цезієм-137 рослинницької продукції (свердловина19), продуктивність конюшини нижча на 8% порівняно з найбільш забрудненою ділянкою (28), але менший врожай компенсуються отриманням радіаційно чистої продукції згідно з ДР-97.

Модель розрахунку рівня забруднення цезієм-137 рослинних зразків, відібраних на дослідних ділянках на ОЗС „Воробино”, є достовірною, оскільки різниця між розрахунковими значеннями та отриманими внаслідок досліджень є несуттєвою.

У четвертому розділі “Управління гідромеліоративною системою на радіаційно забруднених ґрунтах” наведено способи управління меліоративними системами на радіаційно забруднених дерново-підзолистих ґрунтах. У вологі періоди вегетації потреба у додатковому регулюванні водного режиму ґрунту зведена до мінімуму тільки до відведення за рахунок осушення надлишкової гравітаційної вологи та підтримання рекомендованих норм осушення (рис.1). З врахуванням цих допущень завдання управління ОЗС у режимі зволоження полягає у визначенні об'єму води, який необхідно подати або відвести для того, щоб привести ГГВ на системі до необхідних значень, враховуючи, що природні фактори, які формують водний баланс системи за прогнозний інтервал часу, суттєво не змінюються. Для досягнення вказаної мети достатньо прогнозувати водний баланс тільки для зони аерації:

, (1)

де WH_t, WH_t+ф вологозапаси в активній частині кореневого шару h на момент часу t та t+ф, опади за час t, t+ф, E _t,t+ф - випаровування за час t,t+ф. Об'єм води, необхідний для зміни ГГВ від H_t до Н_t+ за час , визначається за формулою :

, (2)

де водовіддача шару, в якому змінюється рівень ґрунтових вод. запланований на прогнозний інтервал часу t,t+ф. сумарний вологоперенос для певного модуля.

ІДС ОЗС на радіаційно забруднених ґрунтах це математичні моделі і програмне забезпечення для вирішення таких завдань: 1) прогноз фенологічних фаз розвитку культур на балансових модулях (частинах поля, на яких встановлюється однакова відмітка ГГВ, вирощується одна культура, яка перебуває в одній фазі розвитку, з однаковими кліматичними і ґрунтовими умовами); 2) прогнозний і ретроспективний розрахунок водного режиму балансових модулів із визначенням необхідного об'єму води; 3) розрахунок рівня забруднення сільськогосподарської продукції; 4) зміна ціни залежно від рівня забруднення цезієм-137 рослинницької продукції; 5) оптимізація водорозподілу між полями регулювання у разі радіаційного забруднення території; 6) прогнозний та ретроспективний розрахунок об'ємів і витрат води для полів регулювання, ділянок, системи та встановлення необхідного режиму роботи регулюючих споруд; 7) накопичення та видача експлуатаційному персоналу звітної інформації про функціонування ОЗС.

Математичний опис руху вологи в ґрунті втілено у рівнянні Річардса:

(3)

де K - гідравлічна провідність насиченого ґрунту або коефіцієнт фільтрації, см/добу, - повний потенціал ґрунтової вологи, см.в.ст. t - час, діб, S -об'єм вологи, який видаляється з одиниці об'єму ґрунту за одиницю часу, cм³/см³діб, C - вологоємність (d/dh), 1/см. Витрати води на випаровування з елементарного горизонту кореневмісного шару ґрунту визначаються за допомогою рівняння Пенмана - Монтейта, що записане у вигляді: (Монтейт, 1965, 1981);

, (4)

де - сумарне випаровування для і-тої культури за час t, t+ф, R_n - потік залишкової радіації на поверхню рослини, G - ґрунтовий тепловий потік, с_air - густина повітря, C_air - теплоємність повітря, e_sat - тиск насиченої пари, e_act - опір повітря, r_crop - опір на поверхню рослини, r_air, - опір повітря, - нахил кривої тиску пари, і г_air - психрометрична константа.

Оптимізація норми осушення на дерново-підзолистих радіаційно забруднених ґрунтах передбачає встановлення умов, що забезпечують максимально можливий приріст продукції у разі мінімального рівня забруднення її цезієм-137 на певному модулі, а потім на всій площі поля регулювання за прогнозний інтервал часу. За критерій оптимізації відмітки ґрунтових вод на полі регулювання приймаємо максимум чистого доходу від реалізації управлінських рішень протягом прогнозного інтервалу часу:

, (5)

де - коефіцієнт зниження врожайності культури на і-тому модулі протягом прогнозного інтервалу t, t+ф внаслідок відхилення водного режиму ґрунту від оптимального при j- тій відмітці РГВ на модулі. Даний коефіцієнт визначається за методикою Лазарчука М.О.; , В_і - ціна і витрати на виробництво забрудненої цезієм-137 культури, яку вирощують на і-тому модулі; F_і - площа і-того модуля; Ц_в - вартість одиниці об'єму води. - затрати води на зволоження і-того модуля при j-тій відмітці Р. - приріст врожаю за інтервал часу t, t+ф, що визначається з наступних міркувань.

За весь вегетаційний період врожайність даної сільськогосподарської культури дорівнює проектній врожайності. Сума приростів врожаю за прогнозні інтервали часу дасть проектну врожайність:

, (6)

де Y_n -проектна врожайність, яка залежить від рівня агротехніки; Т- тривалість вегетаційного періоду.

В основу моделі прогнозної оцінки на довготерміновій основі розвитку і формування врожаю на осушуваних землях покладено найбільш поширений та апробований на практиці підхід оцінки зміни величини потенційно можливого (фактичного або ефективного) врожаю Y_п певної культури до дійсно можливого (фактичного або ефективного) його значення, зумовленого поточними умовами вологозабезпеченості посіву протягом вегетації (А.І. Голованов, Ю.М. Нікольський, В.І.Айдаров, А.М. Рокочинський та ін.). Використовуючи агрометеорологічні довідники, з допомогою SWAP можна прорахувати середнє багаторічне сумарне випаровування із кореневмісного шару ґрунту для різних типів ґрунту та різних сільськогосподарських культур . Між потенційним врожаєм та сумарним випаровуванням існує залежність:

, (7)

де N - коефіцієнт пропорційності, який визначається згідно з формулою 8:

. (8)

За кожен розрахунковий інтервал часу t,t+ф, який становить 1 тиждень, відбувається наростання певної кількості зеленої маси, яке пропорційне сумарному випаровуванню. Знаючи сумарне випаровування за розрахунковий період часу, ми можемо встановити приріст врожаю за формулою:

, (9)

де - сумарне випаровування за прогнозний інтервал часу t,t+ф з і-того модуля.

Зміна коефіцієнта переходу цезію-137 з орного шару ґрунту до рослини залежить від зміни сумарного випаровування з горизонту 0...20 см по відношенню до сумарного випаровування з кореневмісного шару ґрунту. Даний коефіцієнт визначає, скільки цезію-137 може перейти з ґрунту до сільськогосподарської культури за час t,t+ф при визначених умовах і розраховується за формулою:

, (10)

де - сумарне випаровування із верхнього найбільш забрудненого шару ґрунту (0...20 см) за прогнозний інтервал часу t,t+ф; - середнє багаторічне сумарне випаровування із кореневмісного шару ґрунту за прогнозний інтервал часу t,t+ф.

Враховуючи , уточнимо коефіцієнт переходу К_п за формулою:

 , (11)

де К_п- коефіцієнт переходу цезію-137 з ґрунту до рослини.

Оцінити радіологічну якість сільськогосподарської продукції можна за допомогою рівня забруднення цезієм-137 сільськогосподарської продукції. Даний коефіцієнт показує, скільки цезію-137 міститься в прирості врожаю сільськогосподарської культури за час t,t+ф при заданих умовах і визначається за формулою:

, (12)

де рівень забруднення одиниці сільськогосподарської продукції цезієм-137; - щільність забруднення ґрунту цезієм-137.

Радіологічна якість формує ціну рослинницької продукції. В умовах підвищеного радіаційного навантаження слід приділити особливу увагу отриманню продукції, що відповідає санітарним нормативам ДР-97. Ціна забрудненої цезієм-137 рослинницької продукції визначається за формулою 13:

, (13)

де R^dі - допустимий рівень забруднення цезієм-137 і-тої культури, що визначається згідно з санітарними нормативами (ДР-97); Ц^ч_і ціна умовно чистої в радіологічному відношенні продукції, грн/т. ціна забрудненої цезієм-137 рослинницької продукції, грн/т. Основним завданням при оптимальному управлінні ОЗС на радіаційно забруднених ґрунтах є підбір на кожний прогнозний інтервал часу такого значення глибин ґрунтових вод, в межах норми осушення, згідно ДБН, при якому буде виконуватися залежність (5). Але для всіх модулів одночасно неможливо забезпечити оптимальну норму осушення. Тому на полі регулювання пропонуємо підтримувати глибину ґрунтових вод, що забезпечить максимальну суму чистих доходів за всіма модулями. Через тиждень проводимо ретроспективний розрахунок, а потім повторюємо всі розрахунки спочатку. Сумуючи максимальні чисті доходи за розрахункові періоди, отримаємо максимум чистого доходу за вегетаційний період. Економічний ефект досягається як за рахунок покращення радіологічної якості рослинницької продукції, так і за рахунок збільшення врожайності, у порівнянні із системами односторонньої дії. Дана методика оптимізації норми осушення на радіаційно забруднених ґрунтах дасть можливість забезпечити екологічно безпечне та економічно доцільне ведення меліоративного землеробства в умовах радіаційного забруднення території Західного Полісся України.

ВИСНОВКИ та рекомендації виробництву

1. В Західному Поліссі України вміст радіонуклідів в рослинній продукції, яка вирощується на радіаційно забруднених осушуваних дерново-підзолистих грунтах, залежить від норми осушення.

2. Встановлений зв'язок між надходженням основного забруднювача - цезію-137 в урожай конюшини і тимофіївки лучної та нормою осушення; він має дзвіноподібну форму.

3. При підґрунтовому зволоженні, порівняно зі зрошенням дощуванням, коренева система багаторічних трав інтенсивніше розвивається у підорному шарі, що знижує водоспоживання рослин із верхнього найбільш забрудненого шару ґрунту. Це зменшує вміст цезію-137 у багаторічних травах.

4. Норма осушення, яка забезпечує максимальний економічний і екологічний ефекти від ведення землеробства на радіаційно забруднених дерново-підзолистих ґрунтах, знаходиться в межах від 0,8 до 1,2 м.

5. Підгрунтове зволоження, порівняно з дощуванням, знижує вміст цезію-137 у конюшині на13 - 98%, а у тимофіївці лучній - на 23%.

6. Урожайність конюшини при зрошенні дощуванням, порівняно з підгрунтовим зволоженням, більша на 13 - 20%, а тимофіївки лучної - на 16%. Менший врожай при підгрунтовому зволоженні має більшу вартість завдяки отриманню більш радіологічно чистої продукції. В умовах Західного Полісся України перевагу слід надавати підгрунтовому зволоженню.

7. Розрахунковий метод оптимізації норми осушення на дерново-підзолистих ґрунтах та прогнозна модель визначення рівня забруднення рослинницької продукції цезієм-137, які включені окремими блоками в організаційну структуру інформаційно-дорадчої системи, підвищують якість експлуатації осушувально-зволожувальних систем на радіаційно забруднених ґрунтах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у фахових виданнях

1. Лазарчук М.О., Погребняк Н.Д., Судук О.Ю. Методи оцінки кількісного впливу водного режиму ґрунту у вегетаційний період на врожайність сільськогосподарських культур // Вісник РДТУ: збірник наукових праць. - Рівне, 2001.- С.78-83.

2. Судук О.Ю. Управління осушувально-зволожувальними системами на радіаційно забруднених ґрунтах у вегетаційний період // Вісник РДТУ: збірник наукових праць. - Рівне, 2002. - С.138-143.

3. Судук О.Ю., Надкирничний О.М. Моделювання руху води в ґрунті // Вісник РДТУ: збірник наукових праць. - Рівне, 2003. - С. 83 - 89.

4. Судук О.Ю. Вплив водного режиму ґрунту на накопичення цезію-137 у сільськогосподарській продукції // Вісник РДТУ: збірник наукових праць. - Рівне, 2004 - С. 81 - 87.

5. Судук О.Ю. Оптимізація норми осушення на радіаційно забруднених ґрунтах // Вісник РДТУ: збірник наукових праць. - Рівне, 2005 С.56 62.

АНОТАЦІЇ

Судук О.Ю.Оптимізація норми осушення на дерново-підзолистих ґрунтах в умовах радіаційного забруднення території. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.02 - сільськогосподарські меліорації. - НУВГП, Рівне, 2005.

У дисертаційній роботі теоретично обґрунтовано напрямки отримання рослинницької продукції, що відповідає радіологічним стандартам, на основі регулювання рівнів ґрунтових вод на дерново-підзолистих ґрунтах в умовах Західного Полісся України. Також визначено прийоми управління осушувально-зволожувальними системами на дерново-підзолистих ґрунтах в умовах радіаційного забруднення території, дано оцінку впливу водного режиму ґрунту на радіологічну якість рослинницької продукції на осушуваних землях. Вперше розроблено методику оптимізації глибини ґрунтових вод на осушувально-зволожувальних системах в умовах забруднення радіонуклідами території Західного Полісся України, що забезпечить екологічно безпечне та економічно доцільне ведення меліоративного землеробства на радіаційно забруднених ґрунтах.

Ключові слова: осушувально-зволожувальні системи, інформаційно-дорадча система, рівень ґрунтових вод, вологість ґрунту, допустимий рівень забруднення, коефіцієнт переходу.

Судук О.Ю. Оптимизация нормы осушения на дерново-подзолистых почвах в условиях радиационного загрязнения территории. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.02 - сельскохозяйственные мелиорации. - НУВХП, Ровно, 2005.

В диссертации разработана методика оптимизации норм осушения на загрязненных радионуклидами землях, а также дана оценка влияния водного режима почвы на процессы миграции и накопления радиоактивного цезия-137 в земледельческой продукции. Установлено, что накопление цезия-137 в сельскохозяйственных культурах в значительной мере зависит от водного режима почвы.

На основании выполненных исследований разработаны теоретические основы принятия оптимальных инженерных решений при эксплуатации осушительно-увлажнительных систем в условиях радиоактивного загрязнения.

Представлены обоснования экологической целесообразности и экономической эффективности управления осушительно-увлажнительными системами в условиях радиоактивного загрязнения.

Проведен расчет норм осушения в условиях радиоактивного загрязнения, который в процессе исследовательской проверки показал целесообразность и возможность получения условно чистого урожая (в радиоактивном отношении) при несущественном снижении урожайности.

Рекомендованы природоохранные мероприятия по уменьшению накопления цезия-137 в земледельческой продукции на осушительно-увлажнительных системах в условиях радиоактивного загрязнения.

На основе научно-статистических исследований в случае подпочвенного увлажнения выявлена тенденция к снижению содержания цезия-137 в зеленой массе многолетних трав (клевера и тимофеевки), что выращивают на дернисто-подзолистых почвах Западного Полесья Украины в сравнении с орошением дождеванием.

Разработана структура информационно - советующей системы, которая обеспечивает оптимальное управление осушительно-увлажнительными системами в условиях радиационные загрязнения территории. Разработанная информационно- советующая система осушительно-увлажнительных систем в условиях радиационного загрязнения территории Западного Полесья Украины даст возможность получить максимальный выход сельскохозяйственной продукции, в сравнении с системами одностороннего действия, с минимальным содержанием цезия-137. Ключевые слова: осушительно-увлажнительные системы, информационно-советующая система, уровень почвенных вод, влажность почвы, допустимый уровень загрязнения, коэффициент перехода.

Suduk O.J. Optimization of norms of drainage on soddy-podsolic soils of radioactively polluted territory. - the Manuscript.

The thesis's for a scientific degree of the candidate of agricultural sciences, speciality 06.01.02 - agricultural land reclamation, NUWMN, Rivne, 2005.

A technique of getting agricultural production corresponding to radiologic standarts based on regulation of ground water levels on soddy-podsolic soils in the regions of Western Polissya of Ukraine is developed. The ways of controlling drainage-irrigation systems on soddy-podsolic soils on radioactively polluted territories are defined. The influence of water-soil regime on the level of radiological pollution of agricultural production on the drained areas is submitted. First presented is the method of ground water level optimization on drainage-irrigation systems on radioactively polluted territories of Western Polissya of Ukraine. It will provide ecologically safe and economically expedient meliorative agriculture on radioactively contaminated soils. Nature protection measures on reduction of accumulated caesium-137 in agricultural production on drainage-irrigation systems are recommended.

Key words: drainage-irrigation systems, information-consulting system, a level of soil waters soil humidity, permissible level of pollution, transition coefficient.

Размещено на Allbest.ru

...