3. Разработка комплекса технологических и агромелиоративных приемов позволяющих ликвидировать или уменьшить зоны подтопления земельных массивов в агроландшафтах;

4. Экономическая оценка системы агромелиоративных приемов;

5. Выбор технологии возделывания сельскохозяйственных культур на каждом конкретном земельном массиве с учетом комплекса технологических и агромелиоративных приемов.

Разработаны возможные варианты технологических схем применения комплекса почвообразующих и мелиоративных машин для системы земледелия степной зоны Краснодарского края. Озимые зерновые культуры являются одними из основных культур степной зоны. Наиболее распространенным предшественником озимых зерновых культур являются зерновые, зернобобовые и пропашные культуры.

Обработка почвы по технологии возделывания озимых культур, как правило, начинаются в летние месяцы - июнь, июль, возможно август (уборка сельскохозяйственных культур на силос) и продолжаются до их посева (октябрь месяц). К моменту начала обработок почвы под озимые возможны две основные ситуации на подтопленных участках.

Ситуация 1. Замкнутые понижения не содержат воды на поверхности поля, почва высохла, произошло обезструктуривание почвы.

Ситуация 2. Замкнутые понижения сохраняют воду на поверхности поля, их обработка не проводилась, и посев сельскохозяйственных культур не осуществлялся.

Для указанных случаев разработаны варианты технологических схем, обеспечивающих отвод воды или недопущение их подтопления.

Выполнено обоснование мелиоративной обработки почвы при возделывании озимых культур после раноубираемых предшественников. При возделывании озимых культур после раноубираемых предшественников от первой обработки, которую следует проводить незамедлительно после его уборки, и до посева остается довольно много времени - 2-3 месяца. Это обстоятельство необходимо использовать для выполнения комплекса мелиоративных работ на местах понижений и вымочек.

Научно обоснована математическая модель оптимизации мероприятий для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления. Исследования в этом направлении требуют оптимизации природоохранных и экономических задач. Целевыми функциями для моделей, рассматривающих сельхозяйственное производство и использование ресурсов, могут быть - минимум темпов подъема грунтовых вод и их минерализации, а также другие показатели, характеризующие процессы вторичного засоления почвы. Кроме того, нужны модели оптимизации при дефиците ресурсов (оросительной воды и удобрения, производительности машин и рабочей силы), т.е. модели, позволяющие так планировать распределение недостаточных ресурсов, чтобы получить максимальную отдачу.

Для реализации оперативного управления сложными стохастическими экологическими системами, какими являются сельскохозяйственные земли, использовали системный подход. Нами разработана математическая модель для проведения комплекса мероприятий направленных на охрану сельскохозяйственных земель от подтопления для повышения плодородия почв.

Целевыми функциями для математической модели являются:

- минимум темпов подъема грунтовых вод и их минерализации;

- минимум темпов снижения макроэлементов (гидролизуемого азота, подвижного фосфора, подвижного кальция);

- минимум темпов снижения гумуса в почве;

- минимум текущих экономических затрат на проведение комплекса мероприятий.

функция для управления МСП имеет вид, в которой задаются коэффициенты важности по каждому мероприятию:

(4.1)

где затраты на обеспечение i-го поля ресурсами j-го ИР в объеме х_ij ; - объём ресурса, потребляемого при выполнении мелиоративных работ на i-м поле из j-го источника ресурса, при чем , где и - соответственно минимальная и максимальная потребность i-го поля в ресурсе из j-го источника ресурса.

, (4.2)

где - наличие ресурса для i-го поля из j-го источника ресурса.

Ограничения на текущие затраты учитываются неравенством:

, (4.3)

где - затраты на обеспечение i-го поля единицей ресурса из j-го источника ресурса; - объём текущих затрат на развитие мелиорации.

Критериями выбора технических мероприятий служат следующие параметры:

- подтопляемые территории (подтопляемые участки, не содержащие воду к моменту начала обработки почвы); подтопленные территории (подтопленные участки, находящиеся под водой, или сильно увлажненные к моменту начала обработки почвы);

- история поля - предшественник:

Ш озимая пшеница после занятых паров и зернобобовых культур;

Ш озимая пшеница после пропашных культур;

Ш озимая пшеница по черному пару после колосовых;

Ш озимая пшеница после колосовых культур;

Ш пропашная культура после колосового предшественника;

Ш ранние яровые культуры после пропашного предшественника;

- уровень грунтовых вод;

- минерализация грунтовых вод;

- кислотно-щелочной баланс почвы;

- содержание гумуса в почве;

- содержание в почве макроэлементов (гидролизуемого азота, подвижного фосфора, подвижного калием).

Для каждого из предшественников подбираются технологические операции с учетом «истории поля» и дается экспертная оценка.

При выборе технологических операций математическая модель руководствуется вводимыми параметрами мелиоративного состояния почв, оптимальный интервал которых задан (например, таблица 4.2). Для принятия решения по проведению комплекса мелиоративных мероприятий модель начинает распределять имеющиеся ресурсы с учетом весового коэффициента влияния каждого из критериев на мелиоративное состояние почв.

Алгоритм управления мелиоративным состоянием почв осуществляется в два этапа (рисунок 4.1). На первом этапе устанавливается совместность системы ограничений, на втором этапе корректируются коэффициенты целевой функции на базе стандартного программного обеспечения с использованием пакета прикладных программ «Линейное программирование».

Ограничения налагаются на переменные ячейки (по два ограничения для каждой изменяемой ячейки с указанием верхнего и нижнего пределов). Таким образом, на специализированном листе содержатся ячейки, в которых вычисляются ограничиваемые величины. Тип каждого из ограничений модели (?, =, ?) задается (вводится) в специальном окне диалога при выполнении команды Правка -> Наименование мероприятия. Стоимость мероприятий вводится в программе в соответствующем диалоговом окне (Правка -> Мероприятия).

Разработанная компьютерная программа по оптимизации выбора технологических операций по восстановлению плодородия почв подбирает комплект мелиоративных и почвообрабатывающих машин для ликвидации и предупреждения подтопления сельскохозяйственных земель. Конечным итогом служит оптимизированная технологическая карта по проведению комплекса технологических операций на подтопленных полях.

Выполнено экономическое обоснование подбора оптимального комплекса технологических операций и мелиоративных машин для восстановления плодородия подтопленных почв и снижения энергозатрат. В случае, если затраты на выполнение системы агромелиоративных приемов существенно превышает величину экономической выгоды от полученной прибыли урожая сельскохозяйственной культуры следует выбирать более упрощенную систему мероприятий, или идти на заведомые экономические потери в конкретный временный период, предполагая получение экономического выигрыша в будущем, после полной ликвидации условий, приводящих к подтоплению агроландшафтов.

Таблица 4.2 -Интервал критериев экологической безопасности МСП

№ п/п	Наименование критерия	Единица измерения	Оптимальный интервал	Весовой коэффициент
1	Уровень грунтовых вод (для черноземов)	м	2,0-2,5	0,25
2	Минерализация грунтовых вод	г/л	0-1,5	0,25
3	Кислотно-щелочной баланс почвы	-	6,5-7,5	0,05
4	Содержание гумуса в почве	%	4-6	0,20
5	Содержание в почве макроэлементов (по Мачигину):			0,15
	гидролизуемого азота (при рН>6);	мг/100гр	4-7
	подвижного фосфора;	мг/100гр	0,5-3,0
	подвижного калия.	мг/100гр	10-20

При расчетах экономической выгоды или экономических потерь при осушении подтопленных участков важно помнить об экологической составляющей проблемы подтопления агроландшафтов, идя, в некоторых случаях, на заведомые убытки в расчете на недопущения распространения деградационных почвенных процессов, связанных с переувлажнением, подтоплением и заболачиванием почв.

По принятой методике экономической оценки затрат на выполнение механизированных работ определяем затраты на проведение каждого мелиоративного приема и технологического процесса обработки почвы системы мероприятий по предотвращению подтопления земель.

Экономические затраты выражаем через производственные затраты, являющиеся обобщенным показателем использования машин на каждой технологической операции.

Суммарные производственные затраты являются одним из основных показателей оценки эффективности выполнения работы и использование агрегата и выражается в рублях, отнесенных к единице выполняемой работы.

S= C_з+С_а+С_рто+С_тсм+С_пр, (4.4)

где S- суммарные производственные затраты, руб./га; С_з- удельная заработная плата работников, обслуживающих агрегат, руб./га; С_а- сумма затрат на амортизационные отчисления на полное восстановление по агрегату, руб./га; С_рто- затраты на ремонт и технические обслуживания, руб./га С_тсм- затраты на топливо - смазочные материалы, руб./га; С_пр- прочие эксплуатационные затраты, руб./га.

переувлажнение почва антропогенный

Рисунок 4.1 - Схема построения оптимизационной модели

С учетом найденных значений производственных затрат по отдельным технологическим операциям и мелиоративным приемам, определим их величину по предложенным вариантам системы приемов, направленных на снижение и ликвидацию подтопления агроландшафтов.

Имея величину производственных затрат на проведение комплекса мероприятий на подтопляемых участках, введем понятие экономической целесообразности их выполнения с учетом величины возможного получения сельскохозяйственной продукции на мелиоративном участке после ликвидации его подтопления.

В качестве критерия оценки введем понятие коэффициента экономической целесообразности:

К_э= W_дп / УS_I, (4.6)

где: К_э - коэффициент экономической целесообразности выполнения комплекса агромелиоративных мероприятий; W_дп - величина продукции, полученной на мелиоративном участке, выраженная через ее стоимость, руб/га:

W_дп=Q·Ц, (4.7)

Q - величина дополнительной продукции сельскохозяйственных культуры полученной на рассматриваемом массиве с учетом мелиоративного участка, т/га; Ц - цена единицы массы культуры, руб/т; ?S_i - сумма производственных затрат по отдельным мелиоративным приемом и технологическим операциям обработки почвы, руб/га.

Таким образом, если критерий экономической целесообразности будет меньше единицы, значит затраты на проведение комплекса мелиоративных приемов и технологических операций обработки почвы не смогут окупиться величиной возможной полученной прибавки урожая культуры, возделываемый на данном массиве и в таком случае очевидно можно говорить о получении экологического эффекта от выполненного комплекса мероприятий.

Если критерий экономической целесообразности будет больше единицы, значит кроме экологического эффекта, полученного от приостановления деградации подтопленного участка будет получен и экономический эффект от величины прибавки сельскохозяйственной продукции, полученный на мелиоративном участке.

В пятой главе «Разработка способов охраны сельскохозяйственных земель от подтопления и результаты исследований» на основе выполненных исследований научно обоснованы и разработаны 2 способа охраны сельскохозяйственных земель от подтопления. Установлено, что типы подтопления оказывают различное воздействие на почву и урожайность сельскохозяйственных культур.

Результатом внедрения способов охраны сельскохозяйственных земель от подтопления является снижение деградации почв путем уменьшения размеров переувлажненных замкнутых понижений с помощью регулирования водного режима почвы поля.

Установлено, что, имея данные по НВ или влажности почвы в определённый момент времени, можно отнести обследуемую почву к переувлажнённой. С целью изучения динамики распространения площадей переувлажняемых земель в бассейне р. Кирпили в 2007г были выполнены исследования на 5 полигонах по режиму влажности почв. На каждом полигоне были заложены 6 точек наблюдений за влажностью почвы. При этом было учтено следующее условие: 1 точка закладывалась в центре понижения, другие - на более высоких элементах рельефа на данном полигоне. В период вегетации озимых культур было произведено 6 отборов проб на глубину до 2,5м (глубина распространения корневой системы озимой пшеницы). Отборы были начаты в III декаде марта и завершены в I декаде июня, в период активной вегетации озимых культур.

Выполнено исследование фильтрационных свойств почв на опытных полигонах. Установлено, что переувлажнение почв ведёт к их деградации. Одним из проявлений этого процесса является слитизация почв и, в последующем, резкое снижение их фильтрационных свойств. В связи с этим для объяснения и прогноза переувлажнения почв, а также для расчётов водного баланса и обоснования мероприятий по охране сельскохозяйственных земель от подтопления необходимо иметь значения коэффициента фильтрации для разных почв. Поэтому нами были изучены фильтрационные свойства подтопляемых и не подтопляемых сельскохозяйственных земель.

На 5 полигонах бассейна было заложено по 2 точки, одна - характеризовала фильтрацию почв, расположенных на более высоких элементах рельефа, другая - на пониженных элементах, где почва деградировала от длительного переувлажнения. Фильтрационные свойства почв изучались методом налива. На полигоне № 1 почва водораздела имеет коэффициент фильтрации 0,5 м/сутки, а почва в понижении - 0,056 м/сутки, т. е. в 8,9 раза меньше. Основной причиной этого является деградация почв по профилю, проявляющаяся в форме слитизации. На полигонах №№ 2, 3, 4 и 5 коэффициент фильтрации на деградированных почвах снижается, соответственно, в 13, 17, 12 и 11,9 раз.

Исследовано влияние водного режима почв на продуктивность озимых культур. При выборе заложения учётных делянок принимались во внимание близость их к точкам бурения почв для определения в них влажности и высотные отметки. Принято число повторностей - 3. Уборка урожая на опытных делянках была произведена путём срезки всей надземной массы растений с формированием снопа.

Для примера, на полигоне № 1 (таблица 5.1) было установлено 4 уровня высотных отметок поверхности поля - 75,2; 75,6; 76,2 и 77,0м.

Таблица 5.1 - Влияние высотных отметок на продуктивность озимого ячменя

Точки наблюдений	Высотные отметки точек, м	Урожай, ц/га
		надземной биомассы	в том числе
			вегетативной массы	зерна
№ 4 (дно)	75,2( 0 )	0	0	0
№ 4а	75,6(+ 0,4)	79,2	55,0	24,2
№ 5	76,2(+ 1,0)	83,4	45,5	37,9
№ 6	77,0(+ 1,8)	137,2	61,3	75,9

Наибольшее превышение отметок составило 1,8м. Самая низкая часть понижения поля в начальный период вегетации была под водой (процесс подтопления), в результате чего отмечена 100% гибель растений озимого ячменя. Повышение высотной отметки на 0,4м обусловило урожайность - 24ц/га.

Дальнейшее повышение отметок обуславливало изменение водного режима в сторону уменьшения переувлажнения почвы и способствовало росту урожайности. На отметке 77,0м была получена наиболее высокая урожайность - 75,9 ц/га. На полигоне №2 можно было проследить влияние водного режима на рост, развитие и продуктивность озимой пшеницы. На участке с этой культурой не было западины и высотные отметки составляли 75,7; 76,3; 76,8м. В связи с этим результаты учёта урожайности менее контрастные - нет полной гибели растений от затопления. Однако, угнетение их от переувлажнения заметное - на точке 3, где переувлажнение было наибольшим, урожай составил - 45,9 ц/га, а на точке № 1 (ближе к водоразделу) - 56,5 ц/га, т. е. переувлажнение земель снизило урожайность на 10, 6 ц/га.

Результаты исследований позволили сделать выводы:

1. На всех 5 полигонах на основании натурных исследований с использованием данных по морфологии рельефа весной 2007г наблюдалось переувлажнение почв. Степень и масштабы его были различными и зависели от расположения полигона в бассейне, его высотных отметок, количества осадков, степени деградации почв в понижениях и уровня грунтовых вод. Наибольшее, как по длительности, так и по степени, переувлажнение наблюдалось на полигоне № 5, расположенном в Калининском районе, что привело к гибели посевов озимой пшеницы; наименьшее - на полигоне № 1, расположенном в Усть-Лабинском районе.

2. В замкнутых понижениях степень переувлажнения и её отрицательное воздействие на продуктивность озимой пшеницы и озимого ячменя значительно зависит от высотных отметок.

3. Значительная роль в образовании переувлажнения почв отводится такому фактору, как снижение величины коэффициента фильтрации из-за слитизации почвенного профиля. Исследования показали, что незатопляемые почвы водоразделов, неподвергающиеся деградации от переувлажнения, имеют коэффициент фильтрации на уровне 0,47-0,50 м/сутки, а деградированные от переувлажнения почвы западин - 0,02-0,05 м/сутки.

4. Введение 0,85 НВ как показателя переувлажнения почв требует знания НВ основных типов и подтипов почв. Проведённые нами исследования по наименьшей влагоёмкости почв бассейна р. Кирпили показывают, что она колеблется от 29,1 до 31,6 % в верхних слоях и от 25,5 до 27,0 % - в нижних. Это значит, что переувлажнение почвы (0,85 НВ) наступает в условиях бассейна р. Кирпили при достижении почвой увлажнения на уровне 25 - 26 %.

5. Для прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур важно знание запасов продуктивной влаги, что невозможно без показателя «влажность завядания растений». В наших исследованиях физических свойств переувлажняемых почв изучаемого региона этот показатель определён; он колеблется в пределах 13,5 - 15,3 % от веса почв.

Установлено влияние типов подтопления сельскохозяйственных земель на урожайность основных культур и их биометрические параметры в Динском, Тимашевском и Калининском районах степной зоны Краснодарского края. Ниже приведена часть полевых исследований, где дается влияние типов подтопления на урожайность некоторых основных сельскохозяйственных культур бассейна.

Исследовалось влияние подпочвенного, смешанного и поверхностного типов подтопления на урожайность кукурузы сорта «Пиликан».

Выполнены исследования влияния типов подтопления на урожайность сахарной свеклы в Динском районе Краснодарского края. Опытные делянки для измерения биометрических параметров и биологической урожайности сельскохозяйственных культур выбирались в зависимости от типов подтопления. Наблюдательные скважины выбирались таким образом, чтобы можно было бы выявить влияние подтопляемых участков на урожайность. Скважины использовались для мониторинга режима уровня грунтовых вод. По данным наблюдений отслеживалась влажность почвы, изменение рН воды и почвы. Исследования проводились на участке подверженному подтоплению, который был разбит на четыре опытных делянки площадью 20м², каждая. Повторность опытов была принята 4-х кратной. В качестве опытной культуры на исследуемом участке была выбрана сахарная свекла. Схема посадки сахарной свеклы 0,2х0,5 м, где 0,5м - ширина междурядий; 0,2м - расстояние между растениями.

Анализ опытных данных показывает, что влияние подтопления на развитие растений кукурузы значительно (рис.5.1 и 5.2). При смешенном типе подтопления биологическая урожайность на опытной делянке не превысила 31,02 ц/га, тогда как урожайность кукурузы без подтопления достигла 141,04 ц/га. Разница в урожае культуры составила 101,02 ц/га или урожайность кукурузы без подтопления пашни выше в среднем в 4,5 раза. Подпочвенное подтопление так же существенно снижает урожай кукурузы на зерно. Урожайность культуры не превысила 50,4 ц/га. Поверхностный тип подтопления для пашни не так опасен как другие типы подтопления земель при возделывании кукурузы на зерно.



1-подпочвенное; 2- смешенное; 3-без подтопления; 4 - поверхностное.

Рисунок 5.1 - Влияние типов подтопления на высоту растений кукурузы

Рисунок 5.2 - Зависимость урожайности растений кукурузы от типа подтопления

Установлено, что на момент уборки урожая поверхностный тип подтопления оказывает значительное влияние на количество выживших растений сахарной свеклы.

В результате обработки опытных данных установлено, что поверхностное подтопление угнетает растения сахарной свеклы, высота растений в среднем ниже на 10-15%, а средний вес корнеплодов меньше на 25-45%, чем у растений, которые не испытывают деградацию почв от подтопления.

Урожайность сахарной свеклы в зависимости от поверхностного типа подтопления представлена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Зависимость биологической урожайности сахарной свеклы от поверхностного типа подтопления

Установлено, что урожайность сахарной свеклы на не подтопляемых сельскохозяйственных землях в среднем на 30-67% выше, чем при переувлажнении земель.

В шестой главе «Комплекс мероприятий по улучшению отвода дренажно-сбросных вод с Кубанской рисовой системы в Краснодарском крае» обоснован комплекс мероприятий по улучшению водоотвода паводковых сбросных вод с рисовых оросительных систем и с территории бассейна р. Кирпили, где были выполнены гидравлические исследования на сети дренажно-сбросных каналов. Натурные исследования гидравлических параметров коллекторов проводились в августе месяце, когда высшая водная растительность находилась в последней фазе вегетации. В этот период отмечается наибольшая степень зарастания русел в условиях Азово-Кубанского бассейна. В коллекторах создаются неблагоприятные условия пропуска паводковых и сбросных расходов в Кирпильский лиман. В коллекторах наблюдается подпор сбросных вод высшей водной растительностью, сопротивление движению потока возрастает. Установлено, что исследования по влиянию водной растительности на гидравлические параметры в условиях бассейна р. Кирпили ранее не проводились.

В результате математической обработки опытных данных установлена связь коэффициента гидравлического трения л и коэффициента шероховатости n от числа Re в коллекторах. Получено, что n находится в диапазоне 0,148-0,90.

Обоснован комплекс мероприятий по улучшению отвода дренажно-сбросных вод с Кубанской рисовой системы в Краснодарском крае. Кубанская ОС через систему главных коллекторов обеспечивает отвод сбросных и паводковых вод с территории бассейна р. Кирпили.

По итогам натурных исследований, общественных слушаний о состоянии и перспектив развития Азово-Кубанского бассейна был выполнен рабочий проект «Улучшение отвода дренажно-сбросных вод с Кубанской рисовой системы в Краснодарском крае». В соответствии с заданием на проектирование основным назначением проекта является: уменьшение подтопления, улучшение мелиоративного состояния земель, повышение продуктивности и урожайности сельскохозяйственных культур на рисовых севооборотах Кубанской рисовой системы, за счет расчистки магистральных и межхозяйственных водоотводных коллекторов от водной растительности и иловых отложений общей протяженностью 20км.

Кубанская рисовая оросительная система (КОС), площадью 38269га, является наиболее старой рисовой системой в Краснодарском крае, построенной, в основном, в период с 1929г до 1975г. КОС располагается на территории двух районов: Красноармейского района, на площади 35921га (94% от общей площади) и Калининского, на площади 2348га (6%).

Конечным водоприемником для сбросных вод системы является Азовское море, промежуточным водоприемником является Кирпильский лиман, площадью 7280га.

Водоотвод с территории Азово-Кубанского бассейна осуществляется самотеком через дренажно-сбросную и коллекторную сеть в Джерелиевский главный коллектор (ДГК), из которого дренажно-сбросные воды (ДСВ) самотеком сбрасываются в Кирпильский лиман (рисунок 6.1). Из Кирпильского лимана ДСВ отводятся в Ахтарский залив Азовского моря, через 2 существующих водосбросных сооружения, построенных в 1936 и 1967 годах, суммарной пропускной способностью 36м³/с и далее по водоотводным коллекторам: Старо-Чапаевскому гирлу (6м³/с) и Ново-Чапаевскому гирлу (30м³/с). По данным Красноармейского районного управления эксплуатации оросительных систем (филиал ФГУ "Управление "Кубаньмелиоводхоз") основной причиной подтопления 13,1 тыс. га рисовых чеков КОС, снижающего урожаи риса на 4-5ц/га, является водоподпор со стороны Кирпильского лимана.

Для выбора инвестиционного проекта были разработаны 3 варианта водоотвода. Вариант 1. Реконструкция межхозяйственных коллекторов, общей протяженностью 30км обслуживающих наиболее подтапливаемую часть площадей КОС. Вариант 2. Реконструкция ДГК, протяженностью 20км, а также одновременно обеспечить резервную возможность аварийного отвода сбросных вод в лиман от сбросной насосной станции № 4 МЧОС-Н, производительностью 50м³/с (через коллектор К-2), в случае выхода НС №4 из строя. Вариант 3. Улучшение водоотвода из Кирпильского лимана в Азовское море, за счет строительства дополнительного Главного водоотводного коллектора ГВК, расходом (на первом этапе) 20м³/с, протяженностью 17,5км, в том числе 13,8км по существующим лиманам и незарыбленным карьерам, требующим частичной расчистки.

По экономической эффективности (окупаемости инвестиционных затрат) варианты распределились в следующем порядке: Вариант 3 - окупаемость 6 лет; Вариант 2 - окупаемость 9 лет; Вариант 1 - окупаемость 14 лет.

Высокая инвестиционная привлекательность 3 варианта объясняется тем, что в результате его реализации: улучшаются условия отвода ДСВ в лиман с площадей КОС, МЧОС и ПКОС, "подвешенных" (по водоотводу) к Кирпильскому лиману; возникает возможность перевода части площадей с механического водоотвода на самотечный водоотвод, в частности по НС № 7 ПКОС, производительностью 60м³/с, нуждающейся в полной замене оборудования (в связи с износом), можно снизить нагрузки на 80% и за счет этого соответственно сократить единовременные затраты на замену оборудования и уменьшить ежегодные затраты на энергоресурсы при эксплуатации; уменьшаются площади подтопления подвешенных к Кирпильскому лиману суходольных участков, располагаемых на территории Калининского, Красноармейского, Приморско-Ахтарского и Тимашевского районов Азово-Кубанского бассейна.

Выполнено эколого-экономическое обоснование комплекса мероприятий по улучшению отвода дренажно-сбросных вод на территории Азово - Кубанского бассейна. Кирпильский лиман, площадью 7,3 тыс. га, принимающий сток с водосборной площади 551,6 тыс. га, в том числе 78 тыс. га рисовых систем Красноармейского и Калининского районов не обеспечивает режим уровней. В результате уровни воды в лимане повышаются до критических значений. Возникающий подпор распространяется вверх по рекам, коллекторам и другим впадающим водотокам, подтапливая населенные пункты, хозяйственные объекты, сельскохозяйственные угодья и нанося ущерб населению, муниципальной, федеральной собственности в Приморско-Ахтарском, Калининском, Красноармейском, Тимашевском и других районов.



Рисунок 6.1 - Вариант 3 - Схема самотечного водоотвода сбросных вод с территории Азово-кубанского бассейна

Основной причиной возникновения экологической проблемы является четырехкратное превышение поступающих в Кирпильский лиман расходов воды, достигающих в периоды массовых сбросов с РОС - 115-134м³/с над расчетной пропускной способностью (30м³/с) водопропускных сооружений.

Выполнен прогноз социально-экономических и экологических последствий при сохранении сложившейся обстановки, без проведения комплекса мероприятий. По прогнозным расчетам возможный ущерб экономике и экологии района, в результате такого разрушения (с учетом необходимости восстановления мостов, насосных станций, прудов, других объектов, а также рыбокомпенсационных затрат) составит 8 млн. руб. в ценах 1991 года.

При вводе в эксплуатацию объекта в полном развитии, будет иметь место экономия ежегодных инвестиционных затрат, которая составит 8856,31 тыс. руб. Эту сумму следует считать предотвращенным ежегодным экологическим ущербом, а в данном случае доходом, который должен окупить оставшуюся часть инвестиций на - сумму 59306,71 тыс.руб. Срок окупаемости инвестиций указанным доходом составит: 59306,71 : 8856,31 = 6,7 лет, а с учетом неучтенного экологического эффекта - 6 лет.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проблема снижения агроресурсного потенциала сельскохозяйственных земель от подтопления одна из актуальных в Кубанском регионе. В Краснодарском крае под влиянием естественных и антропогенных факторов в 2007г было подтоплено и переувлажнено около 19,1% сельскохозяйственных земель. В бассейне р. Кирпили выявлено более 27,8% подтопленных земель. Основная причина роста подтопления территории Азово-Кубанского бассейна состоит в подпоре уровней Кирпильского лимана, несоответствием режимов притока паводковых и сбросных вод с рисовых оросительных систем в лиман и их отвода из него в Азовское море. В последующие годы уровень подтопления сельскохозяйственных земель в крае не снизился.

2. На территории бассейна в соответствие со стандартными методиками полевого опыта были выполнены детальные исследования о влиянии основных факторов на подтопление сельскохозяйственных земель, Для этого были выбраны 5 профилей, на которых был выделен 21 полигон площадью 4,3тыс. га с типовыми участками характерных почв, охватывающие более 75% его площади.

3. Установлено, что водопроницаемость почвы обуславливает переувлажнение сельскохозяйственных земель. Исследования показали, что незатопляемые почвы водоразделов, неподвергающиеся деградации от переувлажнения, имеют коэффициент фильтрации на уровне 0,47-0,50 м/сутки, а деградированные от переувлажнения почвы западин - 0,02-0,05 м/сутки. Переувлажнение почвы наступает в условиях бассейна р. Кирпили при достижении почвой влажности на уровне 25 - 26 % (0,85 НВ).

4. Установлено влияние различных типов подтопления на урожайность основных сельскохозяйственных культур. При смешенном типе подтопления биологическая урожайность кукурузы на зерно не превысила 31,02 ц/га, тогда как урожайность для одних и тех же условий, но без подтопления сельскохозяйственных земель достигла - 141,04 ц/га. Подпочвенное подтопление так же существенно снижает урожай кукурузы на зерно. Урожайность кукурузы при подтоплении не превысила 50,4 ц/га. Поверхностное подтопление угнетает растения сахарной свеклы, высота растений в среднем ниже на 10-15%, а средний вес корнеплодов меньше на 25-45%. Урожайность сахарной свеклы на не подтопляемых сельскохозяйственных землях в среднем на 30-70% выше, чем при их переувлажнении.

5. Установлено, что агроресурсный потенциал агроландшафтов бассейна зависит от гидротермического режима. Многолетние ряды К_у и ГТК за вегетационный период на территории региона характеризуются определённой изменчивостью: в сухие годы К_у и ГТК уменьшаются от линии тренда, а во влажные - увеличиваются на 30 - 40% соответственно. Установлено, что оптимальными условиями влагообеспеченности вегетационного периода для возделываемых культур следует считать годы с обеспеченностью дефицита водопотребления для озимых культур - средние (50%), для яровых - средневлажные (25%) - кукуруза на зерно и средние (50%) - подсолнечник и сахарная свёкла.

6. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что потери урожая для засушливых лет (ГТК < 0,6) по сравнению годами, где ГТК = 1,0 - 1,5 составляют: озимых культур - 21,5 - 22,3%, подсолнечника - 31,4%, сахарной свёклы - 37,4%, кукурузы на зерно - 58,3% и избыточно влажных лет для данных культур соответственно - 1,9 - 9,3%, 33,8%, 23,7% и 8,0%.

7. Разработан алгоритм, включающий шесть уровней, на основе которого, предложена новая технологическая система по охране сельскохозяйственных земель от подтопления: мониторинг земель сельскохозяйственного назначения; составление характеристики и определение глубины и сложности деградации почвенных массивов; сезонное подтопление; характер и направление расположения подтопленных участков на местности, их площадь и удельный вес в земельном массиве; разработка комплекса технологических и агромелиоративных приемов, позволяющих ликвидировать или уменьшить зоны подтопления земельных массивов в агроландшафтах; экономическая оценка системы агромелиоративных приемов; выбор технологии возделывания сельскохозяйственной культуры на земельном массиве с учетом комплекса технологических и агромелиоративных приемов.

8. Обоснованы варианты комплексных мероприятий охраны сельскохозяйственных земель и технологические схемы обработки почвы с использованием кротового дренажа для отвода избыточной воды из замкнутых понижений и регулирования водно-воздушного режима почв. Обоснован комплекс технологических операций повышения мелиоративного состояния почв с учетом предшественников и технологические карты для их осуществления.

9. Создана математическая модель по оптимизации выбора комплекса технологических операций по обработке почвы для охраны и сохранения агроресурсного потенциала сельскохозяйственных земель в зависимости от типа подтопления.

10. Обоснованы варианты режима эксплуатации Кирпильского лимана и параметры водоотвода паводковых и сбросных вод с Кубанской рисовой системы для снижения подтопления сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна. Исследования, представленные в данной работе, послужили основой для разработки рабочего проекта «Улучшение отвода дренажно-сбросных вод с Кубанской рисовой системы в Краснодарском крае», внедрение которого обеспечит предотвращение ежегодного экологического ущерба на сумму 20000 тыс. руб. Срок окупаемости инвестиционных затрат указанным доходом составит 6 лет.

В конце работы даны Рекомендации по применению мелиоративного комплекса для охраны сельскохозяйственных земель от потопления и переувлажнения.

Теоретическое и эмпирическое обоснование мелиоративного комплекса для охраны сельскохозяйственных земель от потопления и переувлажнения изложено в 1 и 5 разделах диссертационной работы, где обоснованы технологии и операции по восстановлению плодородия почв с учетом экономии энергоресурсов.

Практическое применение и реализация научных разработок по охране сельскохозяйственных земель от деградации в степной части Азово-кубанского бассейна внедрено путем издания научно- методических рекомендаций для работников агропромышленного комплекса Кубани, которые были опубликованы совместно с Департаментом сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края в 2003-07гг.

Рекомендации включают актуальные вопросы, направленные на восстановление мелиоративного комплекса степной части Краснодарского края. В рекомендациях отражены новые подходы по сохранению агроресурсного потенциала и охране сельскохозяйственных земель от деградации, связанной с подтоплением и переувлажнением территорий.

Наиболее ценными на наш взгляд являются рекомендации для работников АПК:

- комплексные мелиорации для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления;

- комплекс гидротехнических мероприятий для улучшения мелиоративного состояния сельскохозяйственных земель степной зоны Краснодарского края;

- земельно-охранная система для защиты от подтопления сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна;

- комплексные мелиорации для защиты сельскохозяйственных земель от подтопления в центральной степной части Краснодарского края;

- гидрологическое обоснование проектов охраны земель от подтоплений регулированием стока.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Дьяченко Н.П. Оценка влияния агроклиматических факторов на формирование урожая основных культур степной зоны Кубани. / Н.П.Дьяченко, С.А.Владимиров, Е.В.Кузнецов // Тр. КубГАУ. - 2007. - Вып. №3(7). - с. 189-193.

2. Дьяченко Н.П. Основные причины подтопления земель и общие принципы формирования земельно-охранной системы. / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, П.П.Коломоец // Тр. КубГАУ. -2007. - Вып. №4(8). - с. 157-160

3. Дьяченко Н.П. Оптимизация ресурсного обеспечения рисовой оросительной системы. / Н.П.Дьяченко, И.А.Приходько // Тр. КубГАУ. -2007. - Вып. №4(8). - с. 170-173.

4. Дьяченко Н.П. Значение природно-ресурсного потенциала для обеспечения устойчивого функционирования агроландшафтов степной зоны Кубани. / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, С.А.Владимиров // Тр. КубГАУ. -2007. - Вып. №5(9). - с. 176-179.

5. Дьяченко Н.П. Мониторинг экологической обстановки на рисовых оросительных системах / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, И.А.Приходько // Тр. КубГАУ. -2007. - Вып. №5(9). - с. 201-206.

6. Дьяченко Н.П. Агроклиматическая оценка природной влагообеспеченности агроландшафтов Кубани. Сборник научных трудов / С.А.Владимиров, Е.В.Кузнецов, Н.П.Дьяченко // Тр. КубГАУ. -2007. - Вып. №5(9). - с. 201-206.

7. Дьяченко Н.П. Экономические принципы управления мелиоративным состоянием и экологической безопасностью рисовой оросительной системы / Н.П.Дьяченко, Е.В. Кузнецов, И.А.Приходько, А.В.Литовченко. // Тр. КубГАУ. - 2008. - Вып. №1(10). - с.203-209.

8. Дьяченко Н.П. Особенности мелиоративной обработки почвы при возделывании озимых зерновых культур в бассейнах рек Кубани. / Н.П.Дьяченко // Тр. КубГАУ. -2008. - Вып. №1(10). - с. 220-226.

9. Дьяченко Н.П. Комплекс технологических операций для повышения эффективности обработки почвы подтопляемых и переувлажняемых сельскохозяйственных земель. / Н.П.Дьяченко // Тр. КубГАУ. -2008. - Вып. №2(11). - с. 246-249.

10. Дьяченко Н.П. Проблема охраны сельскохозяйственных земель от подтопления в Азово-Кубанском бассейне. / Е.В.Кузнецов, Н.П.Дьяченко и др.// Тр. КубГАУ. -2008. - Вып. №4(13). - с. 220-224.

Патенты и свидетельства

11. Патент № 2285768 Е 02В 11/00(2006.01). Способ осушения сельскохозяйственных земель / Н.П. Дьяченко, Е.В. Кузнецов, А.Е. Хаджиди; заявитель и патентодержатель КубГАУ.

12. Патент №2006139610/03(043179) Е 02В 11/00. Способ снижения деградации почв сельскохозяйственных полей / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, А.Е.Хаджиди; заявитель и патентодержатель КубГАУ.

13. Патент №2006128837/12(031327) А01D41/08. Агрегат для уборки зерновых колосовых / Н.П.Дьяченко, Б.Ф.Тарасенко, А.Н.Медовник, Г.Г.Маслов, Е.И.Трубилин; заявитель и патентодержатель КубГАУ.

14. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007614460 (Заявка № 2007613541). Комплекс технологических операций по улучшению мелиоративного состояния почв рисовой оросительной системы / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, И.А.Приходько, А.В.Литовченко.

Монографии

15. Дьяченко Н.П., Владимиров С.А. Осушение в составе комплексных мелиораций переувлажненных и подтопляемых агроландшафтов / Н.П.Дьяченко, С.А.Владимиров. - Краснодар: КубГАУ, 2006. - 243 с.

16. Дьяченко Н.П. Комплекс гидротехнических мероприятий для улучшения мелиоративного состояния сельскохозяйственных земель степной зоны Краснодарского края / Н.П.Дьяченко - Краснодар: КубГАУ, 2007 - 128 с.

17. Дьяченко Н.П. Гидрологическое обоснование проектов охраны земель от подтоплений регулированием стока / Н.П.Дьяченко - Краснодар: КубГАУ, 2008 - 168 с.

Научно-методические рекомендации

18. Комплексные мелиорации для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления: рекомендации / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов и др. // Краснодар, КубГАУ, 2003 - 36 с.

19. Дьяченко Н.П. Охрана сельскохозяйственных земель и водных объектов от техногенных загрязнений: Учебное пособие / Е.В.Кузнецов, Н.П.Дьяченко. С.А.Владимиров и др. - Краснодар, КубГАУ, 2005. - 236 с.

20. Земельно-охранная система для защиты от подтопления сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна: рекомендации / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, А.М.Сусликов, А.Е.Хаджиди // Департамент сельского хозяйства и продовольствия Краснодарского края, Краснодар, КГАУ, 2005. - 120 с.

21. Комплексные мелиорации для защиты сельскохозяйственных земель от подтопления в центральной степной части Краснодарского края: рекомендации / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, С.Ю.Орленко // Краснодар, КубГАУ, Департамент с.-х. и перерабатывающей промышленности Краснодарского края. - Краснодар, 2006 - 42 с.

22. Мелиорация сельскохозяйственных земель для охраны почв от подтопления в степной зоне Краснодарского края: рекомендации /Е.В.Кузнецов, Н.П.Дьяченко // Департамент сельского хозяйства и продовольствия Краснодарского края, Краснодар, КГАУ, 2007 -11с.

Публикации в других изданиях

23. Дьяченко Н.П. Динамика развития переувлажнения почв в бассейне р. Кирпили. Сборник научных трудов / Н.П.Дьяченко // Актуальные проблемы мелиорации на Северном Кавказе: сб. науч. тр. Вып. 429(457) / КубГАУ.- Краснодар, 2002.- с.7-10.

24. Дьяченко Н.П. Мониторинг уровней коллекторов и Кирпильского лимана для охраны от подтопления сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна. / Н.П.Дьяченко, А.Е.Хаджиди // Тр. КубГАУ. Краснодар, 2004. Вып.407(435).

25. Дьяченко Н.П. Обоснование отвода паводковых вод через самотечный коллектор для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления. / Н.П.Дьяченко // Тр. КубГАУ. Краснодар, 2004. Вып.407(435). - с. 197-200.

26. Дьяченко Н.П. Оценка земельно-охранных мероприятий для предупреждения и ликвидации подтопления сельскохозяйственных угодий Азово - Кубанского бассейна. / Н.П.Дьяченко // Природообустройство и рациональное природопользование необходимое условие социально-экономического развитие России. - М.: МГУП- 2005. Сб. научн. Тр. ISBN 5.89.231.153.8. - с.147-150.

27. Дьяченко Н.П. Анализ мероприятий по охране от подтопления сельскохозяйственных земель северо-западной части Краснодарского края. / Н.П.Дьяченко, А.Е.Хаджиди // Научный журнал КубГАУ Электронный ресурс. - Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет, 2005. - №04 (12). Режим доступа: http://ej.Kuba-gro.ru//2005/04/17/.

28. Дьяченко Н.П. Мелиоративные приемы для ликвидации подтопления и переувлажнения сельскохозяйственных земель. / Н.П.Дьяченко // Материалы международной научной конференции/ Волгоград, ВГСХА, 2005.

29. Дьяченко Н.П. Оценка мелиоративных приемов по снижению подтопления сельскохозяйственных земель. / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, А.Е.Хаджиди // Научный журнал КубГАУ Электронный ресурс. - Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет, 2005. - №04 (12). Режим доступа: http://ej.Kubagro.ru//2005/04/18/ .

30. Дьяченко Н.П. Ресурсосберегающие технологии в условиях Кубани / Н.П.Дьяченко, П.Ю.Шугай // Природообустройство и рациональное природопользование необходимое условие социально экономического развития России: - М.: МГУП- 2005. Сб. научн. тр. ISBN 5.89.231.153.8. -с. 284-288.

31. Дьяченко Н.П. Теоретическое обоснование скорости фильтрации в почвогрунтах при осушении подтопленных сельскохозяйственных земель. / Н.П.Дьяченко, В.Н.Гельмиярова // Научный журнал КубГАУ Электронный ресурс. - Краснодар: КубГАУ, 2005. - №04(12).

32. Дьяченко Н.П. Разработка мероприятий по восстановлению водоемов для охраны земель от подтопления. / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, П.П.Коломоец, А.Е.Хаджиди // Научный журнал КубГАУ. Электронный ресурс.- Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет,2006.- №03(19).

33. Дьяченко Н.П. Мелиоративные способы для изучения подтопления и переувлажнения сельскохозяйственных земель. / Н.П.Дьяченко // Актуальные проблемы мелиорации на Северном Кавказе: сб. науч. тр. Вып. 429(457) / КубГАУ.- Краснодар, 2007.- с. 10-17.

34. Дьяченко Н.П. Анализ природно-ресурсного потенциала агроландшафтов степной зоны Краснодарского края. / Н.П.Дьяченко, С.А.Владимиров, Е.В.Кузнецов // АПК: состояние, проблемы, перспективы: сб. матер. IV Международной научно-практической конференции.- Пенза: РИО, ГСХА, 2007.

35. Дьяченко Н.П. Природно-ресурсный потенциал агроландшафтов степной зоны Краснодарского края. Сборник научных трудов / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, С.А.Владимиров // Актуальные проблемы мелиорации на Северном Кавказе: сб. науч. тр. Вып. 429(457) / КубГАУ.- Краснодар, 2007.- с. 25-31.

36. Дьяченко Н.П. Возделывание зерновых культур на почвах подверженных подтоплению при помощи мелиоративной техники. / Н.П.Дьяченко, М.И.Чеботарев, И.Н.Сидоренко // Актуальные проблемы мелиорации на Северном Кавказе: сб. науч. тр. Вып. 429(457) / КубГАУ.- Краснодар, 2007.- с. 17-25.

37. Дьяченко Н.П. Управление водным режимом почвогрунтов для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления. / Н.П.Дьяченко, Е.В.Кузнецов, В.Н.Гельмиярова // АПК: состояние, проблемы, перспективы: сб. матер. IV Международной научно-практической конференции. - Пенза: РИО, ГСХА, 2007.

38. Дьяченко Н.П. Агроклиматическая оценка природной влагообеспеченности агроландшафтов Кубани. /Актуальные проблемы мелиорации на Северном Кавказе // С.А.Владимиров, Н.П.Дьяченко и др./ сб. науч. тр. Вып. 429(457) / КубГАУ.- Краснодар, 2007. - с. 31-45.

39. Дьяченко Н.П. Мелиорация земель - залог получения гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур и сохранения плодородия почв. /Проблемы мелиорации земель и воспроизводства почвенного плодородия // Е.В.Кузнецов, Н.П.Дьяченко и др./ материалы международной научно-практической конференции/ КубГАУ.- Краснодар, 2008. - с. 3-4.

40. Дьяченко Н.П. Анализ изменчивости природных факторов для охраны земель от переувлажнения // Н.П.Дьяченко и др./ материалы 2-й международной научно-практической конференции/ КубГАУ.- Краснодар, 2009. - с. 70-71.

Размещено на Allbest.ru

...