Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Голованов А.И., Сорокин Р.А. (сост.) Статистические методы в управлении качеством окружающей среды - файл 1.doc


Голованов А.И., Сорокин Р.А. (сост.) Статистические методы в управлении качеством окружающей среды
скачать (8441.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc8442kb.15.12.2011 23:08скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3   4   5   6
Реклама MarketGid:
Загрузка...

Среднее

241

140

104

117

174

142

225

139

298

163

182

134

178

186

241

224

96

151

158

222

176

329

349

420

423

522

338

265

544

234

304

282

420

310

418

248

318

490

378

439

344

369

88

209

316

306

348

196

40

405

-64

141

100

286

132

232

6

94

394

227

281

122

193

349

266

299

244

240

236

266

252

406

246

317

251

349

251

308

286

203

272

327

408

289

567

595

632

717

996

541

588

833

416

525

509

681

483

701

495

578

755

658

736

528

627

218

329

333

473

756

305

322

581

10

279

192

430

134

450

187

292

552

386

409

120

338


В табл. 21. приводятся сгруппированные по 5 лет сухие, средне сухие, средние, средне влажные, влажные годы, а также средние за все 20 лет наблюдений. Запасы влаги в 0,5 м слое почвы на начало вегетации приняты одинаковыми и соответствующими 0,9 ППВ. Водно-физические свойства почвы приведены выше. Годовой водообмен в богарных условиях принят равным 54 мм или 13 мм за вегетацию (табл. 17). В табл. 21 для каждой группы лет подбором по формуле (49) находим величину редукционного коэффициента εw , которая обеспечивает средние за вегетацию влагозапасы в 0,5 м слое, соответствующие формуле (33), затем, зная величину w/wopt, по формулам (25, 26) вычисляем относительную урожайность. Так как за 20 лет 2 года дефицит увлажнения культуры отсутствует, то во влажные годы относительная урожайность близка к единице; в сухие годы урожайность снижается до 0,2 от максимальной, а в среднем за 20 лет она составляет 0,45 от максимальной, что соответствует действительности.

Табл. 21. Пример расчета урожайности яровой пшеницы на богарных землях Воронежской обл.

Увлажненность

лет

Годы

За вегетацию, мм

Нач.

зап, мм

g

вег,

мм

εW

Е факт, мм

Средн зап.,

мм

Отн. уро-жай

Ос

Кб*Е0

Сухие

Средне сухие

Средние

Средне влажные

Влажные

Средние за 20 лет

73;82;77;68

70;84;69;83

67;71;79;75

81;76;66;78

85;72;74;80

66 - 85

84

138

136

161

213

146

388

344

281

247

221

296

140

140

140

140

140

140

-13

-13

-13

-13

-13

-13

0,373

0,552

0,648

0,793

0,982

0,649

144

190

191

196

217

192

85

91

89

104

127

96

0,197

0,346

0,452

0,642

0,962

0,453


В табл. 22 приведен аналогичный пример расчета урожайности люцерны на сено, продолжительность вегетации составляет 180 сут, водообмен за этот период составит –54/365·180 =–27 мм (табл. 17); оптимальная влажность принята равной 0,85ППВ, коэффициент чувствительности люцерны к влажности почвы принят равным γ = 6 (табл. 16); мощность корнеобитаемого слоя HКОС = 1 м.

Табл. 22. Пример расчета урожайности люцерны на богарных землях Воронежской обл.

Увлажненность

лет

Годы

За вегетацию, мм

Нач.

зап, мм

g

вег,

мм

εW

Е факт, мм

Средн зап.,

мм

Отн. уро-жай

Ос

Кб*Е0

Сухие

Средне сухие

Средние

Средне влажные

Влажные

Средние за 20 лет

73;82;77;68

70;84;69;83

67;71;79;75

81;76;66;78

85;72;74;80

66 - 85

235

275

270

300

368

289


825

694

589

545

481

627

265

265

265

265

265

265

-29

-29

-29

-29

-29

-29

0,399

0,515

0,583

0,665

0,832

0,580

329

357

343

362

400

363

173

182

188

196

219

188

0,090

0,166

0,228

0,319

0,579

0,226


В Воронежской обл. количество ФАР за вегетационный период яровой пшеницы примерно равно 200 КДж/см2, это обеспечивает потенциальный урожай кг/га или 6,7 т/га. В богарных условиях урожай яровой пшеницы в средние годы при хорошей агротехнике может доходить до 6,7·0,45=3 т/га, что соответствует реальным условиям.

Потенциальная урожайность сена люцерны при длительности вегетации 180 сут и доступном количестве ФАР 240 КДж/см2 в Воронежской обл. может составить кг/га или 12,8 т/га. Без орошения эта влаголюбивая культура дает меньший урожай, чем яровая пшеница. В сухие годы он не превышает 12,8·0,09=1,2 т/га, а во влажные годы тоже невелик и составляет 12,8·0, 579=7,4 т/га, в среднем без орошения получают сена люцерны около 12,8·0,226=3 т/га (например, в засушливых условиях юга Украины получают около 3,8…4 т/га), т.е. люцерна отзывчива на орошение.
^ 9.5. Расчет оросительных норм

Для расчета оросительных норм М используется уравнение водного баланса корнеобитаемого слоя за вегетационный период. Его удобно записывать для средних за вегетацию величин влагозапасов в корнеобитаемом слое:

Wср = Wнач + 0,75(Ос + МЕф + g), мм. (49)

Так как водообмен и урожайность зависят от предполивной влажности (см. номограмму на рис. 12,) то ее обоснование становится важным для выполнения экологических требований, прежде всего в смысле минимизации промывного режима. Покажем это на примере полива яровой пшеницы. Для условий Воронежской обл. дефицит увлажнения культуры равен 193 мм, при длительности вегетации 90 сут и при биологическом коэффициенте равном 0,83 (табл. 12 и 20).

Уровень грунтовых вод на участке глубокий и превышает 8 м, почва – южный чернозем тяжелосуглинистый с матричным коэффициентом фильтрации КМ = 0,15 м/сут; пористость p = 0,52, максимальная гигроскопичность ωМ =0,11; влажность завядания ВЗ = 0,1485 объема; ППВ =0,6 пористости или 0,312 объема, высота капиллярного подъема HК = 2 м, мощность корнеобитаемого слоя принята постоянной и равной глубине увлажнения HКОС = 0,5 м; оптимальная влажность для яровой пшеницы ωopt =0,82*0,6*0,52=0,256 объема, поливная норма принята равной m = 50 мм.

Примем величину относительной предполивной влажности = 0,250, что по формуле (43) соответствует объемной влажности ωПП = (p – wМ) + wМ = 0,2125 или 0,68 ППВ. Для такой влажности и при дефиците увлажнения культуры 193 мм базовый водообмен (рис. 12) равен –0,28 мм/сут, знак минус означает нисходящий поток почвенной влаги. За вегетацию, равную 110 сут, он составит = –30 мм (см. формулу (46)). При поливной норме m=50 мм средняя за вегетацию влажность в корнеобитаемом слое составит:

ωср = ωПП +1/3m/Hкос = 0,2125+50/3/500 = 0,246, (49)

а относительная доступная влажность w=(ωср – ВЗ)/(р – ВЗ) = 0,262, ей соответствует редукция транспирации εw = 0,995 (формула (33)), фактическая транспирация 367 мм и относительная урожайность (формула (25)) 0,991, что вполне приемлемо. Уменьшение поливной нормы до 40 мм снижает среднюю за вегетацию влажность почвы в корнеобитаемом слое до 0,239; редукцию транспирации до 0,987, что приводит к уменьшению транспирации до 364 мм за вегетацию и относительной урожайности до 0,978. Этот вариант тоже приемлем, но влечет за собой увеличение числа поливов.

Оросительную норму для среднего по погодным условиям (осадки за вегетацию 146 мм, потенциальная транспирация с учетом биологического коэффициента 369 мм, водообмен за вегетацию –29 мм, начальные влагозапасы 140 мм, средние за вегетацию влагозапасы в 0,5 м слое Wср =0,246*500 =123 мм) определим из баланса влаги (26):

М=0,75(WсрWнач)–ОсWКбE0–g=0,75(123 – 140) – 176 + 0,995*369 + 30 = 198 мм, а при уменьшении поливной нормы с 50 до 40 мм оросительная норма несколько уменьшится – до 196 мм, что будет сопровождаться незначительным снижением урожайности – на 1,5%.

Используя данные о погодных условиях за 20 лет (табл. 20), подсчитаем оросительную норму для каждого из этих лет при поливной норме 50 мм и полагая, что водообмен незначительно отличается в эти годы от среднего из-за инерционности почвенных процессов. Расчет сведем в табл. 23.

Табл. 23. Расчет годовых значений оросительных норм для яровой пшеницы в Воронежской обл.

Годы

Wнач

Wср

Ос

Кб*Е0

εW

Е факт, мм

g вег,

мм

Оросительная норма М, мм

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

Среднее

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

140

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

123

241

140

104

117

174

142

225

139

298

163

182

134

178

186

241

224

96

151

158

222

176

329

349

420

423

522

338

265

544

234

304

282

420

310

418

248

318

490

378

439

344

369

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

0,995

328

347

418

421

519

336

263

541

233

303

280

417

308

416

246

316

488

376

437

343

367

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

-30

93

213

320

310

351

200

44

408

-59

146

104

289

136

236

11

98

398

231

285

127

198

Оросительная норма 50% обеспеченности равна 216 мм, 75 % – 289 мм, а 90 % – 351 мм. Обращает на себя внимание, что в течение двух лет (1974 и 1980 гг) поливы яровой пшеницы не требуются.

^ Расчет оросительных норм люцерны: продолжительность вегетации 180 сут, дефицит увлажнения культуры (табл. 20) ДК=338 мм (при биологическом коэффициенте равном 0,91), и относительной предполивной влажности = 0,325 или 0,78 ППВ средняя за вегетацию влажность почвы в корнеобитаемом слое 1 м при поливной норме 70 мм составит 0,266, а относительная доступная влажность w=(ωср – ВЗ)/(р – ВЗ) = 0,316. Оптимальная влажность для люцерны принята 0,85ППВ или 0,265 объема, относительная доступная влага должна быть равной wopt =(0,265 – 0,1485)/(0,52 – 0,1485)= 0,314. Для такой влажности редукция эвапотранспирации составит εw = 1,0, а относительная урожайность при коэффициенте чувствительности γ=6 по формуле (9) равна 1,0. Среднемноголетний базовый водообмен при глубоких грунтовых водах и заданной предполивной влажности 0,325 составит –0,72*(180/130)0,25 180 = –140 мм по номограмме (рис. 12).

Это значительная величина, поэтому понижаем предполивную влажность до 0,71 ППВ или = 0,275, за счет этого водообмен (промываемость) уменьшится до –53 мм за вегетацию или на 87 мм (практически на один полив). Но и урожайность тоже снизится до 0,962 за счет снижения влажности почвы. Такие потери урожайности вместе с экономией поливной воды и сокращением капитальных и эксплуатационных затрат нужно обосновывать технико-экономическим сравнением вариантов с учетом компенсации на восстановление плодородия и прочих затрат для компенсации ущерба окружающей среде.

Среднемноголетнюю оросительную норму орошения люцерны определим из формулы (50) при предполивной влажности 0,78 ППВ

Wср = Wнач + 0,75(Ос + МЕф + g), мм. (50)

приняв начальные влагозапасы в метровом слое Wнач= 265 мм, средние осадки за вегетацию 289 мм, потенциальную испаряемость люцерны 627 мм. При относительной предполивной влажности = 0,325, средних за вегетацию влагозапасах в корнеобитаемом слое Wср = 0,266·1000= 266 мм редукции эвапотранспирации εw = 1,0 и при водобмене g = –140 мм оросительная норма составит:

М = 4/3(WсрWнач)–Осw·Kб E0–g =

=4/3(266–265)–289+1,0·627 +140 = 479 мм,

а при относительной предполивной влажности = 0,275; Wср = 246 мм; εw = 0,985 и при водообмене g = –53 мм оросительная норма уменьшится до М = 357 мм или на 122 мм, что сопровождается снижением урожайности на 4%. Значения оросительных норм люцерны за 20 лет приведены в табл. 24. Оросительная норма 50% обеспеченности равна 345 мм, 75 % – 470 мм, а 90 % – 596 мм.

Табл. 24. Расчет годовых значений оросительных норм для люцерны в Воронежской обл.

Годы

Wнач

Wср

Ос

Кб*Е0

εW

Е факт, мм

g вег,

мм


Оросительная норма М, мм

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

Среднее

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

265

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

256

349

266

299

244

240

247

266

252

406

246

317

251

349

251

308

286

203

272

327

408

289

567

595

632

717

996

541

588

833

416

525

509

681

483

701

495

578

755

658

736

528

627

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

0,985

559

586

623

706

981

533

579

821

410

517

501

671

476

691

487

569

744

649

725

520

617

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

-53

238

348

351

490

768

325

341

597

31

299

212

448

155

468

207

311

569

404

426

140

357


^ 9.6. Расчет динамики гумуса до мелиорации

Почва способна на некоторое время извлекать из биологического круговорота продукты фотосинтеза в виде гумуса – сложного органоминерального вещества, активно участвующего в почвообразовании, придающего почве нужные свойства, аккумулирующего питательные вещества и, в конечном счете, формирующего плодородие почвы. Запасы гумуса наибольшие в ландшафтах, оптимально обеспеченных теплом и влагой. В Росси - это черноземные степи, где запасы гумуса во всем профиле достигают 600…1000 т/га, в почвах лесостепей и широколиственных лесов - около 300, в таежных подзолистых почвах - около 100 т/га.

Гумус образуется в процессе гумификации – сложного, до конца не изученного биохимического процесса, в результате которого часть органических остатков превращается в специфические органические соединения – гумусовое вещество в виде смеси высокомолекулярных азотосодержащих соединений с содержанием углерода 36…62 % в разных фракциях и азота 2,5…5 %. Этот процесс характеризуют коэффициентом гумификации Кгум, равном доле углерода органических остатков, включившихся в состав гумусовых веществ при полном их разложении (табл. 25).

Табл. 25. Доля углерода и коэффициенты гумификации в растительных остатках (А.М. Лыков)

Культура

Кс

Кгум

Люцерна всех лет

Кукуруза на зерно

Кукуруза пожнивная

Сахарная свекла, картофель

Озимая пшеница

Озимый ячмень

Навоз полуперепревший

0,405

0,357

0,370

0,397

0,348

0,350

0,500

0,25

0,15

0,15

0,08

0,25

0,25

0,30

При мелиорации и последующем использовании земель в сельском хозяйстве надо рассчитывать динамику накопления или сработки запасов гумуса, особенно при распашке, орошении или осушении, при борьбе с эрозией почвы, приводящей к смыву или сдуванию гумуса вместе с почвенными частицами. Изменение запасов гумуса приближенно можно описать дифференциальным уравнением

dG/dt =A –BG, т/(га∙год), (51)

или после интегрирования за t лет

G = A/B + (G0A/B)exp(-Bt). (52)

где G – текущие запасы гумуса, т/га; G0 – то же, начальные; А – темпы образования нового гумуса Gнов, т/(га·год), при минерализации растительных остатков или органических удобрений Gуд, в том числе и сидератов, а также потери гумуса Вым при нисходящих токах влаги: А = Gнов + GудВым.

Достоинство формулы (52) в том, что она позволяет учитывать динамику накопления или разложения гумуса, протекающую с переменной скоростью, что не позволяют обычные балансовые уравнения, которые непозволительно экстраполируют эти процессы.

Новообразованный из растительных остатков и из органических удобрений гумус можно рассчитать по эквивалентному содержанию углерода:

Gнов = 1,724KгумКсБро, т/(га∙год); Gуд = 1,724KгумКсКсвДн, т/(га∙год) (53)

где 1,724 – коэффициент, учитывающий долю углерода в гумусе 1/0,58=1,724; ^ Кгум – коэффициент гумификации растительных остатков или навоза (табл. 15); Кс – доля углерода в сухой биомассе или в навозе (табл. 15); Бро – сухая биомасса растительных остатков, при известном урожае Uф, кг/(га∙год):

Бро = UфКсв(1–Кур)/Кур, т/(га·год); (54)

Ксв – доля сухой массы в урожае, в навозе или в сидератах; Дн – ежегодная доза навоза или запахиваемых сидератах, т/(га∙год). Для ориентировочных расчетов можно принимать, что 1 т биомассы в среднем дает 120, а 1т навоза – 50…70 кг нового гумуса.

Вымыв гумуса можно оценить, зная его содержание в почвенной влаге, при этом растворяется подвижная фракция гумуса в виде фульвокислот. Концентрация фульвокислот в почвенной влаге зависит от щелочности почвы или от содержания натрия в почвенном поглощающем комплексе (от степени осолонцевания):

Na в ППК, % 0 2 4 6 8 10 15 20

Растворимость гумуса Сг, кг/м3 0,35 0,42 0,55 0,62 0,70 0,85 1,22 2,15

Вымыв гумуса Вым = 0,01gСг, т/(га∙год), (55)

где g – ежегодная промываемость почвы в мм. При промываемости подзолистых почв южной тайги равной 100…140 мм/год, вымыв гумуса может составить 0,35…0,49 т/(га∙год). Это является одной из причин малогумусности этих почв, в которых гумуса в 1 м слое содержится около 100 т/га, тогда как в типичных черноземах – до 700 т/га.

Коэффициент ^ В в формулах (51), (52) учитывает разложение или минерализацию гумуса Вмин, а также его потери Вэр при эрозии: В = Вмин + Вэр, год-1. Скорость минерализации гумуса и его потери, кг/(га∙год), зависят от наличия гумуса, поэтому эта составляющая баланса гумуса в уравнении (51) имеет вид произведения BG. При постоянстве коэффициента В разложение гумуса со временем затухает.

Скорость минерализации зависит от тепло- и влагообеспеченности территории, предопределяющей интенсивность биохимических процессов. В северных районах разложение идет медленней, чем в южных, на его скорость влияет высокая влажность почвы и низкая температура. При переувлажнении разложение приостанавливается, вместо окислительных идут процессы гниения и консервации растительных остатков, наблюдается торфообразование. На юге в полупустынях и сухих субтропиках гумус почти не накапливается из-за быстрого и глубокого разложения органики, в предгорьях образуются малогумусные плодородные сероземы, очень отзывчивые на орошение. Минерализованный гумус пополняет запасы азота и фосфора в почве, но в большей степени он обогащает почвенный воздух углекислым газом, способствуя развитию микроорганизмов.

В величину В должны также входить смыв и выдувание гумуса при водной и ветровой эрозии, так как количество смытого или вынесенного ветром гумуса зависит от массы удаленной почвы и от содержания гумуса в ней, т.е. В = Вмин + Вэр.

Коэффициент Вэр связан с интенсивностью эрозии. Почвы считаются слабо эродируемыми при ежегодном смыве Wэр = 3 т/(га∙год); средне – до 10; сильно эродируемыми при смыве более 20 т/(га∙год). При массе удаленной почвы Wэр, т/(га∙год) и содержании гумуса G, т/га в слое h, м с плотностью γ, т/м3, ежегодный его смыв водой и вынос ветром Gэр = 0,0001WэрG/(γh). Например, в слое h = 0,2 м при содержании гумуса 6 % или 0,06 массы сухой почвы масса гумуса равна G = 0,06·1,2·0,2·10000 = 144 т/га. При ежегодной потере почвы 20 т/(га∙год) вынос гумуса составит Gэр = 0,0001·20·144/1,2/0,2 = 1,2 т/(га∙год), а при содержании гумуса 4 % или 96 т/га – 0,8 т/(га∙год). Коэффициент Вэр = 0,0001Wэр/(γh), для слабо эродируемых почв он равен 0,0001∙3/1.2/0,2 = 0,00125 год-1, для средне эродируемых 0,00417, сильно эродируемых 0,00833 год-1.

Наиболее трудно определимым является коэффициент скорости минерализации Вмин. Для его определения проинтегрируем уравнение (51) при начальном условии t = 0; G = G0:

G = A/B + (G0A/B)exp(–Bt). (56)

Действительно, при t = 0; G = G0, а при GA/B при любом начальном содержании гумуса, т.е. со временем наступает равновесие между приходом новообразованного гумуса и его минерализацией, вымывом, смывом и выносом ветром. Время стабилизации исчисляют несколькими сотнями лет, основная сработка гумуса происходит в пахотном горизонте. В табл. 26 приведена оценка значения коэффициента скорости минерализации гумуса Вмин по установившимся запасам гумуса в слое 0-20 см (по данным И.В. Тюрина) с учетом его вымывания нисходящими токами влаги. Вынос гумуса вследствие эрозии не учтен, так как предполагается, что при первоначальном накоплении гумуса поверхность почвы не распахана и защищена растительным покровом. Значения коэффициента Вмин изменяются в соответствии с условиями минерализации гумуса, для черноземов он примерно равен 0,01 год-1, севернее и южнее его значения уменьшаются.

Табл. 26. Расчет коэффициента скорости минерализации гумуса Вмин

Зона, почвы

Запасы

гумуса,

т/га

Опад,

т/(га∙год)

Новый

гумус,

т/(га∙год)

Промы-ваемость, мм

Вымыв

гумуса,

т/(га∙год)

А,

т/(га∙год)


Вмин=А/G, год-1

Среднняя тага, подзолистые

Южная тайга, дерновоподзолистые

Широколиственная, серые лесные

Лесостепь, выщелоченные черноземы

Степь, типичные черноземы

обыкновенные черноземы

Сухая степь, каштановые

Полупустыня, бурые

Пустыня, серо-бурые

53
75
109
192
224
137
99
37

15

5
8
12
19
15
14
7
2

0.7

0,60
0,96
1,44
2,28
1,80
1,68
0,84
0,24

0,08

125
114
97
82
56
45
17
6

0

0,438
0,399
0,340
0,287
0,196
0,158
0,060
0,021

0

0,163
0,561
1,101
1,993
1,604
1,523
0,781
0,219

0,084

0,0031
0,0075
0,0101
0,0104
0,0072
0,0111
0,0079
0,0059

0,0056

В лесной зоне подзолистых почв при значительном количестве новообразованного гумуса из-за сильной промываемости скорость накопления гумуса мала, также как и в полупустынной зоне бурых почв из-за малого количества новообразованного гумуса.

Главной причиной сработки запасов гумуса считают отчуждение значительной части (около половины) биомассы с урожаем, которое не компенсируется органическими удобрениями, несмотря на то, что продукция надземной части растет за счет урожайных сортов, а также эрозия почвы, табл. 27

Табл. 27. Сработка запасов гумуса черноземов за 100 лет в слое 0…30 см

Черноземы

Запасы гумуса/ т/га

Поступление нового гумуса, т/(га∙год)




1881 г.

1981 г.

1881 г.

1981 г.

Выщелоченные

Типичные

Обыкновенные

255

345

240

165

230

155

2,55

3,45

2,40

1,65

2,30

1,55

По данным Ф.И. Левина в настоящее время растительные остатки севооборота образовывают новый гумус в подзолистых почвах 0,4 т/(га·год); в дерново-подзолистых 0,6; в серых лесных – 0,8; в выщелоченных черноземах – 1,0; в типичных – 1,2; в обыкновенных – 1,0; в каштановых – 0,8; в бурых – около 0,3 т/(га·год).

На рис. 14 приведена динамика накопления гумуса обыкновенных черноземов в 0,20 см слое в естественных условиях степей, когда при массе растительного опада 14 т/(га∙год) поступление нового гумуса с учетом вымыва составляло А0 = 1,5 т/(га∙год), обеспечившего за длительное время (600…800 лет) накопление гумуса с установившимися запасами G0 = 1,5/0,01 = 150 т/га гумуса в 20 см слое или 225 т/га в 30 см слое (табл. 21). При последующей распашке поступление гумуса сократилось до А1 = 1 т/га /год, т.е. на 1/3 и почвы подверглись средней эрозии ( коэффициент В увеличился с В0 = 0,010 до В1 = 0,015 год-1). Видно, что самая интенсивная сработка (накопление запасов <0) идет в первый год со скоростью А1 В1G0 = 1,25 т/(га∙год), через 50 лет она уменьшается до B1(G0A1/B1)exp(-B1t) = 0,59 т/(га∙год).



Рис. 14. Накопление гумуса в обыкновенных черноземах при естественных условиях и последующей распашке и эрозии.
Так как темпы накопления или сработки запасов гумуса во времени затухают, то простым балансовым уравнением пользоваться нельзя.

Усредненные по экономическим районам темпы сработки гумуса приведены в табл. 28 (И.П. Айдаров), которая показывает, что совершенствование ведения сельского хозяйства: улучшение агротехники, рост урожайности и применяемых удобрений, борьба с эрозией до 1990 года приводили к уменьшению темпов сработки гумуса, но еще не остановили этот процесс. После экономической реформы и резкого упадка сельского хозяйства скорость сработки гумуса опять увеличилась.

Табл. 28. Темпы сработки запасов гумуса на пашне по экономическим районам, т/(га∙год) (по данным И.П. Айдарова)

Экономические районы

1967-71 г.г.

1981-85 г.г

1986-90г.г.

1995 г.

2000 г.

Северный

Северо-Западный

Центральный

Волго-Вятский

Центрально-Черноземный

Поволжский

Северо-Кавказский

0,31

0,30

0,34

0,52

0,80
0,68

0,88

0,31

0,37

0,19

0,29

0,34
0,50

0,56

0,55

0,47

0,19

0,20

0,51
0,50

0,72

0,26

0,42

0,60

0,53

0,68
0,65

0,95

0,31

0,50

0,71

0,63

0,80
0,77

1,12



^ 9.7. Баланс гумуса на орошаемых землях

С помощью приведенных выше формул оценим динамику запасов гумуса под влиянием сельскохозяйственной деятельности в почвах Воронежской области до и после орошения.. До массовой распашки (1890 г.) установившиеся запасы гумуса в 20 см слое обыкновенных черноземов составляли 137 т/га, а в 30 см слое – 205 т/га при суммарном поступлении нового гумуса А = 1,52 т/(гагод) и скорости его сработки за счет минерализации В = 0,0111 год-1 (табл. 26).

После распашки, как показали вышеприведенные расчеты, урожайность яровой пшеницы без орошения (табл. 21) составляла 0,453 от потенциальной 6,7 т/га, или Uф = 3 т/га. При этом сухая биомасса растительных остатков, поступающая в почву была равна Бро = 3∙0,86∙1,43=3,7 т/(га·год). Она давала новообразованный гумус в количестве Gнов = 1,724·0,25·0,348·3,7 = 0,55 т/гагод. Вымыв гумуса при годовой промываемости почвы 54 мм в естественных условиях (табл. 17) был Вым = 0,01·54·0,35 = 0,19 т/(гагод). При внесении полуперепревшего навоза в размере 10 т/(гагод) и при содержании в нем сухого вещества Ксв = 0,25 образовывался новый гумус в количестве Gуд = 1,724·0,5·0,3·0,25∙10 = 0,65 т/гагод. Ежегодно после яровой пшеницы в почву до орошения поступало А1 = 0,55 + 0,65 – 0,19 = 1,0 т/га новообразованного гумуса.

После люцерны при фактическом урожае (табл. 22) 0,226·12,8 = 2,9 т/га в почву ежегодно поступало 2,9∙0,83∙1,656=4,0 т/га растительных остатков, которые образовывали новый гумус в количестве Gнов =1,724∙0,25∙0,405∙4,0 = 0,70 т/га. Вымыв гумуса с поля, занятого люцерной был 0,01∙54∙0,35 = 0,19 т/(гагод). После люцерны навоз не вносили, поэтому всего гумуса после люцерны в почву поступало А2 = 0,7 – 0,19 = 0,51т/(га·год).

В среднем, с учетом плодосмена нового гумуса в год поступало ^ А = 0,5∙(1,0 + 0,52) = 0,76 т/га. После распашки почва подвергалась эрозии. Для слабо эродируемых почв коэффициент Вэр = 0,00125 год-1 (см. выше), а общий коэффициент скорости минерализации гумуса В = 0,0111 + 0,00125 = 0,01235 год-1 или современное среднегодовое изменение запасов гумуса будет равно АBG = 0,76 – 0,01235*137= – 0,93 т/(га·год) (см. формулу 51). При длительной распашке без орошения запасы гумуса стабилизируются на уровне Gуст = А/В = 62 т/га в пахотном слое толщиной 20 см, т.е. могут сократиться со 137 до 62 т/га, а за 100 лет запасы гумуса в 20 см слое уменьшатся до G = A/B + (G0A/B)exp(-Bt) = 0,76/0,01235 + (137 – 0,76/0,01235)exp(-0,01235∙100) = 84 т/га или до 126 т/га в 30 см слое, что близко к фактическим запасам гумуса в 1981 г., равным 155 т/га (табл. 27). Иными словами, до распашки степей запасы гумуса в обыкновенном черноземе составляли 225 т/га (в 20 см слое), после распашки за 100 лет уменьшились до 126 т/га или срабатывались со скоростью 1 т/(га·год), что подтверждается расчетом.

Если же, начиная с 1991 года, организовать орошение при оптимальной предполивной влажности, ликвидировать эрозию и сохранить дозу органических удобрений под посев яровой пшеницы, то при ее урожае 0,992∙6,7=6,6 т/га поступающих в почву растительных остатков в год станет 8,1 т/га, из которых образуется новый гумус 1,21 т/га, от навоза поступление гумуса в год составит 0,65 г/га. При орошении возрастет годовая промываемость почвы до 60мм и соответственно годовой вымыв гумуса достигнет 0,21 т/га. Всего поступление гумуса с поля с яровой пшеницей составит А1 = 1,21+0,65–0,21=1,65 г/(га·год).

Относительная урожайность люцерны также возрастет до 0,962. Это приведет к поступлению нового гумуса в размере 2,8 т/(га·год), возрастет также из-за роста годовой промываемости почвы до 92 мм годовой вымыв гумуса до 0,32 т/га, А2 = 2,8 – 0,32 = 2,48. При плодосмене поступление нового гумуса составит А = 0,5·(1,65 +2,48) = 2,0 т/(га∙год), т.е. увеличится за счет правильного орошения и наличия трав в севообороте с 0,76 до 2,0 т/(га∙год) или в 3 раза. Если полностью исключить эрозию почвы, то значение коэффициента В уменьшится до 0,0111. При этом новые установившиеся запасы гумуса в 20 см слое станут Gуст = 2,0/0,0111 = 180 т/га, или 270 т/га в 30 см слое, т.е. они вернутся к запасам до распашки и даже превысят их, правда, за длительное время. За 20 лет орошения запасы гумуса возрастут с 84 т/га до G = 2,0/0,0111 + (84 – 2,0/0,0111)exp(-0,0111∙20) = 103 т/га, т.е. средний прирост запасов составит около 1 т/(гагод).

Таким образом, водосберегающий режим орошения, направленный на сокращение оросительных норм при незначительном снижении максимальных урожаев (на 2…9 %) обеспечивает сохранение и даже расширенное воспроизводство плодородия почвы при сохранении посевов люцерны на 50% площади и внесении органических удобрений (прирост запасов гумуса за 20 лет орошения составит 19 т/га), Это приведет к минимизации негативных воздействий на окружающую среду, экономии водных и энергетических ресурсов. Почва, обогащенная гумусом, повысит плодородие, что приведет к росту урожайности, усилит свои барьерные природоохранные свойства, в том числе и средообразующие свойства, повысится качество земель.
1   2   3   4   5   6



Скачать файл (8441.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru