Проект комплексной мелиорации и использования участка

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия им. академика Д.Н. Прянишникова»

Кафедра геодезии и мелиорации Курсовой проект по мелиорации на тему:

«Проект комплексной мелиорации и использования участка»

Выполнил: студентка агрономического факультета группы А-51 В Проверил:

Чабин В.М.

Пермь 2011

1. Теоретическое обоснование потребности в мелиорации

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

1.2. Мелиорация как средство регулирования факторов жизни растений. Типы и виды мелиорации

2. Исполнение проекта

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

2.2. Оценка обеспеченности каждого элемента рельефа факторами жизни растений; определение видов потребных мелиорации и очередности их выполнения

3. Проектирование противоэрозионных мероприятий

3.1. Причины эрозии почв, мероприятия по предотвращению и устранению эрозии

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

3.3. Проектирование лиманов и водозадерживающих валов

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

4. Проектирование осушительно-оросительной системы в пойме

4.1. Выяснение причин избыточного увлажнения, выбор методов и способов осушения

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

4.3. Определение потребности в кротовом дренаже

4.4. Проектирование на плане оросительной системы. Расчет расстояний между подпорными щитками

5.Проектирование культуртехнических мероприятий

6. Программирование урожаев по водному и питательному режиму

6.1. Расчет возможной урожайности культур при естественном увлажнении и дополнительной потребности в воде для получения плановой урожайности

7. Использование оросительной системы

7.1. Расчет продолжительности полива и потребного количества дождевальных машин

7.2. Расчет потребных насосных станций

7.3. Расчёт использования многолетних трав на выпас

8. Расчет экономической эффективности мелиорации

8.1. Расчет капитальных затрат на создание мелиоративных систем и выполнение культуртехнических работ

8.2. Расчет дополнительного чистого дохода и срока окупаемости капитальных затрат при различных комплексах мелиорации Выводы Список использованной литературы

1. Теоретическое обоснование потребности в мелиорации

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

Растения во время роста и развития предъявляют определенные требования к окружающим условиям, так как находятся в тесном взаимодействии и взаимосвязи с внешней средой. Несоответствие этих условий потребностям растительного организма может привести к ослаблению и даже гибели растения, и наоборот, полное удовлетворение этих потребностей обеспечивает хороший рост и развитие.

Для жизни растений необходимы свет, тепло, воздух, вода и питательные вещества. Эти факторы требуются в разных количествах и соотношениях.

Cвет. Свет как главный экологический фактор имеет глобальное значение как источник энергии для основного блока продукционного процесса — фотосинтеза.

Тепло. Воздействие на тепловой режим относительно ограниченно и возможно в связи с регулированием водного режима. Вода очень теплоемкое вещество и избыточно влажные почвы весной просыхают и прогреваются медленнее, чем находящиеся в оптимальном увлажнении. Сброс избытка воды ускоряет прогревание технологического горизонта почвы, ускоряет прохождение ранних фаз развития, позволяет развиться корневой системе вглубь и этим уменьшить зависимость от осадков за счет усвоения влаги глубоких горизонтов. Другие возможности регулирования теплового режима связаны с приспособлением, размещением растений относительно солнечного освещения. Оптимальная температура для роста и развития большинства культур 20 — 25? С. При температуре немного выше 30? С наблюдается торможение роста, а при повышении ее до 50−52 ?С растения погибают.

Воздух. При высыхании воды, или впитывании ее корнями растений, место ее в порах занимает воздух. Оптимально в плодородной почве поры занимают не менее 50% объема и около половины их должно быть занято водой. Диффузия воздуха активнее идет по крупным порам аэрации и по ним же активно передвигается влага, частично исполняя роль поршня в насосе, т. е. затягивает за собой воздух. Так происходит до 30% газообмена. Остальная доля газообмена в почвах, 70% и более, приходится на диффузию. Оптимальное содержание воздуха в пахотном слое почве для зерновых 15−20% общей скважности, пропашных 20−30, многолетних трав 17−21%. Благоприятное для растений содержание кислорода в почвенном воздухе 7−12%, а диоксида углерода около 1%. Такой воздушный режим почвы обеспечивает хороший рост корней и лучшее поглощение воды и питательных веществ.

Вода. Вода чаще других факторов роста бывает ограничивающим (дефицитным) фактором, что связано с динамичностью ее содержания в почве и зависимостью от ритмики выпадения осадков. Влажность почвы в большей степени, чем свет способна регулироваться технологией земледелия. Многие задачи обработки почвы ориентированы на сохранение и увеличение продуктивной влаги в почве (вспашка, углубление пахотного горизонта, боронование, культивация). Приход воды определяется климатом района. Пермский край относится к континентальному климату, характеризуется большими амплитудами температуры и осадков по зимним и летним месяцам. Основное требование правильного полива — достаточная глубина промачивания. Для набухания семян и перевода запаса сухих питательных веществ семени в усвояемую для зародыша форму различным растениям необходимо следующее количество воды (% от массы семян): пшеница, ячмень — 50; рожь, овес — 55−65; кукуруза — около 40; горох, лен -100; сахарная свекла, клевер — 120−150.

Вода входит в состав самих растений, составляя значительную часть их массы: в семенах ее содержится 7−15%, в стеблях, где имеется много одревесневших мертвых клеток — до 50, а в листьях, корнеплодах и клубнях — до 75−93%. Испарение воды листьями называется транспирацией.

Транспирационный коэффициент — количество воды, затрачиваемое растением в процессе образования единицы сухого вещества.

Для расчета уровней получения возможных урожаев большое значение имеет коэффициент водопотребления (сумма транспирации и испарения с поверхности почвы), выражаемый в кубических метрах на 1 т урожая. В разные по увлажненности годы он изменяется для озимых зерновых культур от 375 до 550 м3/ т, для картофеля — от 170 до 660, для свеклы — от 240 до 400, для многолетних трав — от 500 до 750 м3/т.

В воде нуждаются и почвенные микроорганизмы. Бактерии, фиксирующие атмосферный азот, начинают размножаться только при 25%-й полной влагоёмкости почвы. При недостатке воды у бактерий снижается усвоение питательных веществ, а при чрезмерном увеличении влажности они испытывают кислородное голодание. Оптимальная влажность почвы для растений и бактерий одинакова и составляет 60% полной влагоемкости почвы.

Питательные элементы. Для эффективного использования минеральных удобрений необходимо, чтобы почва была в соответствующем хорошем состоянии. Это на большинстве обрабатываемых земель не обеспечивается, — на кислых почвах, а особенно на участках с переуплотненными и экстремально кислыми подпочвами минеральные удобрения не способны обеспечить надлежащий эффект (А.С.Степановских «Общая экология», 1999).

Законы земледелия.

1. Закон незаменимости и равнозначности факторов жизни растений. В соответствии с этим законом для нормального роста и развития растений в равной степени необходимы все экологические факторы. Отсутствие любого из них приводит к гибели растений, причем один фактор не может быть заменен другим.

2. Закон минимума, оптимума и максимума. По этому закону каждый фактор жизни растения характеризуется минимальным, максимальным и оптимальным значениями показателей. Минимальное значение определяет наименьшее количество фактора, обеспечивающее рост и развитие растения, максимальное — наибольшее, выше которого растение гибнет; при оптимальной интенсивности фактора создаются наилучшие условия для жизнедеятельности. Минимум и максимум — две «пороговые» точки действия фактора, соответствующие наихудшему развитию растения, а зона между этими значениями представляет экологическую валентность живого организма.

3. Закон комплексного действия и оптимального сочетания факторов. Согласно этому закону развитие растений происходит под постоянным воздействием всех экологических факторов, а для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур необходимо их оптимальное сочетание. Комплексное действие факторов жизни растений отличается от суммарного действия каждого в отдельности, так как изменение одного влечет за собой изменение других и при оптимальном сочетании эффективность их действия повышается.

4. Закон возврата в почву питательных веществ. Предусматривает возмещение питательных элементов, потерянных почвой в результате выноса с урожаем, в процессе эрозии, вымывания и по другим причинам, при помощи внесения удобрений или соответствующих агротехнических приемов. Возвращение в почву питательных веществ не только позволяет поддерживать на должном уровне урожайность сельскохозяйственных культур, но и предотвращает истощение, деградацию почв. Поэтому закон возврата питательных веществ имеет исключительное значение для сельскохозяйственного производства, его нарушение может привести к утрате почвенного плодородия.

5. Закон соответствия растительного сообщества своему местообитанию и необходимости соблюдения правильного чередования сельскохозяйственных культур во времени и пространстве. Данный закон составляет научную основу «принципа плодосмена» — чередования во времени и пространстве культурных растений, различающихся между собой по физиологическим, биохимическим, агрономическим и другим показателям, то есть правильного севооборота. Сельскохозяйственные посевы — это растительные сообщества, жизнь которых характеризуется сложным разносторонним взаимовлиянием растений и местообитания. Культурные растения предъявляют различные требования к условиям внешней среды (экологическим факторам) и неодинаково воздействуют на почву, населяющих её организмов, сорную растительность. Имея разную по мощности, глубине проникновения, способности усваивать питательные вещества корневую систему, сельскохозяйственные культуры с разной интенсивностью потребляют из почвы питательные элементы и воду.

В связи с тем, что на Земле существует вертикальная и горизонтальная зональность, появляются разные типы почв, они по-разному обеспечиваются факторами жизни (свет, вода, температура и т. д.), различный минералогический состав влияет на состав элементов питания находящихся в почве и на их доступность. Из-за этого возникает потребность в регулировании факторов жизни растений и приведения их к каким-либо равнозначным параметрам на участке. Так как большинство почв в Пермском крае являются дерново-подзолистыми, то почти все они нуждаются в улучшении их агрономических показателей: кислотность, количество гумуса и элементов минерального питания и т. д. (А.И.Пупонин «Земледелие», 2004).

1.2 Мелиорация как средство регулирования факторов жизни растений. Типы и виды мелиорации

Мелиорация — это комплекс организационно-хозяйственных, технических, агротехнических и других мероприятий, направленных на коренное улучшение неблагоприятных природных условий и повышение плодородия почв. Она изучает методы и способы улучшения внешних условий среды обитания растений, путем направленного регулирования водного, воздушного и связанных с ними теплового и питательного режимов почвы. Недостаточное для удовлетворения потребности растений количество воды в почве приводит к снижению оводнённости тканей, активности биологических и биохимических процессов в клетках и, как следствие этого, снижению продуктивности возделываемых сельскохозяйственных культур. Не менее вредным для сельскохозяйственного производства является и избыточное содержание воды в почве. Оно сопровождается нарушением условий аэрации, подавлением ростовых процессов, снижением урожайности или даже полной гибелью растений из-за их вымокания.

Различают несколько видов мелиорации: сельскохозяйственные (обеспечивают повышение продуктивности угодий и их расширение за счет освоения болот, заболоченных земель, сухих степей и пустынь); лесные (для защиты почв от водной и ветровой эрозий, засух и суховеев, уменьшния испарения воды с полей и водоемов); химические (способствуют снижению содержания в почве водно-растворимых или поглощенных частицами твердой фазы солей, водно-физических свойств почвы и ее плодородия); при гидротехнических мелиорациях улучшение земель достигается изменением водного режима почвы. С целью регулирования водного режима почвы, а следовательно, и искусственного орошения строят плотины, водохранилища, крупные и мелкие оросительные и осушительные каналы, трубопроводы и лотки. Проведение гидромелиорации связано со значительными капиталовложениями. Наибольшая эффективность мелиораций достигается при комплексном их применении, а именно: когда орошение сочетается с дренированием земель, а осушение — с периодическим орошением и т. д. (В.В.Колпаков «Сельскохозяйственные мелиорации», 1981).

Для подготовки земель к сельскохозяйственному использованию применяют культуртехнические мероприятия, которые включают очистку ее от кустарника, пней и погребённой древесины, камней, кочек и мха, выравнивание поверхности.

Агротехнические мероприятия направлены на создание благоприятных условий для роста и развития растений, при которых достигается максимальная урожайность при минимальных затратах труда и материально-технических ресурсов. Они включают обработку почвы, внесение удобрений, посев сельскохозяйственных культур и уход за ними.

Гидротехнические мелиорации представляют систему мероприятий, направленных на регулирование водного и воздушного режимов почвы. В зависимости от природного увлажнения территории разделяют оросительные, обводнительные и осушительные мелиорации. Оросительные и обводнительные мелиорации применяют в основном в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения, осушительные — в зоне избыточного увлажнения. Комплекс технических средств, представленный водозаборными, водопроводящими, водорегулирующими и другими сооружениями, предназначенными для регулирования водного и воздушного режимов почвы, называют гидромелиоративной системой. Восполнение дефицита почвенной влаги за счет орошения или обводнения территории выполняют с помощью оросительных или оросительно-обводнительных гидромелиоративных систем. Удаление из почвы избыточного количества воды с последующим отводом ее за пределы осушаемой территории связано с необходимостью строительства осушительных систем.

2. Исполнение проекта

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

Для более наглядного представления об участке нужно на миллиметровой бумаге построить продольный профиль поверхности участка по центру в масштабах: вертикальный 1:100, горизонтальный 1:10 000. (График 1)

По расстояниям между горизонталями и визуальным изменениям уклона разделить участок на элементы рельефа: водораздел, склон и пойму. Вычисление уклонов каждого элемента рельефа участка по формуле:

i = (HA-HB)/LAB,

где i — уклон участка;

HA, HB — отметки верхней и нижней горизонталей;

LAB — расстояние меду верхней и нижней отметками, м.

Данный участок разделяем на три элемента рельефа: водораздел, склон, пойма и на каждом элементе рельефа вычисляем уклон.

i (водораздела)= (HA — HB) / LAB = (92,0 — 91,5) / 4,8*100 = 0,001

i (склона)= (HA — HB) / LAB = (91,5- 89,5) / 5*100 = 0,004

i (поймы)= (HA — HB) / LAB = (89,5- 87,5) / 11,5*100 = 0,0017

2.2 Оценка обеспеченности каждого элемента рельефа факторами жизни растений; определение видов потребных мелиорации и очередности их выполнения

Каждый из элементов рельефа по-разному обеспечивается факторами жизни растений. В таблице 1 представлена обеспеченность участка факторами жизни растений.

Определяем процентное отношение показателей к оптимальным значениям: (факт. знач.*100%)/ оптим. знач.

По отклонениям от оптимальных значений устанавливаем потребность в регулировании факторов жизни растений, а по наибольшим из них (отклонений) — очередность выполнения мелиорации.

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

По результатам таблицы 1, видно, что на всех участках виды мелиорации одинаковы, все почвы мало обеспечены элементами питания, воздухом, почвы кислые.

Таким образом, на водоразделе и склоне проводим:

Культуртехнические мелиорации;

Известкование почв;

Внесение органических удобрений;

Внесение минеральных удобрений;

Глубокое рыхление.

Таблица 1

Обеспеченность участка факторами жизни растений, потребность в мелиорациии и очередность их выполнения

На пойме:

1. Осушение;

2. Культуртехнические мелиорации;

3. Известкование почв;

4. Внесение органических удобрений;

5. Внесение минеральных удобрений;

6. Орошение.

3. Проектирование противоэрозионных мероприятий

3.1 Причины эрозии почв, мероприятия по предотвращению и устранению эрозии

Эрозия почвы — процесс разрушения верхних наиболее плодородных её слоев и подстилающих пород талыми и дождевыми водами (водная эрозия) или ветром (ветровая эрозия).

Поверхностная эрозия — смыв верхнего горизонта почвы под влиянием стекающих по склону дождевых или талых вод.

Линейная эрозия — размыв почв в глубину более мощной струей воды, стекающей по склону.

Геологическая эрозия — медленный процесс смыва частичек с поверхности почвы, покрытой естественной растительностью. При этом потеря почвы восстанавливается в ходе почвообразования не приносит существенного вреда.

Ускоренная эрозия связана с удалением естественной растительности, неправильным использованием почвы, в результате чего темп эрозии резко возрастает (И.С.Кауричев «Почвоведение», 1982).

Причины возникновения эрозии почв:

1. Неправильное использование земли человеком: вырубка лесов на склонах; ведение пропашных севооборотов на склонах; перевыпас скота.

2. Климатические условия: количество и режим выпадаемых осадков; интенсивность снеготаяния; мерзлота почвы, скорость и сила ветра.

3. Рельеф: крутизна; длина; форма и экспозиция склона

4. Почвенные условия: несоответствие водовместимости почвы к количеству выпадающих осадков; несоответствие количества и объёмов воды водопроницаемости почвы; отсутствие растительного покрова.

Важно защищать почву от разрушения в местах попеременного проявления водной и ветровой эрозии.

При внутрихозяйственном землеустройстве устанавливают границы хозяйства и производственных подразделений; уточняют специализацию хозяйства, соотношение угодий, их трансформацию; выделяют участки под залужение, залесение; разрабатывают рациональную структуру посевных площадей; устанавливают типы и число севооборотов, состав и чередование культур. При введении и освоении севооборотов исходят из определенных условий: структура посевных площадей должна обеспечивать наиболее высокий выход зерна и продукции растениеводства с единицы площади, набор и чередование культур (с учетом их почвозащитной способности) — надежно защищать почву от разрушающего действия эрозии.

C совместным проявлением водной и ветровой эрозии позволяет успешно бороться плоскорезная обработка почвы. В первом случае стерня снижает скорость ветра в приземном слое воздуха и препятствует переносу почвы, во втором — стерня уменьшает кинетическую силу стекающей воды и препятствует перемещению почвенных частиц.

Корневая система растений скрепляет комки почвы, увеличивая их сопротивляемость отрыву.

В зоне совместного проявления ветровой и водной эрозии, на почвах, легких по гранулометрическому составу и с подстилающей породой, обладающей хорошей фильтрационной способностью, (песок, супесь, лёссовидный суглинок), оптимальная глубина вспашки должна составлять 14−16 см. Почвы, тяжелые по гранулометрическому составу, с глинистой и тяжелосуглинистой подстилающей породой, эффективнее обрабатывать на глубину 25 — 27 см. — это создает лучшую инфильтрационную способность и большую водовместимость.

Также эффективно от эрозии: посев многолетних трав, глубокая вспашка, лесомелиоративные мероприятия, гидротехнические сооружения.

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

В таблице 2 представлен расчет влаго — и воздухоёмкости почв, возможности предотвращения поверхностного стока и эффективности использования осенне-зимних осадков при естественном сложении почвы и после глубокого рыхления. Условные обозначения:

лиманы водозадерживающие валы магистральный канал осушители — оросители насосные станции напорные трубопроводы гидранты — водовыпуски границы полей, номера, площади схема полива ДДН — 100

схема полива ДДА — 100МА

подпорные щитки

схема использования многолетних трав на выпас схема кротового дренажа Таблица 2. Расчет влагои воздухоемкости почвы

Из данных, представленных в таблице 2, можно сделать следующие выводы: на водоразделе гранулометрический состав почвы легкосуглинистый, и при естественном сложении данного участка вся вода впитывается почвой, образование стоков не наблюдается, поэтому глубокое рыхление проводить не требуется.

При естественном сложении склона, где преобладают средние суглинки, воздуха в почве не хватает, следовательно, образуются стоки воды, так как почва не успевает впитывать воду и по объему, и по водовместимости. Поэтому требуется провести глубокое рыхление почвы, тогда воздуха в почве становится достаточно (28%) и стоков больше не будет: почва сможет впитать всю влагу.

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

3.3 Проектирование лиманов и водозадерживающих валов

Регулирование водно-воздушного режима и доведение его до оптимальных значений необходимо на всех почвах, нуждающихся в нем, независимо от уклона участка. Проектирование лиманов предусматривается в том случае, когда глубокое рыхление не обеспечивает предотвращение поверхностного стока осенне-зимних осадков, выпадающих непосредственно на участок или поступающих с прилегающих территорий, когда уклон участка менее 0,005. Лиманы должны способствовать: дополнительному увлажнению участка; продлению срока поступления воды в почву и сбросу избыточных вод после пика снеготаяния; предотвращению эрозии почвы.

При проектировании лиманов следует выполнить расчеты расстояний между валами, площадей лиманов.

Расстояние между валами лиманов вычисляют по формуле:

L= (H2-H1)/ i,

где Н2 — наибольший слой воды в лимане, равен 0,2 м.

Нjнаименьший слой воды в лимане, равен 0,8 м.

i — уклон участка.

Таким образом,

Водораздел:

Lв:0,8 — 0,2 / 0,0013 = 600 м.; Склон: Lс:0,8 — 0,2/0,004 = 150 м.;

n=L/lв=850 / 600 = 1, 4 ~ 2; n = L/lв = 450 / 150 = 3;

вф = L/n = 850 / 2 = 425 м; вф = L/n = 450 / 3 = 150 м;

В плане рельефа 425 / 100 = 4,25~4,3; 150 / 100 =1,5.

Площади лиманов вычисляются умножением длины лимана на его ширину, так как ширина у лиманов водоразделов разная, а длины равны 8.

Таким образом,

S = 750*600/10 000= 45 га;

Всего на водоразделе будет четыре лимана с площадью по 45 га эти площади соответствуют площадям полей севооборота на участке.

Общая площадь лиманов составит 180 га. На склоне же лиманов будет шесть, площадь каждого составит 11,1 га (740*150/10 000), из них образуют шесть полей, площадью 11,1 га — каждое. Общая площадь составляет 66,6 га.

Объем воды, вмещаемый в лимане, определяется по формуле:

Wлим.=l*b (Н1+Н2/2), м3

где l-расстояние между валами, м;

b — ширина лимана, м.

Водораздел:Wлим. = 750*600 (0,8+0,2) / 2 = 225 000 м³.

Склон: Wлим.=740 *150 (0,8 + 0,2) / 2= 55 500 м³.

Объем воды на одном гектаре площади лимана вычисляют по формуле:

W1га=Wмм/Sлим., м3/га.

W1га водораздела=225 000 / 45 = 5000 м3/га.;

W1га склона= 55 500 / 11,1 = 5000 м3/га.

Объем воды, поступающей в лиман при атмосферном типе водного питания (Wос.зим.ос.)

Wос.зим.ос.= Wгод.-Wлет.=500−240=260 мм.

Оросительная норма (норма увлажнения) лимана определяется по формуле

М = Wнв — Wвуз, мм.

где Wнв=0,8 ПВ

Wвуз=0,4 НВ для легких почв; 0,5 НВ для средних почв Водораздел: Wнв. = 0,8*530= 424 мм.,

Wвуз. = 0,4 *408=163,2 мм.,

М = 424−163,2 = 260,8~261 мм.

Склон: Wнв.=0,8*490=392 мм.,

Wвуз.=0,5*426=213 мм.,

М=392−213=179 мм.

Продолжительность увлажнения почвы лимана до НВ:

Tувл. = М / v*1440, суток где tувл. — продолжительность увлажнения лимана, суток

М — оросительная норма, мм.,

V — водопроницаемость почвы, мм / мин.,

1440-минут в сутках.

tувл.водораздела = 261 / 0,07*1440 = 3 суток,

tувл.склона=179 / 0,035*1440 = 4 суток.

После рыхления:

tувл.склона = 179 / 0,07*1440 =2 суток.

Расчет максимально избыточного количества воды в лимане, подлежащего сбросу после насыщения почвы до уровня НВ:

Wизб.макс. = W1га.лим.пл-М, мм.

Wизб.макс.водораздела = 5000 — 261 = 255 мм.,

Wизб.макс.склона=5000−179=248 мм.

Расчет возможного избыточного количества воды в лимане при атмосферном типе водного питания за осеннее-зимний период:

Wвозм.избыт.=Wос.зим.ос.-М, мм.

Wвозм.избыт.водораздела = 260 — 261 = -1 мм.,

Wвозм.избыт.склона = 260 — 179= 81 мм.

После установленного срока затопления, оставшуюся в лимане воду сбрасывают через водовыпуски в нижних валах каждого яруса и начинают весенние работы.

Лиманное орошение служит важным фактором создания и укрепления кормовой базы животноводства, роста урожаев кормовых и зерновых яровых культур. Имеет ряд достоинств: простота и дешевизна устройства по сравнению с регулярным орошением, большое гидрологическое действие — поглощение поверхностного стока, превращение его в грунтовые водные стоки, снижение эрозионных процессов, улучшение солевого режима почв. Недостатки: полив возможен только один раз весной, по площади лимана почва увлажняется неравномерно, площадь затопления по годам резко колеблется, в зависимости от объема паводковых вод. Устройство лиманов на данных участках целесообразно, так как лишь при лиманном орошении, возможно, орошать повышенные, даже водораздельные площади.

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

Для данных участков подобраны культуры и схемы севооборотов, согласно количествам полей на них:

Водораздел:

Количество полей равно четырем, севооборот:

1. Овёс с подсевом многолетних трав (45 га),

2. Многолетние травы 1 г. п. на сенаж (45 га),

3. Многолетние травы 2 г. п. на сено (45 га),

4. Картофель (45 га).

Склон:

Количество полейшесть, севооборот:

1. Пшеница с подсевом многолетних трав (11,1 га),

2. Многолетние травы 1 г. п. на сенаж (11,1 га),

3. Многолетние травы 2 г. п. на сено (11,1 га),

4. Многолетние травы 3 г. п. на семена (11,1 га),

5. Многолетние травы 4 г. п. на травяную муку (11,1 га), ,

6. Озимая рожь на зерно (11,1 га).

В целях защиты от водной эрозии на участках выбраны почвозащитные севообороты. Кроме того, по границам полей поперек склона можно предусмотреть устройство водозадерживающих валов. На этих участках осушительные системы не проектируются.

4. Проектирование осушительно-оросительной системы в пойме

4.1 Выяснение причин избыточного увлажнения, выбор методов и способов осушения

Источниками питания заболоченных земель служат: атмосферные осадки, если они превышают испарение и сток, напорные и безнапорные подземные воды при близком их залегании или выклинивании.

К числу внутризональных причин переувлажненных почв относятся: рельеф поверхности, особенно когда на избыточно увлажненных землях имеются бессточные понижения; литологическое строение подпочвенных слоев, наличие водонепроницаемых подпочвенных слоев, обусловливающих переувлажнение почвы на длительный период; выклинивание на поверхность подземных вод; длительное застаивание на поверхности почвы весеннего паводка, отсутствие стока.

В зависимости от источника водного питания, причин переувлажнения почвы и тепло — влагообеспеченности земель выбирают следующие методы осушения: ускорение поверхностного стока со слабопроницаемых почв атмосферного водного питания; ускорение внутрипочвенного стока и понижение уровня вод в активном слое на низинных и переходных болотах и водопроницаемых минеральных почвах; защита земель от внешних поверхностных, грунтовых и подпорных вод; регулирование длительности затопления пойм и низменностей; ускорение отвода паводковых вод; перераспределение стока, а также решение мелиоративных и водохозяйственных задач комплексно.

В зависимости от метода осушения и планируемого сельскохозяйственного использования осушаемой площади (луга, пастбища, полевой, овощной или кормовой севообороты) выбирают наиболее эффективный способ осушения. К основным способам осушения относятся: открытые каналы, отводящие поверхностные и грунтовые воды; горизонтальный и вертикальный дренаж, отводящий почвенно-грунтовые и частично поверхностные воды; вертикальные водопоглощающие колодцы, понижающие уровень грунтовых вод и отводящие воду в нижележащий песчаный слой; ловчие каналы или головной дренаж территории, подтопляемой потоком грунтовых вод с вышерасположенной территории; нагорные каналы, отводящие поверхностные воды, которые стекают с прилегающих склонов; обвалование земель в целях защиты их от затопления водами рек в период разлива (Колпаков В.В., 1981).

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

Расстояние между осушителями-оросителями равно 120 метров (максимальная ширина захвата поливальных машин — 120м).

4.3 Определение потребности в кротовом дренаже

Данный участок нуждается в кротовом дренаже, так как почва на пойме — торф. Кротовый дренаж позволяет увеличить расстояние между каналами. Достоинства кротового дренажа: не требует материалов; повышает аэрацию почвы и урожайность до 30%.

4.4 Проектирование на плане оросительной системы. Расчет расстояний между подпорными щитками

Расстояние между подпорными щитками рассчитывается:

L = (H-h) / i = (1−0,5) / 0,641 = 780 м (м/у щитками),

n =780/ 780 = 1 подпорный щиток.

Подбор культур, разработка севооборотов для поймы Для данных участков подобраны культуры и схемы севооборотов, согласно количествам полей на них:

Количество полейдесять, севооборот:

1. Пшеница с подсевом многолетних трав (14 га)

2. Многолетние травы 1 г. п. на сенаж (19 га)

3. Многолетние травы 2 г. п. на сено (19 га)

4. Многолетние травы 3 г. п. на выпас (19 га)

5. Многолетние травы 4 г. п. на выпас (21 га)

6. Картофель (14 га)

7. Морковь (19 га)

8. Однолетние травы (19 га)

9. Капуста (19 га)

10. Кормовая свекла (22 га) Условные обозначения к плану:

Лиманы с водовыпусками Водозадерживающие валы Магистральный канал Осушители-оросители Схема кротового дренажа Насосная станция Напорный трубопровод Гидранты-водовыпуски Схема полива ДДА-100 МА Схема полива ДДН-100

Схема использования многолетних трав на выпас Границы полей Подпорные щитки

5. Проектирование культуртехнических мероприятий

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

Для вычесывания камней с глубины до 50 см можно применять рыхлитель камневычесыватель РВК-2,0 в агрегате с трактором T-130МГ; а для уборки камней с поля — камнеуборочные машины KУM-1,2 и УКП-0,6 в агрегате с тракторами ДТ-75М и МТ3−80.

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

Уборку кустарника выполнять кусторезами КФ-2,8 в агрегате с Т-130МБГ и кусторезом-измельчителем в агрегате с К-701. Мелкий кустарник измельчать фрезерными машинами МТП-44А и ФКН-1,7 в агрегате с Т-130МБГ. мелиорация эрозия дренаж урожай Уничтожение кочек можно выполнять кочкорезами КПД-2 с фрезерными рабочими органами в агрегате с трактором Т-130МБГ.

Первичную вспашку следует выполнять плугами ПБН-75 и ПБН-100А на глубину 35−45 см в агрегате с тракторами Т-150 и Т-130МБГ.

Первичную обработку минеральных почв с включениями камней можно выполнять бороной дисковой мелиоративной БДМ-4 на глубину до 30 см в агрегате с тракторами К-701 и Т-130МБГ. Для глубокого рыхления тяжелых почв желательно применять рыхлители с активными рабочими органами ВР-80 и РВШ-0,8, которые агрегатируются с тракторами класса 10 т (Т-170 и Т-130.1.Г). Глубокое рыхление нужно выполнять при влажности почвы 70−80% НВ, когда почва хорошо крошится.

Для восстановления плодородия почвы, нарушенного при планировке, на каждый сантиметр неплодородного слоя нужно внести по 10 т/га органических удобрений. То же самое необходимо делать и при углублении пахотного слоя.

Для повышения уровня плодородия до верхнего предела нужно вносить по 80−100 тонн на гектар органических удобрений в течение 3−4 лет.

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

Для нейтрализации кислотности почвы требуется проводить известкование. Расчет доз извести должен быть выполнен по гидролитической кислотности по формулам:

а) Драсч.= 5*Г*Н*А,

б) Дфакт. = (Драсч.*1 000 000)/(К (100-Б)*(100 — В)),

где Драсч. — расчётная доза действующего вещества (СаСО3), т/га;

Дфакт. — фактическая доза известкового материала, т/га;

Г — гидролитическая кислотность, мг-экв/100г почвы;

Н — глубина известкуемого слоя, м (=0,5м);

А — объемная масса этого слоя, г/смз (= 1,3 — 1,4 для мин. почв);

К — содержание СаСО3 в известковом материале, (80%);

Б — содержание в известковом материале частиц диаметром более 1 мм, (10%);

В — содержание влаги в известковом материале, (10%).

Для водораздела: Драсч.= 5*4,0*0,5*1,3 = 13 т/га (легкий суглинок);

Дфакт. = (13*1 000 000) /(80*(100−10)*(100−10)) = 20,1т/га (изв.мат.);

Для склона: Драсч.= 5*4,6*0,5*1,3 = 14,95 т/га д.в.(средний суглинок);

Дфакт. = (14,95 *1 000 000) /(80*(100−10)*(100−10)) =23,1 т/га (изв.мат.);

Для поймы: Драсч.= 5*2,0*0,5*0,4 =2 т/га д. в (почва торф);

Дфакт. = (2*1 000 000) /(80*(100−10)*(100−10)) = 3,1 т/га (изв.мат.)

Для окультуривания поля при первоначально низком уровне плодородия необходимо вносить по 80−100 т/га органических удобрений, в течение 3−4 лет подряд. На торфе этого не делают.

Глубокое рыхление выполняют рыхлителями с активными рабочими органами ВР-80 и РВШ-0,8 с выбираемыми рабочими органами. Качественное рыхление получают при обработке почвы с влажностью ~80% НВ — поэтому оно проводится в конце августа, поперек склона.

Залужение. Критерием завершенности мелиоративных работ на участке считается посев предварительных культур и получение плановой урожайности не менее 300 — 400 ц/га зелёной массы. В качестве предварительной культуры предпочтительно использовать многолетние травы, так как при этом создаётся возможность для перегнивания древесных остатков; происходит биологическое доосушение участка и выравнивание плодородия; создаётся благоприятная возможность для быстрого введении и освоения многолетних севооборотов, так как многолетние травы являются лучшим предшественником для культур.

Нормы высева семян при 100% - ной хозяйственной годности:

Тимофеевка луговая 5 — 6 кг/га Овсяница луговая 6 — 7 кг/га Ежа сборная 5 — 6 кг/га

4. Кострец безостый 6 — 7 кг/га

5. Лисохвост луговой 5 — 6 кг/га

6. Мятлик луговой 5 — 6 кг/га

7. Клевер луговой 4 — 5 кг/га

8. Клевер гибридный 3 — 4 кг/га

9. Клевер белый 4 — 6 кг/га Густота побегов на м2 должна быть 2000 шт / м2. Посев травосмеси бывает беспокровным и подпокровным. При беспокровном посеве существует опасность заглушения сорняками. В качестве покровной культуры лучше использовать однолетние травы (вика-овёс, 50 кг вики, 2ц овса), сеять раздельно и перекрестно. После этого сеять многолетние травы. Скорость движения сеялки должна быть 5 — 6 км/ч. В ящике должны быть ворошилки. Покровную культуру надо убирать в начале цветения вики, вымётывания метёлки овса. Высота скашивания покровной культуры 8 — 10 см. Осенью можно вносить фосфорные и калийные удобрения, весной травы 1 года лучше не боронить. Если не убрана покровная культура (зерновая), весной опахать поле и поджечь покровную культуру, так как солома сухая.

Использование урожая многолетних трав:

1 года пользования травостой бывает с преобладанием бобовых, 1-ый укос надо использовать на сенаж, когда масса подвялится до 50%; 2-ой — можно использовать на зелёный корм.

2 года пользования 1-ый укос используют на сено, 2-ой — на сенаж.

3 года пользования можно использовать для уборки на семена.

Последующие 2 года использовать на выпас. Прекращать выпас за месяц до конца вегетации.

6. Программирование урожаев по водному и питательному режиму

Чтобы получать запланированные урожаи культур при наименьших затратах, необходимо, согласно законам земледелия, создать для растений оптимальные сочетания и значения факторов жизни растений. В природе такие условия встречаются редко, поэтому человек должен сам регулировать эти факторы.

В Нечерноземной зоне при естественных условиях урожайность культур ограничивается, прежде всего, повышенной кислотностью почвы. На втором и третьем местах сдерживающими факторами могут оказаться либо воздух (на тяжелых почвах), либо питательные вещества (на остальных почвах).

Дополнительная потребность в воде (при обычных условиях) отодвигается на третий и четвертый план. Однако в последнее время почти каждый второй год в Нечерноземье бывает засушливым и тогда потребность во влаге резко возрастает.

6.1 Расчет возможной урожайности культур при естественном увлажнении и дополнительной потребности в воде для получения плановой урожайности

Расчет возможной урожайности культур при естественном увлажнении и дополнительной потребности в воде для получения плановой урожайности рассчитан в таблицах 3 и 4 по формулам приведенным ниже.

Формулы расчета водопотребления и водообеспечения сельскохозяйственных культур:

1. Еплан. = У план.*К, м?/га

2. Морос = Еплан-Еест, м?/га

3. Еест = Wпрод+Wос+Wгр, м?/га

4. Wпрод = 100*Н*А (?нв-?вуз), м?/га

1. Wосад = Р*а*10, м?/га

2. Wгр = Wгр-сут*Двег, м?/га

3. m = 100*Н*А (?нв-?врк), м?/га

4. n = М/m, раз

5. Уест = Еест/К, т/га, где Еплан — плановое суммарное водопотребление, м3/га;

Уплан — плановая урожайность культур, т/га;

Ккоэффициент водопотребления, м3/т;

М — оросительная норма, м3/га;

Еест — возможное суммарное водопотребление за счет естественного увлажнения, м3/га;

Wпрод — запас продуктивной влаги к началу вегетации, м3/га;

WOC — количество воды, поступившее с осадками за вегетационный период, м3/га;

Wгр — количество воды, поступившее из грунтовых вод за вегетационный период, м3/га;

m — поливная норма, м3/га;

n — количество поливов, раз;

Уест — возможная урожайность при естественном увлажнении, т/га;

Н — глубина исследуемого слоя почвы, м;

А — объемная масса исследуемого слоя почвы, г/см3;

?нв — влажность почвы, соответствующая наименьшей влагоемкости, в процентах от массы АСП;

?врк — влажность почвы, соответствующая влажности разрыва капилляров, в процентах от массы АСП, (предполивная влажность) ;

?вуз — влажность почвы, соответствующая влажности устойчивого завядания, в процессах от массы АСП;

а — коэффициент использования осадков, = 0,6−0,8;

Р — сумма осадков за период вегетации культуры, мм;

Wгр-сут. — суточный расход воды из грунтовых вод (м3/га.сут), зависящий от глубины залегания грунтовых вод и механического состава почвы ;

Двег — продолжительность вегетационного периода культур, суток;

10 — коэффициент пересчета осадков из мм Из данных, представленных в таблице 3, видно, что на водоразделе в период вегетации поступление воды из грунтовых вод не происходит, поэтому урожайность многолетних трав на склоне выше, чем на водоразделе. Возможная урожайность сельскохозяйственных культур при естественном увлажнении при использовании влаги из пахотного слоя ниже в 1,5 раза, чем при использовании влаги из метрового слоя.

Анализируя результаты таблицы 4, можно сделать вывод об эффективности орошения в пойме так как, во-первых: поступления воды в период вегетации из грунтовых вод нет, а во-вторых: все культуры нуждаются в поливе. Эффективен полив многолетних трав и кормовых культур, причём самым эффективным считается полив овощных.

Таблица 3

Расчет возможных уровней естественного увлажнения на водоразделе и склоне в слое 0−20 и 0−100 см и урожайности сельскохозяйственных культур при этом

Таблица 4

Расчет возможной урожайности культур при естественном увлажнении и потребности в поливной воде для получения плановой урожайности в пойме

Таблица 5.

Расчёт возможной урожайности культур при естественном плодородии и дополнительной потребности питательных веществ для получения возможной урожайности при естественном увлажнении в пойме.

Таблица 6.

Расчёт возможной урожайности культур при естественном плодородии и дополнительной потребности питательных веществ для получения плановой урожайности при орошении