Проект комплексной мелиорации и использования участка. 4

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

Пермская государственная сельскохозяйственная академия

имени академика Д. Н. Прянишникова

Кафедра геодезии и мелиорации

Курсовой проект

по мелиорации на тему:

Проект комплексной  мелиорации

и использования участка

Выполнил: студент группы Аэ-41

специальности «Агроэкология»

Чалов Роман Павлович

Проверил: доцент кафедры

геодезии и мелиорации

Половников Анатолий Васильевич

Пермь 2012

Содержание]

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОТРЕБНОСТИ

I. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОТРЕБНОСТИ

В МЕЛИОРАЦИЯХ

1. Факторы жизни растений

Для нормальной жизнедеятельности  и получения необходимой продукции  растениям требуется постоянный приток в оптимальных количествах тепла, света, воды, питательных веществ. В земледелии они получили название земных и космических факторов жизни растений. К космическим факторам относятся свет и тепло, к земным – вода, диоксид углерода, кислород, азот, фосфор, калий, кальций и многие другие элементы.

Требования к факторам жизни определяются многими условиями. Космические факторы жизни растений в земледелий, по существу, не регулируются или регулируются незначительно. Земные факторы жизни растений, наоборот, удается регулировать и создавать оптимальные условия для роста и развития культурных растений.

Требования растений к свету. Рост и развитие растений зависят от интенсивности и спектрального состава света. Недостаток света приводит к голоданию и гибели растений, а избыточная освещенность – к угнетению и ожогам. Физиологическое воздействие света на растение происходит через фотосинтез, определяя его скорость. Поток солнечных лучей, богатых ультрафиолетом, оказывает бактерицидное действие на микрофлору.

Среди сельскохозяйственных растений широко распространен фотопериодизм, связанный с условиями освещения. К фотопериодическим реакциям относят наступление фаз роста и развития. По продолжительности освещения выделяют растения длинного дня (не менее 12 ч), короткого (менее 12 ч) и нейтрального дня.

Требования  растений к теплообеспеченности  и температурному режиму. В развитии растений ведущую роль играет температурный фактор. Оценку потребности растений в тепле дают по сумме активных температур (выше 10 °С) за период вегетации. Колебания потребности в тепле одних и тех же культур зависят от сорта. Каждое растение предъявляет определенные требования к теплу, меняющиеся на протяжении вегетации. Знание этих требований позволяет дать агроэкологическую оценку условиям выращивания и размещения культур с учетом агроландшафтов.

Особое значение имеет  теплообеспеченность растений в начальные периоды жизни растений, т. е. при прорастании семян и появлении всходов. Знание требований растений к теплу позволяет правильно установить сроки посева, разработать приемы обработки почвы и меры борьбы с сорными растениями.

Требования  растений к влагообеспеченности. Вода – важнейшее условие жизни растений. Она необходима для прорастания семян, служит составной частью синтезируемого органического вещества, средой для питательных веществ и биохимических процессов. Оптимальная влажность корнеобитаемого слоя почвы, при которой достигается максимальная интенсивность роста растений, изменяется в пределах 65-90 % наименьшей влагоемкости (НВ). Одним из показателей потребности растений в воде служит транспирационный коэффициент, т. е. количество воды, необходимое для создания единицы сухого вещества в растении.

Потребность растений в  воде изменяется по фазам роста и  развития сельскохозяйственных культур. Фазы, в которые растения требуют наибольшего количества воды, называются критическими.

Общий расход воды с 1 га (в м³ или в мм) называется суммарным водопотреблением возделываемой в данном поле сельскохозяйственной культуры, а расход на 1 т урожая – коэффициентом водопотребления. Коэффициент водопотребления имеет важное значение при расчете уровня возможной урожайности.

Требования  растений к элементам питания. В растениях из простых органических соединений и минеральных веществ образуются сложные органические продукты. Они состоят из углерода, кислорода, водорода, азота и многих минеральных элементов. На долю первых трех элементов приходится 94% сухого вещества растений, причем углерод по массе составляет в сухом веществе в среднем 45%, кислород – 42% и водород – 7%. Оставшиеся 6 % сухой массы урожая приходятся на долю азота и зольных элементов. Все наземные растения ежегодно извлекают из атмосферы около 20 млрд т углерода в форме СО₂ (1300 кг/га).

В растениях обнаружены практически все известные химические элементы, доказано участие 27 из них в процессах обмена, 15 признаны необходимыми для нормального роста и развития растений.

Земледелец активно  вмешивается в круговорот веществ  в почве, используя такие факторы и приемы, как удобрения, современные технологии, мелиорацию земель, различные виды и сорта сельскохозяйственных растений, оказывая существенное влияние на почвенные процессы.

По мере интенсификации земледелия возникает необходимость улучшения всего комплекса почвенных свойств, расширенного воспроизводства ее плодородия. Возможность такого преобразования почвы заложена в ее природе как возобновляемого природного ресурса. Однако при неправильном использовании почва может утратить плодородие.

Установлены определённые закономерности во взаимоотношениях растений с окружающей их средой, получившие название законов  земледелия.

Закон равнозначимости  и незаменимости факторов жизни растений гласит, что все факторы жизни растений абсолютно равнозначимы и незаменимы. Согласно этому закону для роста и развития растений должен быть обеспечен приток всех факторов жизни растений – космических и земных. Растение может нуждаться как в больших, так и в ничтожно малых количествах факторов, однако отсутствие любого из них ведет к резкому снижению урожая и даже гибели растений. Ни один фактор нельзя заменить другим. Например, недостаток фосфора нельзя заменить избытком азота, а ограниченное поступление света восполнить лучшим обеспечением растений водой и т.д.

Закон минимума утверждает, что величина урожая определяется фактором, находящимся в минимуме.

Для наглядной демонстрации закона минимума использовали так называемую «бочку Добенека», клепки которой условно обозначают отдельные факторы жизни растений. Они неодинаковы по высоте, каждая соответствует наличию определенного фактора. Фактический урожай определяется высотой самой низкой клепки, т. е. количеством фактора, находящегося в минимуме. Если заменить данную клепку, то уровень воды в бочке (урожай растений) будет определять другая клепка, которая при изменившихся условиях окажется минимальной по высоте.

Закон минимума, оптимума, максимума гласит, что максимальная урожайность может быть достигнута при оптимальном уровне фактора. Повышение или понижение дозы фактора приводит к снижению урожайности.

Закон совокупного  действия факторов жизни растений. Чем больше факторов находится в оптимуме, тем меньше отрицательное влияние фактора, находящегося в минимуме. Совместное применение факторов обеспечивает прибавку урожая, превышающее сумму прибавок от раздельного действия тех же факторов.

Закон возврата. Вещество и энергия, отчужденные из почвы с урожаем, должны быть компенсированы (возвращены в почву) с определенной степенью превышения. Урожай создается из материальных составных частей, определенная часть его – за счет веществ и энергии, получаемых растениями из почвы. Кроме того, почва – посредник растений в обеспечении их факторами жизни, среда их произрастания.

При систематическом отчуждении урожая с полей без компенсации использованных им составных частей почвы и энергии почва разрушается, теряет плодородие.

При компенсации выноса веществ и энергии из почвы  последняя сохраняет свое плодородие; при компенсации веществ и энергии с определенной степенью превышения происходит улучшение почвы, расширенное воспроизводство ее плодородия.

Соблюдение и выполнение законов земледелия позволяет направленно влиять на процессы формирования урожая и плодородие почвы.

Необходимо учитывать, что состояние сельского хозяйства оказывает огромное влияние на все стороны жизни общества и страны в целом. Следует напомнить о продовольственной независимости и о самообеспечении продуктами питания.

Законы земледелия проявляются в условиях производства во всеобщем законе сохранения вещества и энергии, в системе человек – природа. Попытки решить вопросы без научного обоснования, обойти или игнорировать объективные экономические и природные законы всегда заканчивались неудачно.

2. Природная обеспеченность почв  факторами жизни растений

По природным условиям, и в частности по количеству осадков  и теплу, районы нашей страны далеко не одинаковы. В зависимости от баланса влаги и тепла территорию России условно делят на пять зон: тундру, лесную, лесостепь, степь, пустыню.

В тундре и лесной зоне, где осадков выпадает больше, чем испаряется, наблюдается переувлажнение и заболачивание почв. В лесостепной зоне испарение превышает количество осадков, в степной и полупустынной зонах осадков выпадает в 2,5-9 раз меньше, чем испаряется.

Помимо крупных природных  зон, в нашей стране для административных и хозяйственных целей выделены природно-хозяйственные, а для целей районирования сельскохозяйственных культур, внесения удобрений и других нужд – специальные сельскохозяйственные зоны или районы. Природно-хозяйственные районы обычно включают несколько административных областей, более или менее сходных по природным условиям.

При выделении мелиоративных  зон и районов и тем более отдельных объектов орошения и осушения внутри крупных природных зон приходится учитывать не только климат и ландшафт, но и почвенно-гидрологические условия:

рельеф и механический состав почв (пойма, древняя терраса, предгорье, пески, просадочные земли и др.);

типы почв и их сочетание (чернозёмы, дерново-подзолистые, засоленные почвы и др.);

гидрогеологические и  гидромелиоративные свойства почв и  грунтов, которые характеризуются  наличием водоупора, близостью стояния  и минерализацией грунтовых вод, их отточностью, водопроницаемостью и водоподъёмной способностью, общей и свободной ёмкостью насыщения почв и грунтов и др.

А.Н.Костяков при выделении зон  различного увлажнения пользовался  коэффициентом водного балланса К=μ·Р/Е , где μ – коэффициент  использования осадков; Р – осадки за год, мм; Е – испаряемость, мм. Европейская территория России была разделена А.Н.Костяковым на три крупные зоны: избыточного увлажнения - К>1; неустойчивого увлажнения – К=1 и недостаточного увлажнения - К<1.

При выделении климатических зон Н.Н.Иванов пользовался коэффициентом увлажнения К=Р/Е, где Р – сумма осадков за год, мм; Е – годовая испаряемость, равная сумме месячной испаряемости (∑Е_м), мм. В лесной, наиболее увлажнённой зоне коэффициент К будет >1,0.

Г.Т.Селянинов при выделении климатических и сельскохозяйственных зон пользуется гидротермическим коэффициентом К=Р·10/∑t, где Р – сумма осадков за период вегетации, мм; ∑t – сумма среднесуточных температур воздуха за тот же период, °С. Гидротермический коэффициент по Г.Т.Селянинову в зависимости от степени увлажнения имеет следующие значения: при полном бездождье – 0; при сильной засухе – 0,5; при границе засухи – 1; при хорошем увлажнении – 1,5; при избыточном увлажнении – 2.

Наиболее благоприятным гидротермическим коэффициентом обладают районы Нечернозёмной зоны и северной лесостепи. Гидротермические коэффициенты сильно снижаются в летние месяцы.

3. Мелиорация как фактор регулирования  жизни растений

Мелиорация земель – это коренное улучшение земель путем регулирования водного и воздушного режимов почвы в благоприятном для сельскохозяйственных культур направлении.

По воздействию на почву  и растение различают агротехнические, лесотехнические, химические и гидротехнические мелиорации.

При агротехнических мелиорациях повышение плодородия земель достигается правильным выбором, глубины и направления вспашки, почвоуглублением, сочетанием вспашки с поделкой глубоких борозд, гряд и валиков. К агромелиорации относится также залужение крутых склонов, мульчирование почвы, улучшение лугов и пастбищ и снегозадержание. Этот вид мелиорации не требует специальных капиталовложений, так как выполняется обычно при помощи машин и орудий, уже имеющихся в хозяйстве.

Под лесотехническими мелиорациями подразумевается улучшение земель при помощи посадки древесной или травянистой растительности в сочетании с древесной. Сюда относится закрепление движущихся песков, облесение и залужение крутых склонов и оврагов, создание полезащитных лесных полос, водорегулирующих лесных насаждений, облесение водохранилищ и т. д.

При химических мелиорациях для улучшения земель в почву вносят известь, гипс, дефекационную грязь, поваренную соль, серную кислоту с целью рассолонцеваиия содовых солонцов, синтетический каучук. К химическим мелиорациям относится внесение в почву томасшлаков, фосфоритной муки, а также использование различных гербицидов для борьбы с зарастанием мелиоративных каналов и прилегающих полей сорной растительностью, применение полимерных материалов для снижения фильтраций из водоёмов и крупных каналов.

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. В степных районах для задержания весенних талых вод устраивают лиманы. Создавая хороший стеблестой растений, лиманы не только повышают урожаи трав и других культур, но и предохраняют почву от ветровой эрозии. В предгорных районах в целях борьбы с водной эрозией строят террасы для орошения риса и промывки засоленных земель устраивают чеки и дренажную сеть. В засушливых или периодически засушливых (юг и юго-восток России), а также в умеренно увлажненных районах при возделывании культур, потребляющих много воды (многолетние травы, овощные и технические культуры), возникает потребность в орошении.

В избыточно увлажненных  районах, главным образом на Северо-Западе страны и в низинах, избытки воды из почвы отводят проведением осушительных мелиораций.

Проведение гидромелиорации  связано со значительными капиталовложениями, поэтому они требуют технико-экономических обо-снований. Наибольшая эффективность мелиораций достигается при комплексном их применении, а именно: когда орошение сочетается с дренированием земель, а осушение – с периодическим орошением, когда гидромелиорации сочетаются с правильной организацией труда, высоким уровнем агротехники, внесением необходимых доз удобрений и т. д.; закрепление крутых склонов и оврагов – с устройством водоотводных каналов и валов, лотков и перепадов с лесными посадками и залужением; устройство прудов и водохранилищ – с орошением земель и рыборазведением; осушение земель – с известкованием почв и комплексом культуртехнических работ; освоение и промывка засоленных земель – с мелиоративной вспашкой, гипсованием, подбором культур-освоителей. Кроме того, для правильного освоения орошаемых, осушенных и эродированных земель большое значение имеют правильный выбор вида и сорта культур и чередование их в севооборотах обычного и специального назначения, а также экономика и организация сельскохозяйственного производства.

Сельскохозяйственные  мелиорации представляют собой систему организационно-хозяйственных и технических мероприятий, имеющих задачей коренное улучшение неблагоприятных природных (гидрологических, почвенных, агроклиматических) условий с целью наиболее эффективного использования земельных ресурсов в соответствии с потребностями социалистического хозяйства.

Комплекс мероприятий  по борьбе с эрозией почв включает агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические приемы, направленные на сохранение плодородия почвы, предотвращение смыва и размыва ее разрушительной силой сосредоточенных водных потоков.

II. ИСПОЛНЕНИЕ ПРОЕКТА

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

Для более наглядного представления  об участке на миллиметровой бумаге построен продольный профиль поверхности  участка по центру в масштабах: вертикальный 1:100, горизонтальный 1:10000 (см. рис. 2)

По расстояниям между горизонталями  и визуальными изменениями уклона участок разделён на элементы рельефа: водораздел, склон и пойму. Расчитаны  уклоны по формуле:

i = (Н_А – Н_В) / L_АВ,

где i – уклон участка;

Н_А, Н_В – отметки верхней и нижней горизонталей;

L_АВ – расстояние между верхней и нижней отметками, м.

Водораздел: i = (94,5 – 92,5) / 8,4*100 = 0,0024

Склон: i = (92,5 – 90) / 5*100= 0,005

Пойма: i = (90– 88) / 11,5*100 = 0,0017

Условные обозначения к плану  комплексной мелиорации участка

2. Оценка обеспеченности каждого  элемента рельефа

факторами жизни растений, определение видов потребных  мелиораций

и очерёдности их выполнения

Фактические и оптимальные значения агрофизических и агрохимических показателей  почвы занесены в таблицу 1. Определено процентное отношение фактических  значений к оптимальным:

(фактическое значение ´ 100%) / оптимальное значение

По отклонениям от оптимальных  значений установлена общая потребность  в регулировании факторов жизни  растений, а по наибольшим из них  установлена очерёдность их регулирования. В зависимости от избытка или  недостатка фактора подобраны соответствующие  виды мелиораций для их регулирования, а в зависимости от условий их выполнения, чтобы не нарушить технологический процесс сельскохозяйственного производства, установлена очерёдность выполнения мелиораций.

Запасы продуктивной влаги в  слоях 0-20 и 0-100 см определены по формуле: W_прод = 100 × Н × А (β_НВ – β_ВУЗ),

где W_прод – запас продуктивной влаги, м³/га;

Н – глубина определяемого слоя, м;

А – объёмная масса этого слоя, г/см³;

β_НВ и β_ВУЗ – влажность, соответствующая наименьшей влагоёмкости и влажности устойчивого завядания, % АСП.

Водораздел: слой 0-20 см W_прод = 100×0,2×1,23×(25-13) = 295 м³/га : 10 =30 мм

слой 0-100 см W_прод = 100×1×1,52×(18-9) = 1368 м³/га : 10 =137 мм

Склон: слой 0-20 см W_прод = 100×0,2×1,20×(30-16) = 336 м³/га : 10 =34 мм

слой 0-100 см W_прод = 100×1×1,50×(21-11) = 1500 м³/га : 10 =150 мм

Пойма : слой 0-20 см W_прод = 100×0,2×0,3×(83-50) = 198 м³/га : 10 =20 мм

слой 0-20 см W_прод = 100×1×0,5×(66-40) = 1300 м³/га: 10 =130 мм 

Таблица 1

Обеспеченность факторами жизни  растений, потребность в мелиорациях и очередность их выполнения

На водоразделе и склоне осушение не требуется. В первую очередь необходимо провести культуртехнические мероприятия, так как, прежде чем проводить какие-либо работы, участок нужно очистить от пней, кустарников, кочек, камней, ям. Во вторую очередь нужно нейтрализовать кислотность – проводим известкование. Для обеспечения растений элементами питания  необходимо внести удобрения: в третью очередь запланировано внесение органических удобрений, в четвертую – минеральных. После проведения всех мелиоративных мероприятий, вызывающих уплотнение почвы необходимо для обеспечения растений воздухом провести глубокое рыхление.

В пойме в первую очередь требуется провести осушение, так как на переувлажнённом участке нельзя выполнять никакие работы. Во вторую очередь проводим культуртехнические мероприятия для удаления кустарника и кочек и ям. В третью – известкование. В четвертую – внесение органических удобрений. В пятую – внесение минеральных удобрений. В шестую очередь необходимо провести орошение для восполнения недостатка влаги.

3. Проектирование противоэрозионных мероприятий

3.1. Причины эрозии почв, мероприятия  по предотвращению

и устранению эрозии

Под эрозией почв понимают разрушение и смыв почвы водой, стекающей по поверхности земли, или выдувание плодородного слоя ветром.

Эрозия распространена повсеместно, и в настоящее время на земном шаре безвозмездно потеряно более 50 млн. га плодородных земель.

В зависимости от времени проявления эрозионных процессов различают древнюю (геологическую) и ускоренную, или современную, эрозию.

Древняя эрозия возникла до появления человека под воздействием тектонических процессов, движения ледников, их таяния, стекания вод и выветривания горных пород. Природные процессы эрозии протекают очень медленно. При этом потеря почвы от смыва, размыва и выдувания восстанавливается в результате почвообразовательных процессов, постоянно происходящих в верхних слоях земной коры.

Ускоренная эрозия –  результат нерациональной деятельности человека без соблюдения почвозащитных  мероприятий. При нарушении создавшегося в природе равновесия эрозионные процессы активизируются и протекают очень быстро.

В зависимости от причин возникновения различают ветровую и водную эрозию, проявляющиеся, в свою очередь, в различных видах.

Ветровая эрозия почв особенно сильно проявляется в южных районах. Ветровая эрозия делится на повседневную (местная), пыльные бури и выдувание почвы вместе со снегом зимой.

Повседневная эрозия проявляется  в виде пыльных столбов, образующихся на пашне и развитых песках в результате подъема ветром почвенных частиц и поземки, при которой ветер передвигает частицы почвы вдоль поверхности земли. Местная эрозия возникает при скорости ветра менее 12 м/с.

Пыльные бури проявляются  в виде разрушения и выдувания верхних слоев почвы ветром при скорости 12-15 м/с. В местах ослабления его скорости перед препятствиями (строения, зеленые насаждения, балки и овраги) образуются отложения почвенных частиц в виде кос и гряд.

Зимнее выдувание почвы  проявляется в сдувании с полей  сильным ветром вместе со снегом верхних частиц почвы с образованием сугробов из чередующихся слоев почвы и снега.

Водная эрозия распространена в центральных и северных районах.

Водная эрозия подразделяется на склоновую (плоскостная и линейная) и овражную.

Плоскостная водная эрозия проявляется в виде смыва и  размыва почвы. Смыв выражается в постепенном, более или менее равномерном выносе с поверхности склона почвенных частиц текущими водами на склонах крутизной 0,5-1° и более. При значительном стоке плоскостная эрозия приводит к образованию мелкоструйчатого ручейкового размыва.

Линейная эрозия проявляется  в виде размыва почвы концентрированным потоком в пониженных местах склона с образованием промоин и рытвин, которые в дальнейшем разрастаются вглубь и вширь и превращаются в овраги.

К особым видам эрозии относится речная, береговая, горная и техническая.

Мероприятия по борьбе с эрозией  почв должны носить комплексный характер. В комплекс мер по борьбе с эрозией почв входят организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия.

Организационно-хозяйственные мероприятия. В системе противоэрозионных мероприятий ведущая роль принадлежит организации территории, в основе которой лежит правильное размещение на эродированной территории сельскохозяйственных угодий и севооборотных массивов, полей севооборота и производственных (бригадных) участков. Такое размещение ведется с учетом особенностей рельефа, экспозиции склонов, почв и степени их смытости, чтобы при проектировании агротехнических, лесомелиоративных, гидротехнических и других мероприятий создать наилучшие условия для агротехники культур, главным образом противоэрозионной и механизации процессов сельскохозяйственного производства.

В целях предупреждения эрозионных процессов немаловажное значение имеет правильное размещение дорожной сети, пастбищ, прогонов скота, а также больших садовых массивов на склонах и балках.