Проект комплексной мелиорации и использования участка. 5

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Пермская государственная  сельскохозяйственная академия

имени академика  Д.Н.Прянишникова

Кафедра геодезии и мелиорации

Курсовой проект по мелиорации

«Проект комплексной  мелиорации и использования участка»

Выполнила: студентка 5 курса

группы А-51Б, факультета агротехнологий,

лесного хозяйства  и переработки

с/х  продукции

Истомина Н. Н.

Руководитель: доцент кафедры геодезии и мелиорации

Половников А. В. 

Пермь, 2012

Содержание

Введение

Мелиорация (лат. melioratio — улучшение) — комплекс организационно-хозяйственных и технических мероприятий по улучшению гидрологических, почвенных и агроклиматических условий с целью повышения эффективности использования земельных и водных ресурсов для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Цель данного проекта  – выстроить и закрепить полученные знания по мелиорации для практического  применения в производственных условиях в виде сквозной технологической цепи от определения потребности сельхозугодий в мелиорациях до расчета экономической эффективности намечаемых мероприятий и принятия решения о целесообразности их выполнения.

 Задачи проекта:

• Определение видов потребных мелиораций с учетом возможных величин урожаев в естественных условиях;
• Разработка технологии и организации их выполнения;
• Расчет экономической эффективности и определение целесообразности намечаемых мелиоративных мероприятий;
• Анализ полученных результатов.

1.Теоретическое  обоснование потребности в мелиорациях

1.1.Незаменимые факторы  жизни растений

К незаменимым факторам жизни растений относят свет, тепло, воздух, воду, питательные вещества, реакцию среды, пористость почв.

Свет. Интервал лучей с длиной волн 380-710 нм принято считать фотосинтетически активной радиацией (ФАР - такая радиация, квант которой, поглощаясь молекулой хлорофилла, приводит ее в возбужденное состояние, за счет которого происходит фотосинтез). Недостаточность освещения может вызвать явление этиоляции – морфологические изменения у растений, при которых происходит недоразвитие механических тканей и устьиц.

Тепло. Физиологические процессы в растении протекают только при определенном количестве тепла. При низкой температуре растения останавливаются в росте и прекращаются микробиологические процессы в почве. Различают минимальные температуры, ниже которых физиологические процессы не идут, оптимальные температуры, при которых рост и развитие растений протекают хорошо, и максимальные, выше которых растения резко снижают продуктивность и даже погибают.

Воздушный режим. Для нормального роста и развития растений необходимо наличие кислорода как в атмосферном воздухе, так и в почвенном. Растения развиваются нормально, когда воздух содержится в крупных порах почвы, а вода — в мелких и средних. Оптимальное содержание воздуха в пахотном слое  почвы составляет 20-40% ПВ. Благоприятное для растений содержание кислорода в почвенном воздухе 7—12 %, а диоксида углерода около 1 %.

Водный режим. 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; сахарная свекла, клевер — 120—150. Растения в процессе роста и развития могут использовать раствор минеральных веществ почвы в очень небольшой концентрации. Для образования таких растворов требуется много воды. Поступающая вместе с питательными веществами влага в растениях используется не полностью. Установлено, что из 1000 частей воды, прошедшей через растение, только 1,5—2 части расходуются на питание, а остальная влага испаряется через листья (транспирация, зависит от освещенности, температуры и влажности воздуха). 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. Оптимальная влажность почвы для растений и бактерий одинакова и составляет 60-80 % полной влагоемкости почвы. Вода в пахотном слое – гигроскопическая (поглощенная поверхностью частиц почвы, определяет влажность завядания растений), пленочная (удерживается около почвенной частицы молекулярными силами), вода в твердом состоянии (при отрицательных температурах), парообразная (не более 0, 001%), капиллярная (насыщает почвенные капилляры при соприкосновении со свободной поверхностью воды).

Питательные вещества. В состав растительного организма входит свыше 74 химических элементов, 16 из которых абсолютно необходимы для жизни растений. Углерод, кислород, водород и азот называют органогенными элементами; фосфор, калий, кальций, магний, железо и серу — зольными макроэлементами; бор, марганец, медь, цинк, молибден и кобальт — микроэлементами. Питательные элементы входят в различные соединения преимущественно органического характера и до их разложения в почве недоступны или малодоступны растениям. Некоторая часть элементов находится в поглощенном почвой состоянии, а часть — в виде растворов солей, образуя почвенный раствор. Растворенные соли наиболее подвижны и используются в первую очередь. Однако они могут быть легко вымыты из почвы и потеряны для растений.

Реакция среды. Большинство растений хорошо растут и развиваются при реакции почвенного раствора 5,5-6,8 единиц рН. Оптимальное значение гидролитической кислотности почвы составляет 1-2 мг*экв/100 г почвы.

Пористость почвы может  быть общей – 50-65% от объема почвы, капиллярная - 35-40% и некапиллярная – 15-25%.

1.2.Краткая  характеристика основных законов земледелия

Закон минимума: повышение  урожайности всегда ограничивается фактором, оказавшимся в минимуме.

Закон оптимума: все факторы должны находиться в оптимальных значениях; при постоянно повышающихся значениях факторов урожайность повышается до тех пор, пока не пройдено состояние оптимума.

Закон незаменимости факторов: для нормального роста и развития растений необходимы в равной степени все факторы жизни, ни один из факторов не может быть полностью заменен другим.

Закон взаимодействия факторов: чем больше факторов находится в оптимуме, тем меньше отрицательное влияние фактора, находящегося в минимуме. Совместное применение факторов обеспечивает прибавку урожая, превышающую сумму прибавок от их раздельного действия.

Закон возврата: чтобы плодородие почв не снижалось факторы, выносимые с урожаем, в процессе эрозии, вымывания и по другим причинам, должны постоянно восполняться.

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.

Мелиорация призвана выполнять практическое регулирование  факторов жизни растений в соответствии с законами земледелия.

1.3.Виды мелиораций

Мелиорация земель –  коренное улучшение земель путем проведения гидротехнических, культуртехнических, химических, противоэрозионных, агролесомелиоративных, агротехнических и других мелиоративных мероприятий. Существует шесть основных видов мелиорации почв,  применяемых при сельскохозяйственном, лесохозяйственном и ином  использовании территории: агрономические, биологические,  химические, гидротехнические, культуртехнические и тепловые.

Под агрономическими мелиорациями (агромелиорациями) следует понимать комплекс мероприятий, направленных на изменение (улучшение) рельефа и физических свойств почв. Это может быть решено путем планировки поверхности, профилирования, грядования, гребневания и др. Агромелиоративные мероприятия обеспечивают opганизацию и ускорение поверхностного стока, улучшают  распределение влаги на поверхности орошаемого поля.

При фитомелиорациях используют возможность улучшения свойств почв и их режимов путем применения адаптированной к конкретным условиям травянистой и древесной  растительности. К ним относят залесение песков, создание лесных полос, использование транспирирующей способности деревьев для понижения уровня грунтовых вод, закрепление склонов, откосов, тальвегов посевами многолетних трав. Биологические особенности ряда растений могут быть использованы для рассоления поверхностных слоев профиля. Растения-сидераты улучшают структуру почвы, способствуют борьбе с их солонцеватостью.

Химические мелиорации направлены на изменение неблагоприятных химических и физических свойств почв и оросительных вод. Химические мелиорации включают внесение крупных доз извести при глубоком мелиоративном рыхлении на всю глубину обработки, а также гипса при борьбе с солонцеватостью или при профилактике этого явления в процессе промывок засоленных почв от избытка водорастворимых солей.

Культуртехнические мелиорации — комплекс технических мероприятий, обеспечивающих приведение в благоприятное для возделывания культурных растений состояние поверхности и корнеобитаемых горизонтов. Это делается путем уборки поверхностных и внутрипочвенных камней, удаления кустарника, пней, кочек, мелколесья, засыпки ям, разборки валов, выкорчеванной древесины, извлечения погребенной древесины и др.

Гидротехнические мелиорации обеспечивают подведение к мелиорированной территории поливных вод, необходимых для регулирования водного режима почв, аккумуляцию влаги в необходимом количестве и в нужное время, сброс избыточной  гравитационной влаги за пределы рассматриваемой территории. Гидротехнические мелиорации имеют своей основной задачей регулирование водного режима почв.

Тепловые мелиорации направлены на изменение  теплового режима почв с помощью мероприятий по трансформации гранулометрического состава поверхностных горизонтов (например, внесение мелких камней в пахотные слои северных почв, с целью уменьшения их теплоемкости и повышения температуры, систематического снегозадержания, мульчирования  поверхности и др.).

2.Разработка  проекта на конкретном участке

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

Уклоны каждого элемента рельефа участка (водораздел, склон  и пойма) вычисляются по формуле:

i = (H_a-H_b)/L_ab,

где i - уклон участка;

Н_А,Н_в - отметки верхней и нижней горизонталей соответственно, м;

L_ab- расстояние между верхней и нижней отметками, м.

Уклон на водоразделе: i = (98,5-97,5)/(9,0*100)=0,0011

Уклон на склоне: i = (97,5-95,0)/(4,7*100)=0,0053

Уклон поймы: i = (95,0-92,7)/(11,2*100)=0,002

Расчет расстояния между  валами лиманов: в=(Н₂-Н₁)/i, n=L/в, где Н₁ и Н₂ – наименьший и наибольший  слой воды в лимане (0,2 и 0,8 м соответственно), i- уклон участка, в – расстояние между валами м, L- длина лимана.

1. На водоразделе: в_расч=(0,8-0,2)/0,0011=545,45, n=900/545,45=1,65=2, в_факт=L/n=900/2=450м.
2. На склоне: в_расч=(0,8-0,2)/0,0053=113,2, n=430/113,2=3,79=4, в_факт=L/n=430/4=107,5м.

Расчет количества подпорных  щитков для машина ДДА-100МА:

I=(H-h)/i, м, где I-расстояние м, Н- наибольший слой воды в канале (1,0м), h-наименьший слой воды в канале (0,5м), i-уклон канала.

1. i=(94,45-94,2)/740=0,0003; I=(1,0-0,5)/0,0003=1666,7м; n=740/1666,7 =0,4=1
2. i=(93,9-93,7)/740=0,0003; I=(1,0-0,5)/0,0003=1666,7м; n=740/1666,7 =0,4=1

Условные обозначения  к плану комплексной мелиорации участка:

1. Лиманы
2. Водовыпуски
3. Магистральный канал
4. Кротовый дренаж
5. Схема полива ДДН-100
6. Подпорные щитки
7. Схема пользования многолетних трав на выпас
8. Гидранты-водовыпуски
9. Напорный трубопровод
10. Схема полива ДДА-100MA
11. Насосная станция
12. Осушители-оросители
13. Водозадерживающие валы
14. Номера, площади и границы полей.

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

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

Очередность выполнения мелиорации, независимо от их важности, будет следующей: 1)осушение; 2)культуртехнические мелиорации (КТМ); 3)известкование; 4)внесение органических и минеральных удобрений; 5)глубокое рыхление почвы; 6)орошение.

Обеспеченность факторами жизни растений рассчитывается по формуле: Об=(факт. знач. • 100%) / оптим. знач.

Продуктивная влага  определяется  по формуле: W_прод=100* H* А*(В_нв-В_вуз), где W_прод.- запас продуктивной влаги, м³/га; Н - глубина определяемого слоя, м; А - объемная масса этого слоя, г/см³; В_нв и В_вуз - влажность, соответствующая наименьшей влагоемкости и влажности устойчивого завядания, % от абсолютно сухой почвы.

1. 0-20см  - водораздел (т.сугл.) W_прод=100* 0,2* 1,25*(19-9)=250 м³/га=25

            -склон(глина)W_прод=100* 0,2* 1,23*(25-13)= 295м³/га=29,5мм

           -пойма (торф.)W_прод=100* 0,2* 1,28*(14-5)= 230м³/га=23мм

2. 0-100см.-водораздел(т.сугл.)W_прод=100*1,0*1,55*(13-5)=1240 м³/га=124мм

            -склон(глина.)W_прод=100*1,0*1,52*(18-9)=1368 м³/га=136,8 мм

           -пойма (торф.)W_прод=100*1,0*1,58*(9-3)=948 м³/га=94,8 мм.

Отклонения от оптимальных  значений показателей на данном участке  отражены в таблице 1.

Таблица 1

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

Вывод: высокая обеспеченность всеми  факторами жизни растений наблюдается  на водоразделе, низкая – на склоне (за счет небольшой пористости почвы на данном участке). На склоне отмечается высокое количество К2О, в целом все участки обеспечены главными питательными веществами (N, Р₂О₅, К₂О, до 30-41% обеспеченности). На участке водораздела запланированы мелиоративные мероприятия (культуртехнические, известкование, внесение минеральных и органических удобрений), по сравнению с поймой (осушение, культуртехнические, известкование, внесение минеральных и органических удобрений, орошение)  и склоном (культуртехнические, известкование, внесение минеральных и органических удобрений, глубокое рыхление). Таким образом, основные мероприятия, применяемые на всех участках – культуртехнические, известкование, внесение минеральных и органических удобрений, кроме этого, на склоне дополнительно проводят глубокое рыхление, а в пойме – осушение и орошение.

2.3.Проектирование  противоэрозионных мероприятий

Эрозия почв – разрушение и смыв почвы водой, стекающей по поверхности  земли (поверхностная, линейная, овражная водная эрозия), или выдувание плодородного слоя ветром. Эрозия распространена повсеместно. Главные причины эрозии – неправильное использование территории склонов (вырубка лесов, введение пропашных севооборотов, перевыпас скота), климатические (количество осадков, скорость ветра, совокупность элементов климата) и почвенные условия (гранулометрический состав почвы, водопроницаемость, структурность и др.).

Таблица 2

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

Вывод: возможный поверхностный сток на водоразделе и склоне отсутствуют. Воздух в пределах оптимального значения. Глубокое рыхление проводить не требуется.

Для защиты почвы от эрозии на склонах в литературных источниках рекомендуется полосное размещение культур и защитных полос. Так на склоне 10-12° ширину защитных полос, состоящих из многолетних трав, рекомендуют 8-10м и межполосное пространство 20-30см. Разная ширина защитных полос и межполосного пространства не позволяет сделать равновеликие поля и затрудняет чередование культур в полях. Поэтому целесообразнее нарезать поля одинаковой ширины, а более широкие полосы полей с многолетними травами только повысят противоэрозионную надежность почв на склоне.

Севооборот для водораздела:

1.овес с подсевом  клевера

2.клевер 1г.п. (сенаж)

3.клевер 2г.п. (семена)

5. картофель

Севооборот для склона:

1.пшеница + люцерна

2. люцерна 1 г.п. (сенаж)

3. люцерна 2 г.п. (сено)

4. люцерна 3 г.п. (семена)

5. люцерна 4 г.п. (трав.мука)

6. люцерна 5 г.п. (зеленый  корм)

7. люцерна 5 г.п. (зеленый  корм)

8. озимая рожь

Для повышения водопроницаемости  почвы через четыре года после  глубокого рыхления рекомендуется щелевание многолетних трав.

Кроме того, по границам полей поперек склона можно предусмотреть  устройство водозадерживающих валов. Таким образом, должна быть обеспечена полная защита почв от эрозии, как на водоразделе, так и на склоне.

2.4.Проектирование  на плане осушительно-оросительной  системы

Создание только одной  осушительной системы вследствие кратковременности  ее действия в течение вегетационного периода будет иметь низкую эффективность. Исходя из этого, целесообразно проектирование осушительно-оросительной системы двойного регулирования водного режима, чтобы система использовалась в течение всего вегетационного периода: весной - как осушительная, а летом - как оросительная.

Более 75% территории России и около 51% территории стран СНГ находятся в зоне избыточного увлажнения, где осушительные мелиорации играют исключительно важное, нередко определяющее значение для рационального ведения сельскохозяйственного и лесохозяйственного производства, улучшения условий  существования человека, мест обитания биоты, рекреационной  обстановки, дизайна ландшафтов. Осушение (дренаж) играет важную роль в создании транспортных коммуникаций, зданий промышленного и гражданского назначения, спортивных сооружений (стадионов, спортплощадок, футбольных полей), аэродромов и др.

Причины избыточного  увлажнения земель: климатические - преобладание осадков над испарением; рельеф местности - вода может скапливаться в пониженных элементах рельефа; слабая водопроницаемость почвы; растительность - лес, травы, мох способствуют задержанию влаги на 
участке; комплексные, например, сочетание избыточных осадков со слабой водопроницаемостью.

Типы водного питания:

• Атмосферный (характерен для всех элементов рельефа),
• Грунтовый безнапорный,
• Грунтово-напорный,
• Склонный (деэлювиальный),
• Намывной (аллювиальный).

В мелиоративной практике применяют следующие методы осушения: ускорение стока воды с поверхности  почвы путем устройства открытых каналов и борозд; понижение уровня грунтовых вод при помощи открытых каналов или дрен; ограждение осушаемого массива от подтопления или затопления паводковыми водами реки или потоками воды с прилегающих склонов местности.

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;
• открытые каналы;
• обвалование земель в целях защиты их от затопления водами рек в период разлива.

Норма осушения – оптимальная  глубина залегания грунтовых  вод, при котором обеспечивается высокий урожай сельскохозяйственных культур и несущая способность почвы при работе сельскохозяйственной техники.

Осушительная система  – комплекс инженерных систем, создающих  необходимые условия для улучшения  водно-воздушного режима переувлажненных почв. В состав осушительной системы входят: осушаемое болото или избыточно увлажненные земли; водоприемник; проводящая сеть каналов или дрен, предназначенная для своевременного сбора воды и отвода ее в водоприемник; собиратели, коллекторы; ограждающая сеть – нагорные каналы, дамбы; регулирующая (осушительная) сеть каналов или дрен, отводящих поверхностные и почвенно-грунтовые воды и обеспечивающих в корнеобитаемом слое оптимальные водный и воздушный режимы.