Проект комплексной мелиорации и использования участка. 3

Министерство сельского хозяйства  РФ

Федеральное государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия

имени академика Д.Н. Прянишникова»

Землеустроительный факультет

Кафедра геодезии и мелиорации

Курсовой проект по мелиорации

на тему

«Проект комплексной мелиорации и использования участка»

Выполнила:

студентка группы Аб-32

специальности «Агрономия»

Казанцева А.В

Проверил: доцент кафедры

геодезии и мелиорации

Половников А. В.

Пермь 2013

Содержание:

I. Теоретическое обоснование потребности в мелиорациях

1. Факторы жизни растений………………………………………………………………………...3

2. Природная обеспеченность  почв факторами жизни растений……………………………..….5 

3. Мелиорация как фактор регулирования факторов жизни растений………………………..…7 

II. Разработка проекта на конкретном участке

1. Изучение участка по плану,  построение его продольного профиля  по центру, разделение на элементы  рельефа, вычисление уклонов…………………………………………………….…....8 

2. Оценка обеспеченности  каждого элемента рельефа факторами  жизни растений, определение видов  потребных мелиораций и очерёдности  их выполнения.……………….….10

3. Проектирование противоэрозионных мероприятий

3.1. Причины эрозии почв, мероприятия по предотвращению и устранению эрозии……..11

3.2. Расчет влаго - и воздухоемкости  почв, возможности предотвращения         поверхностного стока и эффективности  использования осенне-зимних осадков  при естественном сложении почвы  и после глубокого рыхления…………………………….....15

3.3. Проектирование лиманов и  водозадерживающих валов……………………………..…17

3.4. Вычисление площадей полей,  подбор культур, разработка севооборотов  для водораздела и склона………………………………………………………………………..….18

4. Проектирование осушительно-оросительной  системы в пойме

4.1. Выяснение причин избыточного  увлажнения, выбор методов и способов  осушения...19

4.2. Подбор расстояний между осушителями-оросителями  с учетом двойного регулирования водного режима…………………………………………………………….….21

4.3. Проектирование на плане оросительной системы. Расчёт расстояний между подпорными щитками……………………………………………………………………….….22

5. Проектирование культуртехнических  мероприятий……………………………………….….22

6. Программирование урожаев  по водному и питательному  режимам

6.1 Расчет возможной урожайности  культур при естественном увлажнении и дополнительной потребности в воде для получений плановой урожайности……………..25

6.2 Расчет дополнительной потребности питательных веществ для получения возможной урожайности при естественном увлажнении и при орошении……………………………...29

7. Расчёт экономической эффективности мелиораций………………………………………… .32

Выводы………………………………………………………………………………………………..45

Список используемой литературы…………………………………………………………………..46

I. Теоретическое обоснование потребности в мелиорациях.

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

Незаменимыми факторами  жизни растений являются свет, тепло, воздух, вода, питательные вещества, реакция среды. Все эти факторы  – взаимонезаменяемы. Все они должны поступать к растениям одновременно и, что очень важно, в определенных, оптимальных соотношениях.

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.

1. Закон минимума: повышение урожайности всегда ограничивается фактором, оказавшимся в минимуме.
2. Закон оптимума: при постоянно повышающихся дозах факторов урожайность повышается до тех пор, пока не пройдено состояние оптимума.
3. Закон незаменимости и равнозначности факторов: все факторы равнозначны, и  ни один из них не может быть полностью заменен другим.
4. Закон взаимодействия факторов: чем больше факторов находится в оптимуме, тем меньше отрицательное влияние фактора, находящегося в минимуме. Совместное применение факторов (вода и питательные вещества, орошение и удобрение) обеспечивает прибавку урожая, превышающую сумму прибавок от их раздельного действия.
5. Закон возврата: чтобы плодородие почв не снижалось факторы, выносимые с урожаем (вода и питательные вещества), должны постоянно восполняться.

2. Природная  обеспеченность почв факторами  жизни растений и потребность  их регулирования.

 Cреди этих всех факторов жизни растений вода занимает особое место, так как и воздушный, и тепловой, и пищевой режимы почвы находятся в большой зависимости от водного режима. Так, в избыточно увлажненных почвах недостаточно воздуха, и, следовательно, кислорода, необходимого для дыхания

корней растений и нормальной жизнедеятельности определенных групп микроорганизмов. Избыточно увлажненные почвы – это “холодные” почвы, и требуется много тепла, чтобы их прогреть. При недостатке тепла и воздуха в таких почвах преобладают анаэробные процессы, в результате которых органические вещества не разлагаются, не минерализуются, и потому в таких почвах нет или недостаточно питательных веществ в усвояемой для растений форме.

После удаления избытка  воды из почвы место воды занимает воздух, то есть увеличивается аэрация. Осушенная почва лучше прогревается, следовательно, улучшается тепловой режим почвы. С увеличением аэрации и повышением температуры осушаемой почвы анаэробные процессы в ней сменяются аэробными. В результате аэробных процессов органические вещества в почве минерализуются, образуя, в конечном счете, окисленные соединения – нитраты, фосфаты, сульфаты, угольную кислоту и другие. Таким образом, при аэробном разложении происходит обогащение почвы питательными веществами в легкодоступной, усвояемой для растений форме.

В условиях недостаточного увлажнения дефицитным является содержание влаги в почве. При недостатке воды в почве растения нормально  развиваться не могут, так как  питательные вещества они усваивают  только в очень слабой концентрации. Повышение концентрации почвенных растворов и температуры почвы требуют восполнения недостатков воды в почве путем дополнительного увлажнения почвы – орошения.

Из изложенного выше следует, что, воздействуя только на водный режим почвы – удаляя избыток  или восполняя недостаток, - мы оказываем прямое воздействие на воздушный, тепловой и пищевой режимы и, в конечном итоге, на плодородие почвы. 

Наиболее благоприятный  водно-воздушный режим почвы создается  тогда, когда она насыщена влагой примерно до 70-80% полной влагоемкости. Водно-воздушный режим почвы зависит от пористости почвы. Пористость в % от объема почвы должна быть:

Общая - 50-65%

Капиллярная - 35-40%

Некапиллярная- 15-25%

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 средство регулирования факторов жизни растений. Определение, типы и виды мелиораций.

Мелиорация земель —  это коренное улучшение земель путем  проведения гидротехнических, культуртехнических, химических, противоэрозионных, агролесомелиоративных, агротехнических и других мелиоративных мероприятий. Она повышает плодородие почвы, улучшает ее водный и тепловой режим, регулирует микроклимат в приземном слое воздуха, создает благоприятные условия для роста, развития растений и получения устойчивых и высоких урожаев, а также для производительного использования машин.

В отличие от обычных  агротехнических приемов (вспашка, боронование и т. п.), которые проводятся ежегодно, мелиорация имеет длительное, коренное воздействие на землю и представляет собой целую систему организационно-хозяйственных, технических и других мероприятий.

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. К агромелиорации относится также залужение крутых склонов, мульчирование почвы, улучшение лугов и пастбищ и снегозадержание.

Под лесотехническими мелиорациями подразумевается улучшение земель при помощи посадки древесной или травянистой растительности в сочетании с  древесной.

При химических мелиорациях  для улучшения земель в почву  вносят известь, гипс, дефекационную  грязь, поваренную соль, синтетический  каучук, фосфоритную муку.

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.

Гидромелиорация земель – это проведение комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих коренное улучшение заболоченных, излишне увлажненных, засушливых, эродированных, смытых и других земель, состояние которых зависит от воздействия воды. Гидромелиорация земель направлена на регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов почв на мелиорированных землях. Гидромелиорация земель включает в себя  следующие виды: оросительные, осушительные, противоэрозионные, противонаводковые, противооползневые, противоселевые.

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.

Экономические требования:

1. Осуществление мелиоративных  мероприятий не должно приводить  к ухудшению состояния окружающей  среды.

2. Мелиорация должна быть: всесторонней (комплексной), социально необходимой, экологически чистой и экономически оправданной.

II. Разработка проекта на конкретном участке.

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

i = (H_a-H_b)/L_ab,

где i - уклон участка;

Н_А, Н_В - отметки верхней и нижней горизонталей;

L_ab- расстояние между верхней и нижней отметками, м.

Условные обозначения  к плану комплексной мелиорации участка:

1. Лиманы с водовыпусками
2. Водозадерживающие валы
3. Магистральный канал
4. Осушители-оросители
5. Схема кротового дренажа
6. Насосная станция
7. Напорный трубопровод
8. Гидранты-водовыпуски

9.Схема полива ДДН-100

10.Схема полива ДДА-100MA

11 .Подпорные щитки

12.Схема использования  многолетних трав на выпас.

2. Оценка обеспеченности каждого элемента рельефа факторами жизни растений, определение видов потребных мелиораций и очередности их выполнения.

  Оценка обеспеченности  каждого элемента рельефа факторами  жизни растений и определение  видов потребных мелиораций и  очередности их выполнения показаны  в таблице 1. Исходя из фактических  значений этих показателей, необходимо  определить их процентное отношение к оптимальным значениям:

(фактическое значение ´ 100%) / оптимальное значение

По отклонениям от оптимальных значений установлена общая потребность в регулировании факторов жизни растений, а по наибольшим из них (отклонений) установлена очередность их регулирования.

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.

По проценту обеспеченности участка факторами жизни растений устанавливается важность каждого фактора и потребная очередность их регулирования, а по технологическому процессу – реальная возможность их регулирования.

Очередность выполнения мелиорации, независимо от их важности, будет следующей:

1)осушение – при  избыточном увлажнении;

2)культуртехнические  мелиорации (КТМ) – при наличии  на участке камней, пней, кустарников,  кочек, ям;

3)известкование –  при избытке кислотности;

4) внесение органических  удобрений – при недостатке  гумуса и пахотного слоя;

5) внесение минеральных  удобрений – при недостатке элементов питания;

6)глубокое рыхление  почвы – при недостатке воздуха;

7) орошение – при  недостатке продуктивной влаги  в метровом слое.

Продуктивную влагу  определяют расчетным путем  по формуле:

Wпрод=100* H* А (Внв-Ввуз),

где Wпрод.- 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 АСП

-большие значения  из интервала - для пахотного слоя;

-меньшие - для метрового  слоя

Для помещения в таблицу 1 расчетные значения продуктивной влаги приведены в соответствие с единицами измерения, т.е. переведены из м /га в мм.

1 мм/га = 10000м² * 0,001м - 10м³/га

Расчет запасов продуктивной влаги:

а) в пахотном слое (0,2м)

Тяжелый суглинок:

Wпрод = 100*0,2*1,20*(30-16)= 336м³/га : 10м³/га*мм= 34мм

Глина:

Wпрод = 100* 0,2* 1,18*(35-20)= 354 м³/га: 10м³/га*мм= 35мм

Торф:

Wпрод=100*0,2*0,3*(83-50) = 198м³/га : 10м³/га*мм=20мм

б) в метровом слое (1,0м)

Тяжелый суглинок:

Wпрод = 100*1,0*1,50*(21-11)= 1500м³/га: 10м³/га*мм=150мм

Глина:

Wпрод = 100* 1,0* 1,48* (25-14)= 1628 м³/га: 10м³/га*мм= 163мм

Торф:

Wпрод = 100*1,0*0,5*(66-40)= 1300м³/га : 10м³/га*мм=130мм

Вывод. На водоразделе должны быть проведены: КТМ, внесение органических и минеральных удобрений. На склоне те же самые, включая глубокое рыхление. На пойме запланировано больше мелиоративных мероприятий (осушение, КТМ, внесение органических и минеральных удобрений, орошение).

3. Проектирование противоэрозионных мероприятий.

Проектирование противоэрозионных  мероприятий должно включать регулирование водно-воздушного режима почвы,  предотвращение поверхностного стока и максимальное использование осенне-зимних осадков для формирования урожая сельскохозяйственных культур при минимальных затратах.

В начале следует выполнить  расчеты фактического состояния  этих показателей при естественном сложении почвы (таблица 2).

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.