Диссертация (Обоснование необходимости развития водных мелиораций в Московской области по агроклиматическим показателям)

1Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшегообразования «Российский университет дружбы народов»На правах рукописиПОДДУБСКИЙ АНТОН АЛЕКСАНДРОВИЧОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗВИТИЯ ВОДНЫХМЕЛИОРАЦИЙ В МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ ПОАГРОКЛИМАТИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМСпециальность 06.01.02 – Мелиорация, рекультивация и охрана земельДиссертацияна соискание учёной степени кандидата технических наукНаучный руководитель:д.с-х.н. профессор А.В. ШуравилинМосква – 20162СодержаниеВведение ...........................................................................................................................

4Глава 1. Обзор литературы: оценка природной влагообеспеченности, ее учет примоделировании продукционных процессов в агроландшафтах и управлениемелиоративными режимами ......................................................................................... 101.1. Оценка естественной влагообеспеченности земель ...........................................

101.2. Модели агроклиматических ресурсов и продуктивности агроландшафтов .... 161.3. Управление мелиоративными режимами на орошаемых и осушаемых землях281.4. Обоснование необходимости водной мелиорации в Московской области ..... 32Выводы по главе 1 ......................................................................................................... 35Глава 2. Количественный анализ природной среды Московской области .............

362.1. Природно – географические условия Московской области .............................. 362.2. Оценка достаточности длины ряда методом скользящей средней ................... 402.3 Статистический анализ метеорологических показателей ................................... 442.3.1.Температура воздуха ............................................................................................ 442.3.2.Атмосферные осадки ........................................................................................... 532.3.3.Радиационный баланс .......................................................................................... 592.3.4.

Дефицит влажности воздуха .............................................................................. 632.3.5.Испарение.............................................................................................................. 682.4 Обработка метеорологических параметров методом матрицы переходныхвероятностей .................................................................................................................. 732.4.1. Матрица переходных вероятностей температуры воздуха.............................

732.4.2. Матрица переходных вероятностей атмосферных осадков............................ 752.4.3. Матрица переходных вероятностей радиационного баланса ......................... 762.4.4. Матрица переходных вероятностей дефицита влажности воздуха ............... 78Выводы по главе 2 ......................................................................................................... 79Глава3.Оценкаприроднойтепло-влагообеспеченности,дефицитаводопотребления и их связь с урожайностью сельскохозяйственных культур .....

803.1. Оценка естественной влагообеспеченности Московской области ................... 8033.2. Дефицит влаги в почве и расчеты оросительной нормы при оптимальномувлажнении .................................................................................................................... 893.3.Связьурожайностиосновныхсельскохозяйственныхкультурскоэффициентом увлажнения ........................................................................................ 95Выводы по главе 3 .......................................................................................................

113Глава 4. Биоклиматическое обоснование водных мелиораций в условияхМосковской области ................................................................................................... 1154.1 Требования сельскохозяйственных культур к водно-термическим условиямвнешней среды ............................................................................................................. 1154.2Прогноз продуктивных запасов влаги под картофелем и необходимость ихрегулирования с применением водных мелиораций .............................................

1204.3Продуктивность зерновых культур (яровая пшеница)и овощей (столоваясвекла) в зависимости от водного и теплового режимов ........................................ 143Выводы по главе 4 ....................................................................................................... 152Глава 5. Обоснование мелиоративных режимов при орошении и осушениидерново-подзолистых почв Московской области .................................................... 1555.1Мелиоративныйрежимдерново-подзолистыхпочвприорошениисельскохозяйственных культур.................................................................................. 1555.2Обоснованиемелиоративного режима осушаемых дерново-подзолистыхпочвах Московской области.......................................................................................

178Выводы по главе 5 ....................................................................................................... 179Литература ................................................................................................................... 186Приложения ................................................................................................................. 1974ВведениеАктуальность темы. Московская область по природным условиямувлажнения относится к зоне неустойчивого увлажнения: в весенний и осеннийпериоды, как правило, отмечается переувлажнение почвы, что требуетпроведения в ряде случаев осушительных мелиораций, а в летний периоднаблюдаетсядефицитсельскохозяйственныхвлагиикультур.возникаетВнеобходимостьусловияхглобальноговорошенииизмененияклиматических факторов возрастает необходимость обоснования развитияосушения или орошения путем сравнения требований растения к водномуфактору.

При обосновании потребности в водных мелиорациях, наряду склиматическими показателями, необходимо учитывать и биоклиматическуюпродуктивность агроэкосистем. Применительно к природно-климатическимусловиям Московской области наиболее рациональной моделью для обоснованиянеобходимости проведения водных мелиораций является методика, в которойучитывается продуктивность растений в зависимости от влагообеспеченноститерритории. Комплексное использование ретроспективного анализа многолетнихметеонаблюдений, выполненного по обоснованным методикам, и моделибиоклиматической продуктивности, разработанной В.В. Шабановым, позволитподойтикнаучномуобоснованиюнеобходимостипроведенияводныхмелиораций, используя вероятностные оценки агроклиматических показателей.Такой подход дает возможность обосновать необходимость развития орошенияи/или осушения земель при возделывании картофеля, овощей и зерновых культурв условиях Московской области для реализации продукционного потенциалаагроэкосистем.Степень разработанности темы.

Проблеме обоснования необходимостипроведения водных мелиораций с учетом агроклиматических показателейпосвящены многочисленные работы: Айдарова И.П., Алпатьева А.М., БудыкоМ.И., Галямина Е.П., Голованова А.И., Данильченко Н.В., Добрачева Ю.П.,Жуковского Е.Е., Иванова Н.Н., Кирейчевой Л.В., Климова А.А., Мезенцева В.С.,Мушкина И.Г., Нерпина С.В., Пеннинга Ф., Полуэктова Р.А., Понько В.А.,5Пчелкина В.В., Селянинова Г.Т., Сухарева Ю.И.,Терлеева В.В., Топажа А.Г.,Хворовой Л.А., Шабанова В.В., Шашко Д.И., Эйкхофа П., Эмбергера Л., ЯкушеваВ.П., Hesketh J.D., Jones J.W., Hubbard K.G., Hanks R.J.

и других. Для условийМосковской области со значительной неравномерностью распределения осадков,как по годам, так и в пределах вегетационного периода в литературе отмечаетсясущественноеварьированиеурожайностисельскохозяйственныхкультур,поэтому для регулирования водного режима почв необходимо проведение водныхмелиораций.

Прогноз продуктивных запасов влаги в почве и относительнойурожайности сельскохозяйственных культур возможно выполнить с помощьюопытных статистических рядов агроклиматических показателей. Сведения о такихисследованиях в Московской области практически отсутствуют. В тоже время наоснове моделирования агроклиматических показателей можно воспроизводитьмноголетние процессы для прогнозированияосушительных и оросительныхмелиорациях.Цель исследований – обоснование потребности в водных мелиорациях вусловиях Московской области с учетом региональных закономерностей климата ис использованием многолетних рядов метеонаблюдений.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1.Выполнить количественный анализ метеорологических показателей(осадки, температура воздуха, дефицит влажности воздуха, радиационный баланс)и испаряемости за многолетний период по трем метеостанциям Московскойобласти.2.Провести анализ температурного и водного режимов почв трехрегионов Московской области в зависимости от климатических показателей длялет различной обеспеченности осадков и температуры с использованием методикН.Н.Иванова, Г.Т.Селянинова, М.И.Будыко, Д.И.Шашко; выполнить расчетыдефицита водопотребления и потребности в дополнительном орошении попоказателям увлажнения почв.3.Установить связь урожайности картофеля, зерновых и овощныхкультур за многолетний период с показателями увлажнения почвы, а также6оптимальный диапазон продуктивных запасов влаги в почве для реализациипродукционного потенциала.Выполнить оценку продуктивных запасов влаги в почве по периодам4.вегетации для картофеля, яровой пшеницы и столовой свеклы методом водногобаланса.Определить5.относительнуюпродуктивностькультурдлялетразличной природной влагообеспеченности по методике В.В.Шабанова.Установить6.вероятностьвостребованностиоросительныхиосушительных мелиораций при возделывании картофеля, столовой свеклы ияровой пшеницы в условиях Подмосковья.Разработать режимы орошения и схемы поливов картофеля, яровой7.пшеницы и столовой свеклы по методике ФАО для лет различной тепло-,влагообеспеченности для агроклиматических условий Подмосковья.Научная новизна работы.

На основании проведенных исследованийвыявленовлияниеклиматическихресурсовнаестественнуютепло-влагообеспеченность почв и урожайность картофеля, столовой свеклы и озимойпшеницы в Московской области. Для трех регионов установлен дефицитводопотребленияипотребностьвдополнительноморошении.Впервыеразработана и реализована методика комплексного количественного анализаклиматических данных по их статистическим показателям с использованиемматрицпереходныхвероятностей.Предложенаметодикаиспользованиястатистических рядов метеонаблюдений для оценки продуктивных запасов влагив почве на основе водобалансовых расчетов и установлен оптимальный диапазонпродуктивной влаги для посевов картофеля, яровой пшеницы и свеклы надерново-подзолистойотносительнойпочвеурожайностидляПодмосковья.сельскохозяйственныхОпределеныпределыкультурусловийдляразличной тепло-, влагообеспеченности с использованием модели В.В.Шабанова,установлена вероятность дефицита или избытка естественного увлажнения пофазамростаиразвитиякартофелядляусловийпригородаМосквы.Усовершенствованы и апробированы методы расчета характеристик водного7режима сельскохозяйственных культур и впервые выполнена оценка вероятностивостребованностиоросительных и осушительных мелиораций в Московскойобласти.