ПРИРОДООБУСТРОЙСТВО

Приведено обоснование эффективности применения биоинженерных технологий при защите и обустройстве малых водных объектов и мелиорации прибрежных земель АПК. Использованы натурные и теоретические методы исследований известных и авторских технологий возведения берегозащитных сооружений с применением биопозитивных элементов из местных и экологически безопасных искусственных материалов. Представлены разработки инновационных конструкций берегоукрепления и защиты проблемных территорий АПК, в том числе эрозирующих береговых участков малых прудов, рек и каналов небольших оросительных систем. Предложена и апробирована концепция природоприближенного обустройства прибрежных территорий водного объекта, включающая в себя сам водный объект, его пойменные участки и прилегающую площадь водосбора. Проведенные в последние годы исследования различных участков малых рек показали, что применение биопозитивных и гибких конструкций защитно-регуляционных сооружений и их элементов не только обеспечивает надежную инженерную защиту прибрежных зон, но и создают благоприятные условия для восстановления зеленых водоохранных зон. С течением времени построенные сооружения, зарастая травой и кустарниками, сливаются с природной средой, превращаясь в биоинженерные сооружения.

Цель исследований – анализ причин опустынивания земель, поиск путей сдерживания темпов опустынивания и восстановления ранее опустыненных земель. Опустыниванию подвержены территории с жарким климатом, минимальными осадками и сильными ветрами. Годовая сумма осадков не превышает 200… 50 мм, а в отдельных местах их вообще не бывает в течение ряда лет. Почвенный слой на таких территориях слабо развит, растительный покров покрывает меньше половины земной поверхности, а в отдельных случаях практически отсутствует. Подземные воды, как правило, минерализованы. На территориях в таких природных условиях наблюдается деградация почвы, происходит потеря плодородия, уменьшается биоразнообразие, что в итоге приводит к их опустыниванию. С использованием аналитического метода исследований определены основные причины, вызывающие деградацию земель и ее последствия, приводящие к опустыниванию территорий. Предложены пути снижения темпов деградации сельскохозяйственных земель и восстановления ранее опустыненных территорий.

Одним из наиболее эффективных и распространенных в средней полосе Российской Федерации методов полива является дождевание, а наиболее распространенные – широкозахватные дождевальные машины кругового действия. Целью исследований стала оптимизация конструктивно-высотных параметров дождевальной техники в зависимости от условий эксплуатации и поливаемых агрокультур. В статье рассматривается оптимизация конструктивно-высотных параметров, длины пролетов машины в зависимости от рельефа местности и высоты поливаемых агрокультур. Агротехническая проходимость оценивалась посредством отношения агропросвета к высоте растений на наиболее сложном рельефе. Проведенные исследования показывают, что в целях повышения эффективности эксплуатации (снижения буксования и исключения остановки), а также исключения заминаемости растений отношение величины агропросвета к высоте растений должно составлять более 0,7. Представлены результаты экспериментальных исследований и рекомендации оптимальных соотношений высоты профиля, пролета машины, уклона местности и поливаемых культур. При эксплуатации на уклонах величиной более 0,08 высота подъема трубопровода над поверхностью земли 2,7 м при величине пролетов 59,5 и 65 м является недостаточной – необходимы более высокопрофильные модели. При этом увеличение профиля ограничивается металлоемкостью и тягово-сцепными свойствами. Значение выбирается как минимально возможное при обеспечении агротехнической проходимости.

Цель исследований – нахождение, прогнозирование и регулирование температурно-влажностного режима почвы для условий лучистого отопления культивационных сооружений с применением потолочных инфракрасных излучателей темного типа. Представлена система дифференциальных уравнений (в размерном и безразмерном видах), отражающая взаимосвязь тепловых и массообменных процессов в коллоидных капиллярно-пористых телах в случае поверхностного лучистого обогрева. Рассмотрено частное аналитическое решение данной системы дифференциальных уравнений для неограниченной пластины с учетом перекрестных процессов: перемещения влаги в слое почвы за счет разности температур (термодиффузии) и переноса энергии водяного пара в пористой среде благодаря градиенту поля влагосодержания (пародиффузионному процессу). На примере фрезерного торфа с учетом исходных данных получено решение краевой задачи тепломассопереноса методом совместного применения интегрального преобразования Лапласа и вариационного метода Бубнова-Галеркина, представляющее собой одномерные нестационарные поля влагосодержания и температуры. Установлено, что при заданных начальных и граничных условиях, а также с учетом теплофизических характеристик фрезерного торфа достижение требуемых значений влагосодержания произойдет через 5 ч, значений температуры – через 2 ч. При этом если на координатном отрезке z ∈[6,0;12,0  ] см происходит закономерное уменьшение влагосодержания под воздействием лучистого обогрева, то вблизи поверхности почвы z ∈[0;6,0  ] см наблюдается незначительный рост данной величины. Что касается температурного поля фрезерного торфа, то здесь соблюдается закономерная температурная стратификация по глубине слоя почвы без каких-либо температурных аномалий в течение всего периода нагрева.

В статье представлены результаты агроэкологических испытаний сортов различного эколого-географического происхождения в условиях Рязанской области. Проанализированы агроклиматические характеристики региона возделывания и установлены параметры сортовой реакции на условия влагообеспеченности вегетационного периода. В последние несколько десятилетий на территории Рязанской области фиксируется локальное потепление климата с возрастанием количества засушливых лет. За годы проведения исследований температурные значения превышали среднемноголетние на 2‑6°C, суммы активных температур в среднем составили 2400‑2600°C, количество выпадающих осадков за вегетацию варьировало в интервале 255‑265 мм, при этом значение ГТК в среднем составило 0,7‑1,1. Продолжительность вегетационного периода изучаемых сортов в годы с оптимальной влагообеспеченностью (ГТК 0,7‑1,4) составила 95‑105 дней, при недостатке влаги – 78‑95 дней, при избыточном увлажнении – 98‑125 дней. На урожайность сои оказывает непосредственное влияние влагообеспеченность в критические для нее периоды бутонизации-цветения- образования плодов. С ростом температурных значений и снижением количества выпавших осадков закономерно снижается урожайность. Количество осадков, выпавших в июле, было критически значимым для сортов сои северного экотипа, на генеративное развитие и последующую семенную продуктивность южных и дальневосточных сортов оказывали существенное влияние осадки в августе. Целью исследований являлось определение реакции сортов сои различного эколого-географического происхождения на условия влагообеспеченности в Центральном Нечерноземье. Таким образом, чтобы снизить риски недополучения потенциально возможной урожайности в разные по агрометеороло-гическим условиям годы, рекомендуется наполнять ассортимент сортами разного эколого-географического происхождения, которые способны стабильно вызревать в регионе, а также при оптимальных агроклиматических условиях обеспечивать высокую урожайность и сбор белка с единицы площади.

Целью исследований явилась разработка концепции создания цифровой копии инфраструктуры мелиоративного комплекса и модели управления с учетом прогнозирования рисков отказов и помощи управления функционирования в случае возникновения нештатных или аварийных ситуаций. Выделена значимость безаварийного функционирования мелиоративного комплекса в структуре безрисковой сельскохозяйственной деятельности. Дано обоснование возможностей исключения возникновения нештатных ситуаций при работе мелиоративного комплекса путем внедрения непрерывного контроля состояния всех систем с использованием современных технологий. Обоснована актуальность разработки концепции создания цифровой копии инфраструктуры мелиоративного комплекса и модели управления с учетом прогнозирования рисков отказов и помощи управления функционирования в случае возникновения нештатных или аварийных ситуаций. Анализ концептуальных моделей показал, что наиболее информативной и реализуемой следует принимать пятимерную модель цифрового образа объекта с включением бесшовной интеграции данных для автономного управления процессами. Технология бесшовной интеграции позволяет управлять процессом, сокращая время разрыва между ожидаемыми и текущими условиями эксплуатации на физическом уровне. Предлагается информационный модуль мелиоративного комплекса представить в виде 3 блоков: блок строительства объекта, блок поддержания работоспособного состояния, блок эксплуатации. Ключевым показателем сформированности цифрового образа принято масштабирование данных по определению ограничений и проблем в каждом периоде жизненного цикла мелиоративного комплекса с выделением функции оптимизации. Принято решение о целесообразности перевода системы оповещения в автономный режим с включением компонентов автоматического регулирования. В качестве примера представлен алгоритм контроля функционирования компонентного элемента мелиоративного комплекса, щитового затвора. Сформирован алгоритм типовой модели цифрового двойника с модулем бесшовной интеграции прогнозирования и выявления аномалии в форме рисков отказов, нарушения безопасности, возникновения нештатных или аварийных ситуаций функционирования отдельных элементов мелиоративного комплекса в режиме реального времени на всем сроке службы систем.

В статье рассмотрены результаты экспериментальных исследований факторов, влияющих на возникновение эвтрофикации водоемов. Проблема загрязнения поверхностных вод стала особо актуальной в XX в. Связано это в основном с развитием промышленности и ростом городов. Поступление в водоемы огромного количества загрязняющих веществ приводит к деградации как отдельных компонентов экосистемы, так и целых групп водоемов, что в свою очередь является причиной сокращения запасов пресной воды на локальном и региональном уровнях. С середины XX в. наблюдается стремительное нарастание количества эвтрофированных водоемов и непригодности воды для систем капельного орошения по причине закупорки эмиттеров, связанной с развитием водорослей и бактерий в поверхностных источниках орошения. Для очистки капельниц применяют хлорирование путем добавления в поливную воду гипохлорита натрия в жидкой форме (NaOCl) или твердой формы гипохлорита кальция (Ca(OCl)2), которое вызывает подавление развития водорослей, что негативно влияет на почву и производимую продукцию. Цель исследований заключается в выявлении влияния степени затенения водной поверхности на рост и развитие сине-зеленых водорослей, на водородный показатель, карбонатную жесткость и содержание биогенных элементов в воде, а также ее дальнейшей пригодности для капельного орошения. В результате исследований установлена динамика развития водорослей в зависимости от степени освещенности водной поверхности и изменения содержания биогенных элементов.