Научно-методологические основы профиля «Мелиорация, рекультивация и охрана земель» в Якутской ГСХА

Введение. Исследования в области «мелиорации» ведутся классическими научными методами [1]. Учитывая биологические и природно-климатические условия проводятся однофакторные события, которые показывают эффективность того или иного мероприятия [2, 3].

Повышения плодородия исследуются экспериментальным методом на землях постоянного пользования с близкорасположенным водоисточником и с решенной транспортной схемой. Таким местом был учебное хозяйство «Карапатцы», где велись стационарные наблюдения над почвенным плодородием в условиях защищенного и открытого грунтов при выращивании овощных культур [18].

Материалы и методы. В результате самостоятельных наблюдений студентами написаны более 20 дипломных работ по производству и применению минеральных и органических удобрений. Управление плодородием почвы осуществляется в результате длительных опытов на одном и том же месте. Длительные опыты являются основным научным фундаментом для оценки изменения медленно текущих процессов в системе почва – растение.

В условиях вечномерзлых грунтов исследования в бывшем ОПХ «Покровское» ЯНИИСХ велись достаточно долго и полученная информация имеет высокую значимость в развитии северного земледелия [8, 9].

Результаты и обсуждение. В настоящее время проводятся многофакторные полевые опыты по испытаниям новых биопрепаратов (органических удобрений) и их влиянию на продуктивность мерзлотных почв. Вся мощность продуктивного слоя якутских пашен является искусственно созданным человеком за многие десятилетия их обработки. При орошении таких пашен, вода быстро минерализуется после первых лет эксплуатации, становясь причиной вторичного засоления грунтов. Такого рода накапливаемые годами сложные проблемы решаются постепенно, пошагово экспериментальным путем в условиях длительных опытов на одном и том же месте.

Заложение однофакторных опытов идет при посеве культуры весной. Затем, при развитии темы студентом опыты переходят в многофакторные, постепенно становясь самостоятельной научной темой.

Многофакторные опыты сопровождаются и обрабатываются математическим моделированием и обработкой соответствующими программными пакетами [29, 30].

С образованием новых профилей по направлениям «Агрономия», «Природообустройство и водопользование», «Гидромелиорация», открываются широкие перспективы для развития северного земледелия. В то же время, земледелие не может развиваться без постоянного надела земли. К опытным участкам предъявляются ряд требований [17]:

— землепользование должно находиться вблизи от постоянного водоисточника для полива (река, речка, озеро, и т.п.);

— решение транспортной схемы в течение вегетационного периода;

— обязательное разделение поля на севооборотные участки;

— наличие бессменного пара для длительных опытов;

— проведения камеральных, лабораторных работ;

— машинно-тракторная станция для мелиоративных работ (мелиоративная и поливная техника, технологическое оборудование);

— организация гидрометрического створа на водоисточнике для мониторинга расхода воды, исследований режима движения реки, скорости течения, исследования по загрязнению водоисточника тяжелыми металлами, пестицидами.

Научные исследования мерзлотных почв состоят из агрохимических, биохимических анализов, выявления степени гумусированности, влажности почв, кислотности и т.п. Методологически студент под руководством преподавателя производит закладку опытов весной при посеве культур согласно программы исследований. В течение всей вегетации (всего лета) студент наблюдает за развитием растения: измеряет биометрические показатели, ведет фенологические наблюдения, определяет площадь листьев и биомассу надземной части растений, измеряет урожай с каждого варианта с высокой точностью. Такие наблюдения за растением и сбор опытных данных позволяют получить полную картину развития урожая в динамике, а повторность в годах прибавляет уверенности в правоте принятых решений. Достаточное количество вариантов (более 10 вариантов) позволит выявить ошибки своевременно и экономически безболезненно. В результате собственных наблюдений пишутся дипломные работы. Лучшие работы и исследования могут найти свое продолжение в магистратуре.

Исследование влияния «…» препарата на развитие сельскохозяйственных культур в условиях защищенного/открытого грунта

Примерное содержание и схемы опытов [4]:

Примерная схема опытов:

1.                Контроль – без удобрений

2.                Грунт + 100 г/раст. БП

3.                Грунт + 200 г/раст. БП

4.                Грунт + 300 г/раст. БП и т.д.

Испытываются дробные внесения биопрепаратов (БП) локально и врасброс, контролем служит вариант без урожая. Повторность опытов 3-кратная. Площадь опытного поля зависит от площади питания культуры и при всех повторностях и защитных полосах составит примерно до 100-300 кв.м на культуру. Наблюдения ведутся по следующей таблице 1.

Таблица 1. Влияние органического удобрения на высоту растения (см)

По всем показателям записываются полученные данные. Обработка данных проводится математическим расчетом усредненных данных с обязательным решением НСР [7]. Агрохимические, биохимические, микробиологические анализы почв проводятся в научных лабораториях ФГБОУ ВО ЯГСХА, ФГАОУ ВО СВФУ им. М.К. Аммосова, ГБУ РС(Я) ЯРВИЛ и ФГНБУ ЯНИИСХ. Студенты определяют физические свойства почв: механический состав, структуру, окраску, плотность, гранулометрический состав, влажность, водопрочность.

Для этого необходимо правильно произвести пробоотбор и подготовку образцов к физико-химическому анализу, приготовить водную и солевую вытяжки. Анализ почвенных образцов начинается со знакомства с основными морфологическими признаками и физическими свойствами почвы в полевых условиях [28].

По результатам полученных данных делаются выводы, строятся графики и диаграммы, обрабатывается теоретическая часть в виде литературного обзора по теме и сама работа.

Исследование влияния удобрений (биопрепаратов) на качество сельскохозяйственных культур».

По этой теме изучается качество выращенной культуры в зависимости от вида применяемых удобрений, регуляторов роста, средств защиты растений и т.п. качество продуктов питания определяется органолептически, способом дегустации, проводятся химические анализы на содержание тяжелых металлов, пестицидов и нитратов.

Таблица 2. Влияние нетрадиционных удобрений на показатели качества культуры

Таблица заполняется по всем вариантам и повторностям. Также по базовым показателям студент определяет фактическую рыночную стоимость продукции. Такие исследования над овощными и плодовыми культурами в зависимости от производителей (Россия, Китай, местные).

Исследования в области природообустройста. Мелиорация занимается улучшением земельных угодий, следовательно, объектами исследования в мелиорации служат почва, вода, выращиваемые культуры, поливная техника и объекты гидротехнических сооружений.

В вопросы исследования входят показатели качества поливной воды, изучение режимов орошения сельскохозяйственных культур; топографо-геодезические изыскания створа магистральных и оросительных каналов, строительство гидротехнических сооружений; технические вопросы ремонта и эксплуатации поливной техники и водозаборных сооружений, насосных станций, тракторов и машин и т.п.

Мелиоративные вопросы решаются в условиях производства или на макетных классах, чтобы научиться принимать правильные инженерные решения [6]. Главным вопросом при этом всегда остается задача сохранения биологического начала жизни в результате коренных преобразований в природе.

Подбор режима орошения севооборотного участка. Особенностью режима орошения при поливе дождеванием является согласованность с агрономически допустимыми сроками полива одного поля с производительностью машин. По известным формулам рассчитываются поливной период, поливная норма, расход дождевальной машины, продолжительность работы машины в сутки, час. Данные приводят в таблицу. Для построения графиков водоподачи или графиков гидромодуля необходимо заполнить следующую таблицу 3.

Таблица 3. Показатели графиков водоподачи и гидромодуля

По результатам показателей строят неукомплектованный график водоподачи и гидромодуля. Для того, чтобы обеспечить равномерную водоподачу на орошаемый участок и уменьшить расходы оросительной сети, полученный график укомплектовывают, то есть, снижают максимальные ординаты и уменьшают расходы оросительной сети. Укомплектование возможно за счет сдвига среднего полива, не допуская при этом снижения предполивной влажности почвы ниже минимальной. График укомплектования рисуют на миллиметровой бумаге. По полученным теоретическим данным студент должен определить количество одновременно работающих машин, расчетных расходов оросительной сети, устанавливает сроки, нормы, число поливов, очередность полива полей [24, 25, 26]. Опыты по определению режима орошения повторяются.

Изучение влияния способов полива на физические свойства грунтов. Выбор показателей мелиоративного режима и установление оптимальных диапазонов их изменения зависит от того, насколько тот или иной показатель усиливает биологический и замедляет геологический кругооборот веществ. Для оценки интенсивности биологического кругооборота веществ на сельскохозяйственных землях используются такие характеристики как энергия почвообразования и урожайность. Они определяются эмпирическими формулами с учетом гидротермического коэффициента, радиационного баланса, излучения тепла почвой, атмосферных осадков, теплоты парообразования, уравнением теплового баланса в почве в многолетнем разрезе и т.п.

 Объектами исследования для данной темы служат дождевальные машины, система дисперсного орошения, нарезка каналов канавокопателями. Выбирается мелиоративный режим каждого способа полива на одной и той же культуре, одновременное заложение опытов и сроков полива. Показателями служат рост и развитие растений, их урожайность; агрохимический состав и микробиологическая активность почв; изменения физических свойств почв.

Организация экологического мониторинга. Основным объектом исследовательской деятельности является экосистема и процессы происходящие в ней. Студенты должны научиться исследовать геосистему, особое значение здесь уделяется исследованиям компоненов экосистем, на основе данных исследований уметь предсказывать возможные сценарии изменения экосистем.

При организации НИР преподаватель должен помочь студенту:

— в выборе темы исследования, постановке цели и задачи, схемы опытов;

— в выборе объекта экологических исследований;

— в разработке программы исследований.

Исследовательская деятельность по экологии имеет основные этапы: подготовительный, экспериментальный, камеральный, аналитический, отчетный, информационный, практический.

Проводится биодиагностика окружающей среды. Описание фитоценоза. Описание фауны. Мониторинг сред и объектов техногенного воздействия. Оценка степени загрязнения почв. Оценка степени загрязнения воды.

Исследования по переработке отходов производства и потребления. Ухудшение экологической ситуации напрямую ведет к обострению экономического кризиса. Главный принцип природопользования гласит о переходе к безотходному виду хозяйствования, поскольку появление громадных свалок отходов превалирует над экологической безопасностью существования человека.

Отходы различаются на органические и неорганические [5]. Все органические отходы можно утилизировать с помощью бактерий и вермикулита в высокоценные органические удобрения – биогумус [19, 20, 27].

Переработка органических отходов с помощью дождевых червей в биогумус является естественным сохранением микробиологической активности мерзлотных почв без дорогостоящих микробиологических лабораторий по воспроизводству чистых культур. В процессе переработки отходов возникает множество вопросов, которых нужно решать в условиях вермиучастка [10, 11, 12, 13, 14, 15, 16].

Выводы. Вермиучасток должен перейти в биофабрику переработки органических отходов [21, 22, 23]. Вариантами научных изысканий служат навозы разных животных (крупного рогатого скота, лошадей, свиней), а также птичий помет, остатки кухни школьных столовых, опад лесной и т.п. В результате переработки таких отходов человек возвращает в кругооборот природы биофильные элементы.

Неорганический отход собирается в виде пластиковых и стеклянных бутылок, целлофанов, желез. Перерабатывается под большим гидравлическим давлением и высокой температурой во вторичный продукт.