CC BY
5
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
6. Рябов И. М., Аль-Сумайдаи Ф. Р. Особенности механических потерь в ДВС и их влияние на процесс торможения автомобиля двигателем // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. 2019. № 4 (29). С. 37-43.
7. Углубленный анализ результатов экспериментального исследования тормозных свойств двигателя КАМАЗ-740 с моторным тормозом при электронном управлении / И. М. Рябов, Ф. Р. Аль-Сумайдаи, В. М. Зотов, А. Ю. Соколов, А. Х. Аль-Джумаили // Инновационное машиностроение. 2021. № 6. С. 8-15.
8. Щукина В. Н. Анализ методов определения механических потерь для их последующего применения в процессе эксплуатации // Вестник. Техника и технологии АПК. 2016. № 5. С. 18-21.
9. A nonlinear wall-wetting model for the complete operating region of a sequental fuel injected SI engine / M. R. Simons, M. Locatelli, C. H. Onder, H. P. Geering // SAE paper. 2000. № 1260. Р. 1-10.
10. Hart M., Ziegler M. Adaptive estimation of cylinder air mass using the combustion pressure // SAE paper. 1998. № 980791.
11. Kim Y.-W., Rizzoni G., Utkin V. Automotive engine diagnostics and control via nonlinear estimation // IEEE Control Systems. 1998.
12. Onder C. H., Geering H. P. Model-based multivariable speed and air-to-fuel ration control of an SI engine // SAE paper. 1993. № 930859. Р. 69-80.
Информация об авторах Зотов Вячеслав Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика» Волгоградского государственного аграрного университета, Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград, Россия, контактный телефон: 8-919-791-23-63, e-mail: zvmitn@yandex.ru https://orcid.org/0000-0002-1336-7632
Рябов Александр Игоревич, инженер кафедры «Автомобильные перевозки» Волгоградского государственного технического университета, Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия, E-mail: rjabov1603@mail.ru
Аль-Сумайдаи Фаркд Ршид Н., Ирак, Багдад, Иракский технологический университет, аспирант Волгоградского государственного технического университета, Волгоград, Россия Аль-Джумаили Шихан Абдулсатар Х, Ирак, Багдад, Министерство высшего образования и научных исследований Ирака, аспирант Московского государственного политехнического университета, Москва, Россия e-mail: abdulsatar_k@mail.ru
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-60 BIOSPHERE-ECOLOGICAL PRINCIPLES OF CREATING HYDROMELIORATIVE SYSTEMS WITH THE FUNCTION OF COMPENSATING CLIMATIC RISKS
M. N. Lytov
Volgograd branch of the Federal State Budget Science Center «All-Russian Scientific Research Institute of Hydrotechnics and Land Reclamation named after A.N. Kostyakov», Volgograd
Received 14.06.2022 Submitted 03.08.2022
Summary
Biospheric-ecological principles for the creation of irrigation and drainage systems with the function of compensating for climatic risks have been developed. Seven such principles have been formulated, which not only determine the general direction of improving the designs of irrigation and drainage systems, but also focus on the need to endow technologies with biospheric functions.
Abstract
Introduction. The relevance of the study is determined by the need to take systematic measures to address the global environmental challenges that mankind has already faced and may face in the foreseeable future. One of these - systemic approaches to solving the problem - is the method of biosphere-ecological substantiation, without exception, of all types of human activity. In the agrosphere, it is especially important to substantiate land reclamation technologies from the biosphere-ecological standpoint. Within the framework
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
of this general work, the purpose of this study is to develop biosphere-ecological principles for the creation of irrigation and drainage systems with the function of compensating for climate risks. Object. The object of research is irrigation and drainage systems and technologies with extended functionality to protect agricultural crops from climate risks. Materials and methods. The main methodological approach of research was the study and evaluation of ways to improve, as well as create new designs of irrigation systems and technologies through the prism of the concept of the biosphere, which is based on a holistic vision of natural phenomena. At the same time, the technological function of land reclamation should not be opposed to natural biospheric processes. At this stage, research is limited to the development of a system of biosphere-ecological principles for the creation of irrigation and drainage systems with the function of compensating for climate risks. Results and conclusions. Biospheric-ecological principles for the creation of irrigation and drainage systems with the function of compensating for climatic risks have been developed. The function of compensating for climate risks involves the implementation of a set of tools implemented on the basis of irrigation and drainage technologies and using improved designs of irrigation and drainage systems that allow leveling the effect of extreme (peak manifestations) of meteorological factors that go beyond the adaptive capacity of cultivated crops. The degree of generality of the formulations should be such as not to impose unnecessary restrictions from excessive specificity, detailing of the product being created. On the other hand, the "principles" quite clearly define the direction within which the development of technical systems, the creation of new designs and technologies are supposed. In general terms, the "principles" define the object of influence, the purpose of developing new tools and technologies to protect crops from climate risks, methods, restrictions and technologies, which together outline the vector for improving the designs of irrigation and drainage systems and irrigation technologies, taking into account their biospheric "usefulness". Research has formulated seven such principles that not only determine the general direction of improving the designs of irrigation and drainage systems, but also focus on the need to endow technologies with biospheric functions.
Key words: melioration, irrigation and drainage systems, biosphere-ecological substantiation, principles, protection from climate risks
Citation. Lytov M.N. Biosphere-ecological principles of creating of hydromeliorative systems with the function of compensating climatic risks. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 3(67). 533-542 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-60.
Author's contribution. Author of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. Author of this paper have read and approved the final version submitted.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.67:581.55
БИОСФЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ С ФУНКЦИЕЙ КОМПЕНСАЦИИ КЛИМАТИЧЕСКИХ РИСКОВ
М. Н. Лытов, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова, г. Волгоград
Дата поступления в редакцию 14.06.2022 Дата принятия к печати 03.08.2022
Актуальность. Актуальность исследования определяется необходимостью принятия системных мер для решения глобальных экологических вызовов, с которыми уже столкнулось и может в обозримом будущем столкнуться человечество. Одним из таких системных подходов решения проблемы является метод биосферно-экологического обоснования, без исключения, всех родов деятельности человека. В агросфере особенно актуально с биосферно-экологических позиций обосновать мелиоративные технологии. В рамках этой общей работы целью настоящего исследования является разработка биосферно-экологических принципов создания гидромелиоративных систем с функцией компенсации климатических рисков. Объект. Объектом исследований являют-
534
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ся гидромелиоративные системы и технологии с расширенным функционалом по защите сельскохозяйственных посевов от климатических рисков. Материалы и методы. Основным методологическим подходом исследований стали изучение и оценка путей совершенствования, а также создания новых конструкций гидромелиоративных систем и технологий через призму концепции биосферы, в основе которой целостное видение явлений природы. При этом технологическая функция мелиораций не должна противопоставляться естественным биосферным процессам. На данном этапе исследования ограничены разработкой системы биосферно-экологических принципов создания гидромелиоративных систем с функцией компенсации климатических рисков. Результаты и выводы. Разработаны биосферно-экологические принципы создания гидромелиоративных систем с функцией компенсации климатических рисков. Функция компенсации климатических рисков предполагает реализацию совокупности инструментов, реализованных на основе гидромелиоративных технологий и с использованием усовершенствованных конструкций гидромелиоративных систем, позволяющих нивелировать действие экстремальных (пиковых проявлений) метеорологических факторов, выходящих за пределы адаптационной способности возделываемых сельскохозяйственных культур. Степень общности формулировок должна быть такой, чтобы не накладывать излишние ограничения от чрезмерной конкретики, детализации создаваемого продукта. С другой стороны, «принципы» достаточно ясно определяют то направление, в рамках которого предполагается развитие технических систем, создание новых конструкций и технологий. В общих чертах «принципы» определяют объект воздействия, цель разработки новых инструментов и технологий по защите посевов от климатических рисков, методы, ограничения и технологии, в совокупности прорисовывающие вектор совершенствования конструкций гидромелиоративных систем и гидромелиоративных технологий с учетом их биосферной «полезности». Исследованиями сформулированы семь таких принципов, которые не только определяют общее направление совершенствования конструкций гидромелиоративных систем, но и акцентируют внимание на необходимости наделения технологий биосферными функциями.
Ключевые слова: мелиорация, гидромелиоративные системы, биосферно-экологическое обоснование, климатические риски.
Цитирование. Лытов М. Н. Биосферно-экологические принципы создания гидромелиоративных систем с функцией компенсации климатических рисков. Известия НВ АУК. 2022. 3(67). 533-542. DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-60.
Авторский вклад. Автор настоящего исследования принимал непосредственное участие в планировании, выполнении или анализе данного исследования. Авторы настоящей статьи ознакомился с представленным окончательным вариантом и одобрил его.
Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Введение. Биосферно-экологическое видение развития цивилизаций часто противопоставляется техногенезу, и, хотя такое положение вряд ли оправдано, эти подходы действительно кардинально различаются по ключевым аспектам [3, 8]. В соответствии с техногенным подходом технология является главным звеном, которое может решить все проблемы существования и развития человека, его взаимоотношения с природой, обеспечить экологическую безопасность. Экологические проблемы в соответствии с этим подходом объясняются лишь временным несбалансированным использованием технологий, которые можно преодолеть путем совершенствования этих технологий, выработки сбалансированной техносистемы [10, 15]. Современные подходы в природоохранной деятельности в плане нормирования качества окружающей среды, формирования системы локальных очисток в наибольшей мере согласуются как раз с такой техногенной парадигмой развития цивилизации.
Биосферно-экологический подход опирается на сохранение естественной природной среды (в идеале или в допороговом ее состоянии как допустимый вариант), как единственно возможного биотического регулятора, который обеспечивает сохранение
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
устойчивости окружающей среды [4, 5, 11, 13, 14]. Это направление получило глубокое теоретическое обоснование, в значительной мере выявлены и описаны механизмы биотической регуляции и сохранения устойчивости окружающей среды. Применительно к аграрной сфере в целом можно согласиться с мнением, что техноценозы должны быть максимально приближены к естественной среде, наделены биосферным функционалом. Но это в большей мере адаптивный подход, при котором часто страдает продуктивность агроценозов. Биосферно-экологический подход предполагает встраивание техносферы в естественные природные круговороты. Но для сохранения устойчивости важно, чтобы совпадали не только круговороты, но и их интенсивность, так как она тоже ограничена какими-то допустимыми пределами.
Еще один известный принцип биосферно-экологического земледелия предполагает чередование естественных биогеоценозов и техногенных агроценозов [6, 7]. При таком подходе интенсивное сельское хозяйство не исключается, в принципе оно возможно, но круговороты должны быть локализованы в пределах агроценоза, не оказывая диффузного влияния на окружающую среду.
Современная мелиорация, современные мелиоративные технологии носят в высшей степени техногенный характер [12]. Это интенсивные, высокопродуктивные системы с ярко выраженной инженерной составляющей. Трудно представить себе более техногенное направление развития земледелия. Тем не менее сейчас проблема ставится именно так, делается уникальная попытка создания биосферно-экологической концепции обоснования мелиораций. А это означает разработку если не «дорожной карты», то как минимум общего понимания возможности и подходов к созданию определенно техногенных мелиоративных комплексов, наделенных биосферными функциями, органично встраиваемых и сосуществующих с нетрансформированными природными объектами, естественной окружающей средой. Целью наших исследований в рамках этой общей работы является разработка биосферно-экологических принципов создания гидромелиоративных систем с функцией компенсации климатических рисков.
Материалы и методы. Целью исследований определена разработка биосферно-экологических принципов в отношении создания гидромелиоративных технических систем с функцией компенсации климатических рисков. Последнее очерчивает границы наших исследований в отношении применения биосферно-экологических принципов и определяет новое направление развития ГМС в отношении защиты орошаемых посевов от климатических рисков. Определимся с понятием «климатические риски» по крайней мере в том смысле, который мы в него вкладываем. Климатические факторы во всех регионах России, а особенно в условиях резко-континентального климата Юга России имеют более широкий диапазон варьирования, чем тот, который может быть компенсирован за счет подключения адаптационных механизмов растений [1, 2, 9]. Достаточно продолжительное действие климатического фактора, выходящего за пределы адаптационного потенциала растений, может привести к необратимым повреждениям или полной их гибели. Такие экстремальные проявления метеорологических условий характеризуют климатические риски возделывания сельскохозяйственных культур. В целом задачи регулирования оптимального гидротермического режима агрофитоценоза и компенсации климатических рисков сходны. И в том и в другом случае требуется смещение климатических факторов в сторону оптимума. Это позволяет предположить возможность использование гидротехнических мелиораций в качестве инструмента для защиты растений от действия экстремально неблагоприятных климатических факторов. Однако есть и существенные различия. Во-первых, если раньше речь шла о регулировании гидротермического режима агрофитоценоза, то проявление климатических рис-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ков имеет более разнообразную природу. Во-вторых, для компенсации климатических рисков, по-видимому, требуются иные объем и характер воздействия. Кроме того, компенсация действия климатического фактора на этом уровне должна быть непрерывной, иначе растения все равно погибнут. И, наконец, в-третьих, потребность в компенсации климатических рисков носит эпизодический и относительно кратковременный характер. Все остальное время потребность в этой функции отсутствует.
Наряду с новым направлением технико-технологического развития ГМС, ставится задача поиска подходов биосферно-экологического обоснования новых технологий и их технического инструментария, наделения их биосферными функциями и определения тех границ, в которых должны быть реализованы те инструменты, с помощью которых предполагается компенсировать климатические риски. В совокупности эти задачи требуют качественно иной постановки вопроса относительно конструкции и функциональных возможностей гидромелиоративной системы, используемой, в том числе и для компенсации климатических рисков. На данном этапе исследования ограничены разработкой системы биосферно-экологических принципов создания гидромелиоративных систем с функцией компенсации климатических рисков.
Результаты и обсуждение. Разработка системы принципов предполагает формирование первоосновных общностей, формулирование их в форме постулатов, утверждений, которые определяли бы принципиальные направления и границы допустимого при создании гидромелиоративных систем с новым набором инструментов по компенсации климатических рисков. Степень общности формулировок должна быть такой, чтобы не накладывать излишние ограничения от чрезмерной конкретики, детализации создаваемого продукта. С другой стороны, должно быть достаточно ясно представлено то направление, в рамках которого предполагается развитие технических систем, создание новых конструкций и технологий. В общих чертах «принципы» должны определять объект воздействия, должна быть понятна цель разработки новых инструментов и технологий по защите посевов от климатических рисков, должны решаться задачи выбора метода, установления ограничений, выбора технологий. С учетом этого, а также исходя из общего понимания концепции биосферно-экологического земледелия, тех задач, которые должны быть решены созданием новых конструкций ГМС с расширенным функционалом по защите от климатических рисков, были сформулированы следующие принципы:
1. Определение объекта воздействия: принцип использования гидромелиораций (известных и производных гидромелиоративных технологий) для компенсации экстремальных проявлений климата, выходящих за пределы адаптационного потенциала возделываемых сельскохозяйственных культур (климатических рисков), в границах агро-биоценоза.
Формулировка данного принципа предполагает комплексное использование физических и физиологических эффектов гидромелиораций для компенсации пиковых, экстремальных проявлений климата. При этом водный режим почвы как фактор риска не рассматривается, так как априори предполагается его регулирование, и это основная технологическая функция гидромелиоративной системы. Совершенствование конструкции ГМС должно обеспечить комплексную возможность компенсации прочих неблагоприятных проявлений климата, интенсивность которых выше адаптационного потенциала сельскохозяйственных растений. Такие климатические условия, даже при краткосрочном воздействии, могут вызывать значительные выпады в посевах, снижать общий потенциал продуктивности, причем затраты на гидромелиорацию при этом никак не сокращаются. Предполагается, что компенсация неблагоприятных экстремальных проявлений климата, выходящих за пределы адаптационных возможностей сель-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
скохозяйственных культур, будет проводиться в среде растений, то есть в объеме атмосферы, занимаемом вегетативной частью растений и совокупном объеме почвогрунта, освоенном их корневой системой. Таким образом, объектом регулирования (воздействия, компенсации) является микроклимат и некоторые другие производные климата в границах агробиоценоза, а инструментом регулирования полагаются гидромелиорации.
2. Определение цели: принцип достижения максимального целевого эффекта гидромелиораций на уровне агробиоценоза при сохранении (или снижении) уровня общей антропогенной нагрузки и минимизации (исключении) побочных (неконтролируемых, негативных) эффектов.
Собственно, этот посыл и положен в основу идеи создания ГМС с функцией компенсации климатических рисков. Действительно, ГМС можно без сомнения отнести к классу «тяжелых» в плане масштабов и уровня преобразования природной среды, антропогенных нагрузок технических систем. Такие системы по определению предполагают фундаментальные изменения природной среды («коренное улучшение»), наделяют природные объекты совокупностью определенных, искусственным путем созданных функций и связей, не реализованных в естественной среде. Создание или усиление таких функций само по себе не является безусловным «злом», напротив, предполагает улучшение условий окружающей среды в первую очередь в плане повышения биопродуктивности агробиоценозов, активизации почвообразовательных процессов. Но вместе с тем гидромелиорации являются и мощным фактором антропогенного преобразования природы, фактором, который смещает параметры естественной биотической регуляции среды как минимум на локальном или региональном уровне. Кроме того, создание ГМС - это очень ресурсоемкий процесс, это масштабы, это вложения капитала и вовлечение различного рода материальных ресурсов, это колоссальный труд, потребление энергии и т.д. Поэтому крайне важно, чтобы были найдены и всесторонне обоснованы такие гидромелиоративные технологии, которые не снижали бы, а напротив, обеспечивали повышение эффективности биотической регуляции и устойчивое развитие биосферы. Также не менее важно максимизировать целевые эффекты гидромелио-раций, чтобы гарантированно получать запланированный «отклик» и иметь возможность нормирования масштабов освоения таких технологий.
Идея использования гидротехнических мелиораций как несущей технологии для комплексного регулирования факторов жизни растений не нова. Примером этого являются получившие широкое распространение технологии фертигации, обеспечивающие возможность внесения удобрений, пестицидов или мелиорантов с поливной водой. Известны решения, направленные на реализацию возможности регулирования микроклимата в среде посева. Комплексное расширение возможностей ГМС в плане компенсации климатических рисков, рассматриваемых как пиковые отклонения метеорологических факторов за пределами адаптационных возможностей возделываемых сельскохозяйственных культур, позволит предотвратить непрогнозируемые потери урожая и, соответственно, обеспечит повышение общего уровня эффективности мелиораций.
3. Выбор метода: принцип использования единой технической системы для осуществления основной технологической функции и реализации дополнительных инструментов, обеспечивающих компенсацию климатических рисков.
Данный принцип предполагает реализацию надстраиваемого функционала ГМС по компенсации губительного действия климатических рисков при возделывании сельскохозяйственных культур на основе единого сбалансированного конструктивного решения. Все функциональные элементы системы должны быть оптимизированы с учетом совместного использования, с точки зрения работы как единого целого. Не допу-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
стимым является дублирование функциональных узлов или существенная дифференциация нагрузок при осуществлении различных режимов работы системы. Основополагающим положением при формулировании настоящего принципа являлась общая направленность на предотвращение чрезмерного разрастания технической компоненты мелиорированных земель, сохранение базового уровня ресурсоемкости и антропогенных нагрузок, связанных со встраиванием технической системы в природную среду.
4. Установление ограничений: принцип одного направления и непревышения допустимого уровня воздействия на природные круговороты на локальном, региональном и глобальном уровнях.
Принцип одного направления (совпадения направлений) для технологически инициированных и природных потоков вещества и воды в рамках локальных и глобальных круговоротов определяется стремлением к созданию природоподобных систем как условия органичного сосуществования. Однако одного этого мало, необходимо нормировать и интенсивность воздействия, чтобы не нарушить равновесие системы, сохранить ее устойчивость и потенциал развития. Природные системы отнюдь не являются статичными, они динамические, и те же природные круговороты не остаются постоянными, а непрерывно меняются. Диапазон этих изменений определяет устойчивость системы, апробированную самой природой. Вполне вероятно, что система имеет и дополнительный «запас прочности», в рамках которого можно интенсифицировать естественные природные круговороты. Сама сущность мелиорации предполагает интенсификацию «малого» биологического круговорота. Однако следует учитывать, что антропогенное воздействие проявляется лишь на каком-то участке круговорота, процессы которого намного сложнее и многообразнее, чем мы можем себе представить. Воздействуя на этом локальном участке, мы интенсифицируем в первую очередь эти локальные процессы. При этом не факт, что интенсивность круговорота на других участках при этом изменится или изменится пропорционально. В результате возможно образование заторов, скоплений, концентраций, которые на определенных участках круговорота могут спровоцировать неприемлемые ответвления и нарушить устойчивость системы в целом. Положения по воздействию на природные круговороты являются одними из наиболее фундаментальных положений в мелиорации, и вместе с тем это до сих пор один из самых неоднозначных моментов в мелиоративной науке. Круговороты вообще как элемент замкнутой системы в определенной мере можно рассматривать только при определенных масштабах с достаточной уверенностью в планетарном масштабе. Круговороты не имеют каких-либо абсолютно жестких связей, это совсем не похоже на обруч, который можно раскрутить, взявшись лишь за один из участков. Но все это лишь основание для более внимательного отношения к проблеме.
5. Установление ограничений: принцип необходимости регионального и локального обоснования минимального достаточного набора инструментов ГМС для компенсации климатических рисков.
При формулировании настоящего принципа мы исходили из того, что техническая система, которая используется для реализации основного технологического процесса, гид-ромелиораций и компенсации губительного действия климатических рисков, конструктивно усложняется пропорционально совокупному набору возложенных на нее функций. Принцип использования единой технической системы не отрицает возможности изменения конструкций системы, и хотя предполагается общая направленность на разработку сбалансированных решений, без дублирующих или функционально избыточных узлов, совокупный тренд на усложнение конструкции с увеличением набора инструментов для компенсации климатических рисков допускается и предполагается вероятным. Число ин-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
струментов ГМС для компенсации климатических рисков в общем случае предполагается пропорциональным количеству дифференцированных проявлений губительного влияния климатических экстремумов на возделываемые виды сельскохозяйственных культур. В этом плане необходимо иметь четкие, обоснованные ориентиры в плане того, какие климатические риски вероятны для данного региона. Характер и экстремальные проявления климата, их особенности, вероятность, повторяемость являются важными показателями, анализ которых позволяет оценить вероятность климатических рисков. Превышение определенного порогового уровня вероятности проявления климатического риска является основанием для включения его в список угроз, которые необходимо компенсировать. Соответственно этому подбирается инструмент, реализуемый посредством гидромелиоративных технологий и способный компенсировать пагубное влияние климатического фактора. Также необходимо учитывать, что климатические риски могут формулироваться только и исключительно относительно видов сельскохозяйственных культур. Это обстоятельство определяется разным адаптационным потенциалом различных видов сельскохозяйственных культур, который, помимо этого, может еще существенно меняться и по фазам онтогенеза. Совокупности возделываемых сельскохозяйственных культур на локальном уровне также должны учитываться при обосновании минимального достаточного набора инструментов ГМС для компенсации климатических рисков.
6. Выбор технологии: принцип формирования инструментов компенсации климатических рисков на основе специфично-эффективных технологий гидромелиорации.
Формулировка принципа в данном контексте исходит из того, что климатический фактор, который на определенном отрезке экстремума сопряжен с риском гибели сельскохозяйственных растений (климатический риск) может быть компенсирован посредством применения гидромелиоративной технологии, но среди всего разнообразия гидромелиоративных технологий должна использоваться такая, которая максимально эффективно решает поставленную задачу. То есть инструмент, являющийся по сути какой-либо гидромелиоративной технологией, должен быть заведомо эффективней других инструментов (гидромелиоративных технологий) в отношении специфики климатического риска, наиболее результативно и с наименьшими затратами компенсировать его губительное действие на возделываемые сельскохозяйственные культуры. Учитывая, что номенклатура климатических рисков достаточно широка, а их природа разнообразна, следует предположить, что для компенсации губительного действия климатических рисков потребуется использование различных инструментов (различных гидромелиоративных технологий). То есть предполагается, что в процессе выращивания сельскохозяйственных культур в связи с реализацией тех или иных климатических рисков техническая система должна обеспечивать возможность трансформации не только параметров гидромелиоративного режима, но и самой технологии гидромелиорации. Рассматривая подобную задачу применительно к оросительным мелиорациям, необходимо отметить, что возможность изменения, в рамках производственного процесса, технологии гидромелиорации, обеспечивается техническими системами комбинированного орошения. Опыт их применения, оценка потенциальных возможностей и подвели нас к идее о возможности комплексного использования гидромелиораций, в том числе и для компенсации экстремально неблагоприятных проявлений климата.
7. Выбор технологии: принцип необходимости локального обоснования выбора несущей гидромелиоративной технологии ГМС с расширенным функционалом по компенсации климатических рисков.
Учитывая необходимость использования различных гидромелиоративных технологий, их совокупности, в качестве инструмента для компенсации регионального (локального) набора климатических рисков, следует особенным образом выделить ту
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
гидромелиоративную технологию, которая будет использована для осуществления основной функции - регулирования водного режима почвы. Необходимо учитывать специфику применения инструментов для компенсации климатических рисков, которые возникают не всегда, их набор в течение производственного цикла носит случайный характер и в значительной мере видоспецифичен, то есть зависит от биологических особенностей (адаптационных возможностей) возделываемой культуры. Кроме того, компенсация губительного действия климатического риска связана с необходимостью непродолжительного (относительно основной функции - регулирования водного режима почвы) воздействия, в то время как остальное время инструмент не используется. Таким образом, изменение антропогенных нагрузок и интенсивности естественных круговоротов связано преимущественно с использованием гидромелиоративной технологии, направленной на регулирование водного режима почвы (мелиорация земель). А потому выбор такой несущей гидромелиоративной технологии особенно важен и должен быть всесторонне обоснован на региональном и локальном уровнях. Также необходимо учитывать, что с выбором несущей гидромелиоративной технологии самым тесным образом связана и конфигурация технической системы.
Выводы. Сформулированы биосферно-экологические принципы создания гидромелиоративных систем с функцией компенсации климатических рисков. Функция компенсации климатических рисков предполагает реализацию совокупности инструментов, реализованных на основе гидромелиоративных технологий и с использованием усовершенствованных конструкций гидромелиоративных систем, позволяющих нивелировать действие экстремальных (пиковых проявлений) метеорологических факторов, выходящих за пределы адаптационной способности возделываемых сельскохозяйственных культур. Система биосферно-экологических принципов определяет объект, цели, методы, ограничения и технологии, в совокупности прорисовывающие вектор совершенствования конструкций гидромелиоративных систем и гидромелиоративных технологий с учетом их биосферной «полезности». Исследованиями сформулированы семь принципов, которые не только определяют общее направление совершенствования конструкций гидромелиоративных систем, но и акцентируют внимание на необходимости наделения технологий биосферными функциями. При определённом уровне консолидации такие технологии не должны вступать в противоречие с естественными регуляторами биосферы, но работать с ними в согласии, прибавляя резерв устойчивости экологических систем.
Библиографический список
1. Бородычев В. В., Лытов М. Н. Варианты реализации конструктивных решений гидромелиоративной системы для регулирования гидротермического режима и комплексной протекции посевов от климатических рисков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2021. № 4 (64). С. 306-324.
2. Бородычев В. В., Лытов М. Н. Технологические функции технической системы для регулирования гидротермического режима агрофитоценоза и комплексной протекции посевов от климатических рисков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2020. № 2 (58). С. 307-319.
3. Демиденко Э. С., Дергачева Е. А. Глобальная гибель биосферы и поиск путей сохранения биосферной жизни // Вестник Московского университета. Серия 27: Глобалистика и геополитика. 2021. № 2. С. 3-19.
4. Забалуева А. И., Милешко Л. П., Попова О. В. Обеспечение глобальной экологической безопасности как условие устойчивого развития биосферы // Технологии техносферной безопасности. 2015. № 5 (63). С. 286-289.
5. Казанкин А. П. Роль растительности в регулировании некоторых экологических процессов в биосфере // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2004. № 6. С. 58-66.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
6. Кушнарев А. С., Артёмов Н. П. Биосферные основы повышения продуктивности земледелия // Инженерия природопользования. 2015. № 1 (3). С. 16-22.
7. Овсянников Ю. А. Производство полноценных продуктов питания на основе эколого-биосферного земледелия // Аграрный вестник Урала. 2017. № 12-2 (167). С. 8-11.
8. Попкова Н. В. Оценка взаимосвязи техносферы и ноосферы // Успехи современного естествознания. 2007. № 9. С. 22-24.
9. Сарайкин В. А. Методика расчета рисков отклонений температур и осадков от климатических норм при планировании выращивания сельскохозяйственных культур // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2019. № 11. С. 29-35.
10. Construction and optimization of ecological security patterns based on social equity perspective: a case study in Wuhan, China / X. Cui, W. Deng, J. Yang, W. Huang, W. T. de Vries // Ecological Indicators. 2022. V. 136. P. 133-137.
11. How close are we to the temperature tipping point of the terrestrial biosphere? / K. A. Duffy, C. R. Schwalm, G. W. Koch, V. L. Arcus, L. L. Liang, L. A. Schipper // Science Advances. 2021. V. 7. No 3. P. eaay1052.
12. Kireycheva L. V. Evaluation of efficiency of land reclamation in Russia // Journal of Agriculture and Environment. 2018. № 3 (7). P. 1-6.
13. Nelson M., Dempster W. F., Allen J. P. The water cycle in closed ecological systems: perspectives from the biosphere and laboratory biosphere systems // Advances in Space Research. 2009. V. 44. No 12. P. 1404-1412.
14. Particulate organic carbon exports from the terrestrial biosphere controlled by erosion / X. Luo, X. Bai, C. Ran, H. Chen, H. Xi, F. Chen, L. Wu, C. Li, S. Zhang, Q. Tan, X. Zhong, S. Tian // Catena. 2022. V. 209. No 105815.
15. Surface and groundwater pollution as a result of the technogenic impact / N. D. Razinkov, T. V. Ovchinnikova, A. V. Kalach, V. M. Smolyaninov, E. Z. Arifullin, A. O. Nekrasova // Earth sciences. 2022. V. 11. No 1. P. 1-5.
Информация об авторе:
Лытов Михаил Николаевич, ведущий научный сотрудник, и.о. директора Волгоградского филиала Федерального государственного бюджетного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова (400002, г. Волгоград, ул. Тимирязева, 9), кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2743-9825, e-mail: vkovniigim@yandex.ru
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-61 INFLUENCE OF ARTIFICIAL HIGH MOLECULAR POLYMERS ON SOIL AND GROWTH PROCESSES OF TOMATOES
A. V. Mayer
Federal State Budget Science Center «All-Russian Scientific Research Institute of Hydrotechnics and Land Reclamation named after A.N. Kostyakov», Moscow
Received 17.06.2022 Submitted 10.08.2022
Summary
The above article presents the use of a high molecular weight polymer as a chemical ameliorant. Empirically proved the expediency of introducing an ameliorant into the cultivated soil, in order to increase its structure. The technical characteristics of the high-molecular polymer helps to improve the development and growth of tomato plants, both on the leaf surface and on fruit formation.
Abstract
Introduction. The study of soil-forming processes and macrostructures occupies a special place not only in soil physics and soil science in general, but also in agriculture. Object. The objects of research are technologies and technical means aimed at increasing the aeration of the soil, creating conditions for increasing the water storage and microbiological capacity of soils; complex regulation of the nutri-
