CC BY
8
УДК 631.626.86
Канд. техн. наук О.В. БАЛУН
(ЬОУОООШпшП.Ш) Ст. научн. сотр. В.А. ЯКОВЛЕВА
(ФГБНУ «Новгородский НИИСХ», потаирйвхйуаМех.ги)
ВЛИЯНИЕ ВЫСОТЫ ОБЪЕМНОГО ФИЛЬТРА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОСУШЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ПОЧВ НОВГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
Осушение, дренаж, объемный фильтр
Тяжелые почвы занимают в Новгородской области больше половины площади сельхозугодий. Они обладают высоким потенциальным плодородием, но в Нечерноземной зоне часто бывают переувлажнены. Поэтому использовать их без проведения осушительных мелиораций не представляется возможным. Вместе с тем осушение тяжелых почв является задачей сложной, требующей научного подхода для её решения.
Согласно СНиП 2.06.03-85, п.3.37. При проектировании закрытого дренажа на слабопроницаемых почвах необходимо предусматривать, как правило, устройство объемных фильтров (обсыпок) толщиной не менее 20 см» [1]. Объемный фильтр представляет собой слой материала вокруг дрены, предназначенный для образования защитной фильтрующей зоны. Она увеличивает водоприемную способность дренажа и предохраняет его от кольматации и заиления.
Для создания объемного фильтра на тяжелых почвах используют привозные материалы, которые составляют от 50 до 80% стоимости дренажной системы. Поэтому решение задачи влияния высоты объемного фильтра на эффективность осушения тяжелых почв является экономически важной. Для решения данной проблемы в схему опыта были включены варианты как минимально-допустимой мощности объемного фильтра (0,2м), так и большей, вплоть до соединения с пахотным горизонтом, с целью создания гидравлической связи с дренажной трубкой, а также и меньшей - для решения экономических вопросов.
Для проведения исследований влияния высоты объемного фильтра на эффективность осушения на тяжелых почвах Новгородской области был построен опытно-производственный участок (ОПУ).
Территория участка представляет собой моренную равнину с абсолютными отметками от 40 до 45 м БС. Почвы ОПУ дерново-подзолисто-глееватые суглинистые, с коэффициентом фильтрации 0,01 - 0,002м/сут.
Схема опыта включает следующие варианты:
1. ОФ 0,8 м (до подошвы пахотного горизонта);
2. ОФ 0,5м;
3. ОФ 0,3 м;
4. ОФ 0,2 м - контроль;
5. ОФОДм.
Глубина дрен в среднем 1,0 м. Способ строительства дренажа - узкотраншейный. Регулирующая сеть представлена пластмассовым дренажем. Материал объемного фильтра - песчано-гравийная смесь (ПГС).
Площадь опытной делянки от 0,85 до 9,78 га, количество дрен на делянке от 8 до 50 шт., длина дрен 200м, повторность трехкратная.
В программу исследований были включены наблюдения за метеопараметрами, уровнем грунтовых вод (УГВ), дренажным стоком, влажностью почвы, развитием сельскохозяйственных культур и урожаем, а также определение основных водно-физических свойств по общепринятым в мелиоративной науке методикам.
Эффективность осушения опытных систем будем анализировать по ряду показателей: скорости снижения УГВ, гидрологическим характеристикам, режиму влажности и продуктивности осушаемых земель.
Скорость снижения УГВ рассчитывалась в критические периоды, когда грунтовые воды находились довольно близко от поверхности земли. Как показали результаты наблюдений, увеличение высоты объемного фильтра по сравнению с контролем способствовало возрастанию скорости падения грунтовых вод (табл. 1).
Таблица 1. Скорость снижения УГВ, см/сут
Вариант Год наблюдения Среднее
1 2 3
ОФ 0,8м 2,87 2,66 4,28 3,27
ОФ 0,5м 2,99 2,83 4,23 3,35
ОФ 0,3м 3,11 3,32 4,56 3,66
ОФ 0,2м 2,18 2,78 4,02 2,99
ОФ 0,1м 2,56 2,73 3,54 2,94
Максимальная скорость падения грунтовых вод наблюдалась на конструкциях с высотой объемного фильтра 0,3м. Уменьшение высоты объемного фильтра в 2 раза по сравнению с контролем привело к несущественному уменьшению скорости сработки грунтовых вод. Гидрологические показатели представлены в табл. 2.
Таблица 2. Гидрологические характеристики опытных систем
Год Осадки
исследования за вегетационный Годовой сток, мм Среднегодовой УГВ, мм
период, мм
ОФ ОФ ОФ ОФ ОФ ОФ ОФ ОФ ОФ ОФ
0,8м 0,5м 0,3м 0,2м 0,1м 0,8м 0,5м 0,3м 0,2м 0,1м
1 265 203 167 234 226 156 108 107 105 97 77
2 268 159 136 146 101 132 104 92 78 95 69
3 183 443 179 185 155 197 113 109 99 92 91
4 245 93 70 72 53 78 110 115 68 105 75
5 245 49 55 51 24 42 110 85 76 80 55
Сред-нее 239 189 121 138 112 121 109 102 85 94 73
Наблюдения за дренажным стоком велись в течение всего года. Период наблюдений в отдельные годы начинался в феврале, как это было в 1 и 3-й годы наблюдений, в остальные годы - в апреле.
Величина дренажного стока в среднем за 5 лет наблюдений была максимальной на варианте с высотой объемного фильтра 0,8м; минимальная - на варианте ОФ 0,2м. Зависимость годового дренажного стока с высотой объемного фильтра выражается:
Н = 94,494(ОФ) + 100,33 при Я2 = 0,7092, (1)
где Н - среднегодовой дренажный сток, мм;
(ОФ) - высота объемного фильтра, м. То есть, увеличение объемного фильтра на 10 см позволило увеличить годовой дренажный сток примерно на 10мм.
Среднегодовой УГВ на всех вариантах был ниже 70 см и только 1 год на системе с ОФ 0,1м он оказался значительно выше (0,55м). Самый низкий УГВ наблюдался в течение всего периода исследований на системах с засыпкой дренажной траншеи до пахотного горизонта, самый высокий -на системах с объемным фильтром 10см. Статистическая обработка данных УГВ показала тесную зависимость его с высотой объемного фильтра:
УГВ = 45(ОФ) + 75,5 при Я2 = 0,7785, (2)
где УГВ - уровень грунтовых вод, см;
(ОФ) - высота объемного фильтра, м. Зависимость (2) показывает, что с увеличением высоты объемного фильтра на 10 см среднегодовой УГВ становится ниже на 4,5 см.
Связь между УГВ и величиной годового стока недостаточно тесная.
Одной из характеристик эффективности осушения является отвод избыточной влаги для обеспечения оптимального водно-воздушного режима в пахотном горизонте почвы, где расположена основная масса корней растений. На рис. представлены средневегетационные запасы влаги в пахотном слое почвы на опытных вариантах по годам исследований.
Вариант
Рис. 1. Запасы влаги по годам исследований
Наименьшие запасы влаги в пахотном горизонте наблюдались на всех вариантах, кроме 4; в третий год исследований, когда за вегетационный период выпало минимальное количество осадков (183мм) и год характеризовался как засушливый; наибольшие - во второй год исследований с максимальным за период наблюдений количеством осадков (268мм).
В среднем запас влаги тесно коррелировал с высотой объемного фильтра (ОФ): = -15,714 (ОФ) + 51,571, при Я2 = 0,649, (3)
где - запас влаги в пахотном горизонте, мм;
(ОФ) - высота объемного фильтра, м.
Полученная зависимость (3) позволила заключить, что с увеличением высоты объемного фильтра на 10 см запас влаги в пахотном горизонте уменьшается на 1,5мм.
На всех опытных участках выращивались многолетние травы на сено, которые были посеяны в предыдущий год под покров зерновых. Максимальная урожайность почти на всех опытных вариантах наблюдалась в первый год исследований (табл.3).
ТаблицаЗ. Продуктивность опытных участков, гл. е./га
Вариант Год исследований Среднее Уравнение связи Коэффициент корреляции
1 2 3 4 5
ОФ 0,8м 5,75 1,65 2,63 2,22 2,95 3,04 у = -0,503х + 4,549 0,50
ОФ 0,5м 6,15 2,25 2,97 2,48 3,55 3,48 у = -0,497х + 4,971 0,50
ОФ 0,3 м 6,95 2,25 3,27 2,12 3,35 3,59 у = -0,733х + 5,787 0,59
ОФ 0,2м 2,99 3,4 3,00 2,73 2,75 2,97 у = -0,115х + 3,319 0,67
ОФ 0,1м 7,55 2,35 2,49 2,22 3,35 3,59 у = -0,853х + 6,151 0,60
С течением времени урожайность многолетних трав имела тренд к снижению за счет старения травостоя. Анализ зависимости продуктивности опытных участков от возраста пользования травостоем показал, что высокий уровень продуктивности в первый год приводит к более резкому её снижению в последующем. В процессе старения травостоев разница в продуктивности между опытными вариантами уменьшалась и к четвертому году стала несущественной. В среднем за 5 лет эксплуатации продуктивность опытных вариантов была примерно одинаковой и не зависела от высоты объемного фильтра.
На основании вышесказанного можно сделать выводы:
- высота объемного фильтра оказала положительное влияние на снижение грунтовых вод и обеспечение нормы осушения;
- увеличение высоты объемного фильтра способствовало уменьшению запасов влаги в пахотном горизонте;
- высота объемного фильтра не оказала существенного влияния на продуктивность осушаемых земель.
Литература
1. СНиП 2.06.03-85 - Мелиоративные системы и сооружения. - М. 1986. УДК 664.64.022.39:534.8
Канд. с.-х. наук М.А. ЯНОВА
(ФГЪОУ ВО Красноярский ГАУ, уапоуа.т(й)таД.га)
ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ УЛЬТРАЗВУКА НА ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ БЕЛКА ПРИ ОБОГАЩЕНИИ МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ КРУПЯНЫХ ПРОДУКТОВ И МУКИ
Ультразвук, кавитация, микроэлементы, белок, крупа, мука
В настоящее время основными способами обогащения круп являются фортификация, применение прогрессивных агротехнологий и проращивание. Хорошей альтернативой классическим методам обогащения может стать ультразвуковая кавитационная обработка, открывающая широкие возможности для расширения ассортимента зерновых и хлебобулочных изделий с заданными свойствами [1].
Перспективным направлением в области здорового питания является разработка продуктов с функциональными свойствами, предназначенных для укрепления защитных функций организма, снижения риска воздействия вредных веществ, и т.д., в том числе для населения экологически неблагополучных зон. Перед пищевой индустрией стоит задача производства качественно новых, экологически безопасных пищевых продуктов с повышенной пищевой ценностью, потребление которых будет способствовать сохранению и укреплению здоровья населения, профилактике заболеваний, связанных с неправильным питанием [2].
В основе выбора функциональных ингредиентов для получения круп функционального действия были использованы результаты мониторинга фактического рациона питания населения институтом питания РАМН. Эти данные являются основанием для выбора из числа нутрицевтиков тех физиологических ингредиентов, дефицит которых достоверно установлен, нарастает и представляет определенную опасность для здоровья человека
[3]. Учитывая данную информацию, принято решение обогащать крупяные продукты железом и цинком.
С целью повышения содержания микроэлементов в крупяных продуктах и муке, а следовательно и получения новых функциональных продуктов была разработана новая технология обогащения крупы методом ультразвуковой кавитационной обработки искусственными минеральными водами [4].
Цель работы заключается в изучении влияния частоты ультразвука на изменение содержания белка при обогащении микроэлементами крупяных продуктов и муки.
Для успешной реализации поставленной цели была намечена задача: изучить влияние основных технологических параметров (температуры, продолжительности обработки и частоты ультразвука) на процесс изменения содержания белка продуктов.
В ходе исследований применялась следующая методика. Соединения, содержащие цинк и железо согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 разрешены для использования при производстве специализированных продуктов [5]. На основе бидистилированной воды готовились растворы солей сульфата железа и сульфата цинка с концентрацией в пересчете на микроэлементы 65 мг/л. Далее производили смешивание крупы с растворами солей в пропорции 1 к 3 по объему, данное соотношение было взято для наиболее лучшего проникания раствора в крупяной массе. Затем смесь подвергали ультразвуковой обработке. В конце этапа ультразвукового облучения жидкость сливалась, а полученные крупяные продукты отправлялись на сушку. Высушенные крупы и полученная из них мука проходили испытания [4].
Обогащение проводилось на экспериментальной ультразвуковой установке, представляющей собой устройство, построенное по принципу ультразвуковой ванны. Основная часть устройства -емкость из инертного материала (нержавеющей стали) с установленными снизу ультразвуковыми пьезокерамическими преобразователями[6].
