Моделирование влияния удобрений на динамику контуров увлажнения при капельном орошении

Иван Алексеевич Успенский; Иван Васильевич Фадеев; Виктор Васильевич Алексеев; Владимир Петрович Филиппов

Иван Алексеевич Успенский ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» https://orcid.org/0000-0002-4343-0444
Иван Васильевич Фадеев ФГБОУ ВО «Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева» https://orcid.org/0000-0002-4343-0444
Виктор Васильевич Алексеев ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова» https://orcid.org/0000-0002-2780-1727
Владимир Петрович Филиппов ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова» https://orcid.org/0000-0002-7240-4405

Ключевые слова: фертигация, контур увлажнения, функция влагопроводности, численные методы, математическая модель

Аннотация

Введение. Обзор исследований по моделированию и расчету контуров увлажнения показывает, что на данном этапе уже достаточно хорошо формализован математический аппарат, связывающий физически обоснованные параметры и гидрофизические свойства почв. Однако для повышения эффективности капельного орошения и фертигации необходимо определить влияние растворенных в поливной воде удобрений на гидрофизические свойства почв. С помощью учета этих характеристик важно определить степень воздействия удобрений на развитие формы и размеров контуров увлажнения.
Материалы и методы. Для исследования влияния удобрений на динамику контуров увлажнения использовался монофосфат калия, поскольку он имеет «плохую» подвижность в почве и его выгодно вносить с поливной водой. Внесение монофосфата калия оказывает влияние на плотность, вязкость, осмотическое давление, контактный угол смачивания и поверхностное натяжение поливной воды. В результате наблюдается изменение основной гидрофизической характеристики почвы и ее функции влагопроводности. Поэтому и контуры увлажнения формируются с небольшими, но все же заметными отличиями.
Результаты исследования. Разработано программное средство, позволяющее исследовать динамику контуров увлажнения различных типов почв механического состава с разной пористостью и с заранее известным начальным распределением влаги по глубине.
Обсуждение и заключение. При добавлении в воду монофосфата калия или других питательных веществ наблюдаются небольшие изменения при формировании контуров увлажнения. Полученные результаты позволяют на стадии проектирования процесса внесения удобрений с поливной водой в капельном орошении для различных вариантов концентрации рассчитать поливные нормы.

Биографии авторов

Иван Алексеевич Успенский, ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева»

заведующий кафедрой технической эксплуатации транспорта ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» (390044, Российская Федерация, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), доктор технических наук, профессор, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4343-0444, Scopus ID: 57193743041, ivan.uspensckij@yandex.ru

Иван Васильевич Фадеев, ФГБОУ ВО «Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева»

заведующий кафедрой машиноведения ФГБОУ ВО «Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева» (428000, Российская Федерация, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, д. 38), доктор технических наук, доцент, Researcher ID: B-8856-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5863-1812, ivan-fadeev-2012@mail.ru

Виктор Васильевич Алексеев, ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова»

профессор кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова» (428025, Российская Федерация, г. Чебоксары, Московский пр-т, д. 15), доктор технических наук, доцент, Researcher ID: F-7784-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2780-1727, av77@list.ru

Владимир Петрович Филиппов, ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова»

доцент кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова» (428025, Российская Федерация, г. Чебоксары, Московский пр-т, д. 15), кандидат физико-математических наук, Researcher ID: AAD-5183-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7240-4405, filippov_v_p@mail.ru

Литература

1. Алексеев, В. В. Изучение влияния механического воздействия на скорость и объем поглощения влаги почвой / В. В. Алексеев, И. И. Максимов, П. В. Мишин // Вестник НГИЭИ. – 2018. – № 7 (86). – С. 18–28. – URL: https://clck.ru/T8PeS (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

2. Алексеев, В. В. Исследование профилей увлажнения почвы с уплотненным слоем при дождевании и поверхностном поливе / В. В. Алексеев // Природообустройство. – 2016. – № 4. – С. 92–96. – URL: https://clck.ru/T8PhM (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

3. Mechanized Application of Ameliorants for Preservation of Soil Moisture on Cultivated Lands / S. A. Vasilyev, A. A. Vasilyev, M. Y. Ivanov, A. V. Vasilyeva. – DOI 10.1088/1757-899X/537/6/062018 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 537, Issue 6. – 6 p. – URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/537/6/062018 (дата обращения: 04.02.2021).

4. Результаты почвенно-мелиоративных исследований при реконструкции межхозяйственной оросительной системы «Дружба» Чувашской Республики / А. Н. Дмитриев, С. А. Васильев, В. В. Алексеев, И. И. Максимов // Мелиорация и водное хозяйство. – 2016. – № 2. – С. 17–21. – URL: http://mivh.vniigim.ru/download/archive/2016/contents_2016_2.pdf (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

5. Вероятностная модель определения возможного уровня урожая / В. П. Якушев, В. М. Буре, В. В. Якушев, А. В. Буре // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2014. – № 6. – С. 59–62. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22448363 (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

6. Добрачев, Ю. П. Модели роста и развития растений и задача повышения урожайности / Ю. П. Добрачев, А. Л. Соколов // Природообустройство. – 2016. – № 3. – С. 90–96. – URL: http://elib.timacad.ru/dl/full/gmgup-15-2016-03.pdf/view (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

7. Дубенок, Н. Н. Водопотребление и продуктивность раннего картофеля при спринклерном орошении / Н. Н. Дубенок, А. Ф. Дружкин, Р. А. Чечко // Мелиорация и водное хозяйство. – 2015. – № 1. – С. 15–18. – URL: http://mivh.vniigim.ru/archive/ (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

8. Ахмедов, А. Д. Контуры увлажнения почвы при капельном орошении / А. Д. Ахмедов, Е. Ю. Галиуллина // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. – 2012. – № 3 (270). – С. 183–188. – URL: https://clck.ru/T8QNd (дата обращения: 04.02.2021).

9. Melikhova, E. V. Computer Simulation and Optimization of Parameters of Configuration of the Contour of Moistening under Drip Irrigation of Agricultures / E. V. Melikhova, A. F. Rogachev. – DOI 10.1007/978-3-030-13397-9_122 // Ubiquitous Computing and the Internet of Things: Prerequisites for the Development of ICT. Studies in Computational Intelligence, vol. 826 ; E. Popkova, ed. – Cham : Springer, 2019. – Pp. 1193–1201. – URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-13397-9_122 (дата обращения: 04.02.2021).

10. Разработка рабочего органа для внесения жидких мелиорантов в почву при плоскорезной обработке / С. А. Васильев, А. А. Васильев, И. И. Максимов, В. В. Алексеев // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. – 2014. – № 1. – С. 55–58. – URL: http://www.sgau.ru/files/pages/846/13917752460.pdf (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

11. Оптимальное управление поливами на основе современных вычислительных алгоритмов / В. В. Бородычев, М. Н. Лытов, А. С. Овчинников, В. С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. – 2015. – № 4 (40). – С. 21–28. – URL: https://clck.ru/T8Sz9 (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

12. Кирейчева, Л. В. Модели и информационные технологии управления водопользованием на мелиоративных системах, обеспечивающие благоприятный мелиоративный режим / Л. В. Кирейчева, И. Ф. Юрченко, В. М. Яшин // Мелиорация и водное хозяйство. – 2014. – № 5–6. – С. 50–55. – URL: http://mivh.vniigim.ru/archive/ (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

13. Ольгаренко, В. И. Применение метода Монте-Карло для моделирования рисков планируемого орошения / В. И. Ольгаренко, И. Ф. Юрченко, И. В. Ольгаренко // Научная жизнь. – 2017. – № 2. – С. 11–19. – URL: http://www.sced.ru/ru/index.php?option=com_content&view=ar ticle&id=577:nauchnaya-zhizn-02-2017&catid=43:uncategorised&Itemid=156 (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

14. Фалькович, А. С. Функции влагопроводности трещиноватых темно-каштановых почв Заволжья / А. С. Фалькович // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. – 2011. – № 7. – С. 66–68. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=16531726 (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

15. Муромцев, Н. А. Определение коэффициента влагопроводности почв в почвенных колоннах и лизиметрах / Н. А. Муромцев. – DOI 10.19047/0136-1694-2013-72-84-95 // Бюллетень Почвенного института имени В. В. Докучаева. – 2013. – Вып. 72. – С. 84–95. – URL: https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/525 (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

16. Шкура, В. Н. Об учете почвенных водно-физических характеристик при определении параметров контуров капельного увлажнения почвы / В. Н. Шкура, А. С. Штанько // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. – 2017. – № 4 (28). – С. 137–153. – URL: http://www.rosniipm-sm.ru/article?n=336 (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

17. Изменение контактных углов смачивания при добавлении в моющие растворы поверхностноактивных веществ / Н. В. Бышов, И. А. Успенский, В. В. Алексеев, И. В. Фадев. – DOI 10.15507/2658-4123.029.201902.295-305 // Инженерные технологии и системы. – 2019. – Т. 29, № 2. – С. 295–305. – URL: http://vestnik.mrsu.ru/index.php/en/articles2-en/82-19-2/707-10-15507-0236-2910-029-201902-10 (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

18. Automation of Determining the Contact Angle of Washing Liquids Wetting / V. V. Alekseev, V. P. Philippov, I. V. Fadeev, S. I. Chuchkalov. – DOI 10.1088/1742-6596/1333/4/042001 // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1333, Issue 4. – 5 p. – URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1333/4/042001 (дата обращения: 04.02.2021).

19. Получение основной гидрофизической характеристики почв на основе идеализированных моделей / В. А. Сысуев, И. И. Максимов, В. В. Алексеев, В. И. Максимов // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2013. – № 5. – С. 63–66. – URL: http://www.cnshb.ru/jour/j_as.asp?id=117606 (дата обращения: 04.02.2021). – Рез. англ.

20. Hydrophysical Aspects of Soil Assessment in Melioration / V. V. Alekseev, R. I. Aleksandrov, S. A. Vasiliev, S. I. Chuchkalov. – DOI 10.1088/1755-1315/341/1/012106 // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2019. – Vol. 341. – 6 p. – URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/341/1/012106 (дата обращения: 04.02.2021).

21. Simulation of Drip Irrigation on Slope Lands / V. Alekseev, S. Chuchkalov, V. Philippov [et al.]. – DOI 10.1051/bioconf/20201700218 // Proceedings of International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2019). – 2020. – Vol. 17. – 5 p. – URL: https://www.bio-conferences.org/articles/bioconf/full_html/2020/01/bioconf_fies2020_00218/bioconf_fies2020_00218.html (дата обращения: 04.02.2021).