Природоохранные режимы и технологии орошения дождеванием кормовых культур в степной зоне Прииртышья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Природоохранные режимы и технологии орошения дождеванием кормовых культур в степной зоне Прииртышья

Специальность 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Данильченко А.Н.

Москва - 2008

Работа выполнена в ФГНУ Всероссийский институт систем орошения и сельхозводоснабжения "Радуга", ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова

Научный руководитель: доктор технических наук

Губер Кирилл Вадимович

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Рязанцев Анатолий Иванович

кандидат технических наук

Сильченков Иван Степанович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. За последние 10…15 лет площадь орошаемых земель в Российской Федерации сократилась более чем на 30% (с 6,2 млн. га в 1991 году до 4,3 млн. га в 2006 году) при этом резко снизилась эффективность сельскохозяйственного производства на орошаемых землях. Наиболее существенно роль орошаемых земель снизилась в степной зоне с устойчивым природным дефицитом влаги, где урожайность сократилась более чем в 2…3 раза, а в сухие годы приблизилась к урожайности богарных земель. орошение подземный степной

К числу таких регионов относится и Прииртышско-Кулундинская равнина, где в конце 1970-х годов началось интенсивное развитие орошения на базе использования подземных вод. Накопленный к настоящему времени опыт показал, что в условиях засушливого климата эффективность орошаемого земледелия зависит главным образом от режима орошения сельскохозяйственных культур. Поэтому проблемы изучения и научного обоснования режимов орошения сельскохозяйственных культур, обеспечивающих получение гарантированных урожаев и сохранение экологического равновесия окружающей среды, а также разработка рекомендаций для проектирования и эксплуатации оросительных систем, остаются крайне актуальными.

Автор на протяжении ряда лет участвовал в работе над реализацией отраслевой программы по теме 0.52.01.И.01Т «Разработать и внедрить оросительные системы и технологический процесс полива широкозахватной дождевальной машиной ЭДМФ «Кубань», и разработке нормативного отраслевого документа «Пособие по проектированию оросительных систем с ЭДМФ «Кубань».

Цель работы. Разработать природоохранные режимы и технологии орошения дождеванием кормовых культур с использованием подземных вод в условиях степной зоны Прииртышско-Кулундинской равнины.

Задачи работы:

· провести анализ состояния орошения подземными водами и оценить перспективу его развития в регионе;

· изучить суммарное водопотребление кормовых культур;

· установить биоклиматически обоснованные оросительные нормы и разработать режимы орошения люцерны на сено и кукурузы на силос;

· изучить динамику составляющих водного баланса на орошаемых землях с различными глубинами залегания грунтовых вод;

· изучить эксплутационно-технологические характеристики полива кормовых культур ЭДМФ «Кубань» (потери оросительной воды на испарение при поливе, эрозионно-допустимые поливные нормы, равномерность распределения дождя и т.д.) и разработать адаптированные к местным условиям водосберегающие, природоохранные технологии полива люцерны и кукурузы;

· разработать рекомендации по технологии полива и определению оптимальных режимов механизированного орошения люцерны и кукурузы в природно-климатических условиях Прииртышско-Кулундинской равнины.

Для решения поставленных задач автором проведены теоретические исследования проблемы, спланирован и реализован многолетний комплекс полевых исследований режимов орошения и технологий полива люцерны и кукурузы в степной зоне Прииртышья. Проведен всесторонний анализ полученных результатов и сделаны обобщения, необходимые для их последующего использования в производстве.

Методология исследований. Основой экспериментальных и теоретических исследований послужили работы А.Н. Костякова, А.М. Алпатьева, С.М. Алпатьева, И.П. Айдарова, А.И. Будаговского, С.Я. Бездниной, Г.В. Воропаева, А.И. Голованова, Н.В. Данильченко, В.Ф. Носенко, Н.С. Ерхова, А.Р. Константинова, В.С. Мезенцева, Б.С. Маслова, Х.Л. Пенмана, Б.Б. Шумакова, Л.М. Рекса, Г.Т. Селянинова, С.И. Харченко, Д.И. Шашко и других известных ученых в области мелиорации сельскохозяйственных земель, растениеводства, климатологии, гидрогеологии, земледелия и почвоведения.

Полевые исследования проводились с применением стандартных и специально разработанных методик, а достоверность полученных результатов оценивалась путем верификации теоретических зависимостей и результатов полевых исследований.

Научная новизна работы:

· впервые в Прииртышье организованы и проведены масштабные многолетние комплексные исследования приёмов рационального использования подземных вод при орошении дождеванием;

· получены значения биологических коэффициентов, установлены и обоснованы оросительные нормы, режимы орошения люцерны и кукурузы для лет различной обеспеченности по дефициту влаги;

· изучена динамика составляющих водного баланса на орошаемых землях при разной глубине грунтовых вод, их влияние на влагообеспеченность растений и режимы орошения кормовых культур;

· установлены размеры потерь оросительной воды на испарение и равномерность её распределения по площади при поливе ЭДМФ «Кубань»;

· установлены эрозионно-допустимые поливные нормы при поливе дождеванием в природных условиях Прииртышья;

· получены количественные и качественные характеристики технологии полива кормовых культур дождеванием в Прииртышье;

· разработана экологически безопасная и ресурсосберегающая технология полива кормовых культур ЭДМФ «Кубань» на супесчаных каштановых почвах Прииртышья;

· на основе полевых и теоретических исследований проведено районирование Прииртышско-Кулундинской равнины по природной тепло- и влагообеспеченности, оросительным нормам и режимам орошения люцерны и кукурузы.

На защиту выносятся:

· величины суммарного водопотребления и оросительных норм кукурузы и люцерны, значения биологических коэффициентов растений, коррелирующие с теплоэнергетическими ресурсами климата Прииртышья;

· расчётные зависимости для установления влияния динамики грунтовых вод на влагообеспеченность кормовых культур, оросительные нормы и режимы орошения на супесчаных каштановых почвах;

· расчётные зависимости для определения качества полива и потерь оросительной воды на испарение во время полива, достоковых поливных норм при поливе широкозахватными дождевальными машинами;

· рациональные технологии полива кормовых культур дождеванием ЭДМФ «Кубань»;

· результаты районирования Прииртышско-Кулундинской равнины по природной тепло- и влагообеспеченности, оросительным нормам и режимам орошения люцерны и кукурузы.

Практическое значение и реализация работы. Полученные результаты исследований позволяют:

· принимать научно-обоснованные решения при оценке целесообразности и эффективности орошения с использованием подземных вод в Прииртышье;

· получать гарантированные урожаи на орошаемых землях с сохранением эрозионной устойчивости почвенного покрова и экологического равновесия в условиях степной и сухостепной зон Прииртышья.

Результаты исследований прошли практическую проверку в хозяйствах Успенского района Павлодарской области и зональных проектных институтах, использованы при разработке рекомендаций «Водосберегающие оросительные нормы и экологически безопасные режимы орошения сельскохозяйственных культур в Уральском регионе» (1999), «Водосберегающие оросительные нормы и природоохранные режимы орошения дождеванием в Западной Сибири» (2000), «Природная тепло,- влагообеспеченность Центрально-Чернозёмных областей России и её влияние на режимы орошения и урожайность» (2000), «Научно-обоснованные нормы и режимы орошения в Московской области» (2002), «Влияние природной тепло,- влагообеспеченности на параметры орошения и урожайность в ЦЧО» (2004), а так же при создании отраслевого нормативного документа «Пособие по проектированию оросительных систем с ЭДМФ «Кубань» (М.: Союзводпроект, 1986).

Апробация результатов исследований и публикации. Основные методические положения и полученные результаты докладывались и обсуждались на заседаниях Учёного Совета ВНПО «Радуга» (1984…1989 г.г.), ежегодных отчётах Лаборатории использования подземных вод ВНПО «Радуга» (1985, 1986, 1988, 1989 г.г), на конференциях молодых учёных ВНПО «Радуга» (1985…1989 г.г.) и ВНИИГиМ (1987 г.), а также научно-технических конференциях в г. Москве (МГМИ-1986 г.), г. Джамбуле (КазНИИВХ-1987 г.), г. Алма-Ате (КазПТИ-1985, 1989 г.г.). По результатам исследований опубликовано 15 работ, в т.ч. 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов и приложений, списка литературных источников из 193 наименований. Общий объём диссертации составляет 179 страниц компьютерного текста, 42 рисунка, 52 таблицы, 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится краткая природная и хозяйственная характеристика региона и оцениваются перспективы развития орошения.

Анализ многолетнего ряда метеоданных позволяет сделать вывод о том, что теплоэнергетические ресурсы климата и устойчивый дефицит естественного увлажнения являются основной причиной низкой продуктивности богарного земледелия. Так, испаряемость за тёплый период года с t воздуха выше 5,0 ^°С изменяется от 750 мм в средний год до 950…1000 мм в сухие годы, а сумма атмосферных осадков соответственно от 160 мм до 110…130 мм. Коэффициент естественного увлажнения составляет в среднем 0,29…0,31. Почвы региона исследований относятся к Казахской провинции сухостепной зоны каштановых почв. Почвы супесчаные и легкосуглинистые по гранулометрическому составу, отличаются бесструктурностью и слабой водоудерживающей способностью (ППВ=9…11 %). Вместе с тем водно-физические свойства каштановых почв позволяют регулировать влажность в них при поливе дождеванием в оптимальном диапазоне без поверхностного стока.

Теплоэнергетические особенности климата, наличие плодородных почв и значительных запасов пригодных для орошения подземных вод (минерализация 0,5…0,6 г/л, температура 20…27 ^°С), позволяют развивать орошаемое земледелие в степной зоне Прииртышья.

Во второй главе рассматриваются теоретические предпосылки и технико-эксплуатационные возможности применения дождевания в степной зоне Прииртышья.

Исследованиями А.Н. Костякова, Б.Б. Шумакова, Г.В. Воропаева, В.Ф. Носенко, Н.В. Данильченко, К.В. Губера, А.П. Исаева, Н.С. Ерхова, А.Р. Константинова, С.И. Харченко и др. доказано, что дождевание обеспечивает рациональное использование водных и земельных ресурсов, получение устойчивых урожаев орошаемых культур и экологическую безопасность окружающей среды только в том случае, если имеются технические возможности для реализации научно обоснованных норм, режимов и технологий полива, соответствующих рельефу, почвам, климату, гидрогеологическим и другим природным ресурсам. Проведенный структурный анализ сбережения артезианских вод на оросительных системах позволил выделить агробиологические, почвенно-мелиоративные, организационно-хозяйственные и экологические требования к режимам и технологиям орошения, комплексная реализация которых возможна только при наличии достоверных данных о физико-механических, водно-физических и химических свойствах орошаемых почв, мелиоративном состоянии орошаемых земель, суммарном водопотреблении орошаемых культур, оросительных и поливных нормах, технико-эксплуатационных параметрах применяемых дождевальных машин, экологически обоснованных технологиях механизированного орошения.

В условиях, когда природные атмосферные ресурсы влаги лимитируют нормальное развитие сельскохозяйственных растений, подача оросительной воды в необходимом количестве и в нужные сроки является одним из основных агробиологических требований. Анализ существующих методов установления водопотребления орошаемых культур позволил принять для расчетов биоклиматический метод, который основан на учёте погодных условий, влажности почвы и биологических особенностей орошаемой культуры, а для установления оросительных норм и режимов орошения - метод водного баланса.

При дождевании часть оросительной воды испаряется во время полива. Без учёта затрат воды на испарение, поступающий в почву объём оросительной воды оказывается меньше расчётного. Поэтому при определении параметров механизированного орошения необходимо проводить детальный учет потерь оросительной воды на испарение.

Другой особенностью дождевания является неравномерность распределения оросительной воды по площади полива. Она зависит как от структуры формируемого машиной дождевого облака, так и от ветрового режима в момент полива.

Для предупреждения поверхностной дефляции почв представляется необходимым изучение приёмов эрозионно-безопасного орошения дождеванием. Решение этой проблемы может быть достигнуто путём сопоставления впитывающей способности почвы с интенсивностью и структурой дождевого облака применяемых дождевальных машин.

В результате фильтрационных потерь подземных вод из накопительных водоемов сезонного регулирования и оросительной сети на части земель, где существуют местные водоупоры, сформировались пресные грунтовые воды с глубиной 1,0…2,5 м (верховодка). Они не связаны с региональными солеными грунтовыми водами, залегающими на глубине более 15 метров. Учет капиллярного поступления антропогенных грунтовых вод в корнеобитаемый слой почвы при расчетах и реализации режимов орошения сельскохозяйственных культур на этих землях позволит понизить их уровень, а в дальнейшем полностью ликвидировать верховодку, предотвратить (совместно с реконструкцией водоемов) дальнейшее ухудшение мелиоративного состояния орошаемых земель.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований и производственной проверки режимов орошения и технологий полива кормовых культур в условиях степной зоны Прииртышья.

Комплексные научно-исследовательские работы проводились на орошаемых землях колхоза «30 лет Казахской ССР» Успенского района, расположенных в сухостепной зоне Павлодарского Прииртышья. Исследования проводились на орошаемом ЭДМФ «Кубань» опытно-производственном участке (ОПУ) и специально созданном рядом с ОПУ лизиметрическом полигоне с 24 лизиметрами (площадь испаряющей поверхности 1,13 м², глубина грунтовых вод 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 м), почвенным ГГИ-500-100 и водным ГГИ-3000 испаромероми, метеорологической станцией. Опытными культурами в лизиметрах и на производственных полях были кукуруза на силос и люцерна на сено.

Необходимость изучения суммарного водопотребления обусловлена тем, что оно является основной расходной статьей уравнения водного баланса и служит исходным параметром для последующего расчёта оросительных норм и режимов орошения.

Суммарное водопотребление кукурузы при оптимальных влажности корнеобитаемого слоя почвы и уровне агротехники (табл. 1) изменяется по годам исследований от 436,7 до 512,3 мм, а декадное - от 12,8 до 72,2 мм, при максимальных значениях во второй половине июля, начале августа. Суммарное водопотребление люцерны на сено составляет в среднем 620,3 мм. Декадное водопотребление изменяется от 18,7 до 67,6 мм, достигая наибольших значений перед каждым укосом в фазу бутонизации-цветения.

Таблица 1 Суммарное водопотребление Е орошаемых культур за годы исследований, мм

Годы	Период вегетации	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	?Еv, мм
Кукуруза на силос
1983	16.05…31.08	12,8	111,2	198,0	190,3	-	512,3
1984	21.05…30.08	13,4	113,1	150,3	159,9	-	436,7
1985	21.05…5.09	16,5	115,7	177,3	123,7	20,4	453,6
1986	21.05…10.09	12,7	88,7	140,2	154,0	41,5	437,1
1987	15.05…10.09	21,5	105,8	190,2	144,3	27,2	489,0
Среднее	мм	15,4	106,9	171,2	154,4	29,6	477,5
	%	3,2	22,4	35,9	32,3	6,2	100
Люцерна на сено
Среднее	мм	79,7	180,8	141,2	119,7	98,9	620,3
	%	12,8	29,2	22,8	19,3	15,9	100

При оптимальных влажности корнеобитаемого слоя почвы и уровне агротехники водопотребление изменяется преимущественно под влиянием складывающихся погодных условий. Полученные по результатам исследований средние многолетние биологические коэффициенты орошаемых сельскохозяйственных культур приведены в табл. 2.

Таблица 2 Средние многолетние биологические коэффициенты К_б орошаемых культур

Сумма температур воздуха t от начала вегетации, °С
0- 200	201- 400	401- 600	601- 800	801- 1000	1001- 1200	1201- 1400	1401- 1600	1601- 1800	1801- 2000	2001- 2200	2201- 2400	2401- 2600
Кукуруза на силос
0,44	0,53	0,66	0,80	0,94	1,06	1,16	1,20	1,16	1,02	0,78	-	-
Люцерна на сено
0,61	0,72	0,92	1,18	0,59	0,90	1,17	1,28	0,58	0,88	1,14	1,26	0,61

При расчётах суммарного водопотребления следует учитывать, что биологические коэффициенты К_б могут отличаться от средних, приведенных в табл. 2, если погодные условия в реальном времени будут отличаться от тех, при которых они получены. Для корректировки среднего многолетнего биологического коэффициента К_б предлагается использовать следующую зависимость:

где: К_бi - расчетный биологический коэффициент; К_б - средний многолетний биологический коэффициент; Е - средняя многолетняя испаряемость за расчётный период, мм; Е_i - испаряемость за тот же период в расчетном году, мм.

Результаты водобалансовых исследований по определению дефицитов водопотребления (оросительных норм) кукурузы и люцерны представлены в табл. 3 и на рис. 1. Суммарный за вегетацию дефицит водопотребления кукурузы на силос по годам исследований изменяется от 253 до 369 мм, а в среднем составляет 297,9 мм или 62,4 % от суммарного водопотребления. Дефицит водопотребления люцерны на сено за годы исследований изменяется от 351 до 518 мм. Максимальный декадный дефицит водопотребления кукурузы в средний год достигает 40…45 мм, а люцерны 45…50 мм.

Таблица 3 Дефициты водопотребления ДE_v орошаемых культур (за годы исследования)

Параметры	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	и ср.
Кукуруза на силос
Суммарное водопотребление	мм	15,4	106,9	171,2	154,4	29,6	477,5
Атмосферные осадки Р	мм	9,5	34,3	41,1	34,6	5,1	124,6
Почвенные влагозапасы Wa	мм	5,9	33,7	15,4	0	0	55
Дефицит водопотребления	мм	0	38,9	114,7	119,8	24,5	297,9
	% от	0	36,4	67,0	77,6	82,8	62,4
Люцерна на сено
Суммарное водопотребление	мм	79,7	180,8	141,2	119,7	98,9	620,3
Атмосферные осадки Р	мм	35,7	32,6	41,1	34,6	17,7	161,7
Почвенные влагозапасы Wa	мм	40,0	15,0	0	0	0	55
Дефицит водопотребления	мм	4,0	133,2	100,1	85,1	81,2	403,6
	% от	5,0	73,7	70,9	71,1	82,1	65,1

Рис. 1 Дефициты водопотребления ДE_v орошаемых культур (средние за годы исследования)

Установленные многолетними исследованиями зависимости между испаряемостью, водопотреблением, биологическими коэффициентами и дефицитами водопотребления позволяют определять для региона не только средние многолетние оросительные нормы, но и их вероятностные (обеспеченные) значения в разные по влажности годы (табл. 4).

Таблица 4 Дефициты водопотребления (оросительные нормы нетто) орошаемых культур по метеостанциям Прииртышско-Кулундинской равнины

Метеос- танция, Ку	С/х культура	Вероятностные (обеспеченные) значения дефицита водопотребления , мм
		5 %	25 %	50 %	75 %	85 %	95 %
Павлодар 0,28	Кукуруза на силос	170	256	310	356	377	407
	Люцерна на сено	264	368	440	507	540	604
Успенка 0,29	Кукуруза на силос	140	206	261	322	356	412
	Люцерна на сено	220	314	385	468	526	587
Кулунда 0,29	Кукуруза на силос	138	205	264	334	373	440
	Люцерна на сено	198	300	390	490	546	640
Славгород 0,34	Кукуруза на силос	97	173	236	304	342	403
	Люцерна на сено	159	267	351	438	484	557
Родино 0,34	Кукуруза на силос	104	162	229	306	345	395
	Люцерна на сено	173	242	317	408	459	534
Карасук 0,41	Кукуруза на силос	54	123	177	233	263	310
	Люцерна на сено	98	186	257	334	375	443
Полтавка 0,44	Кукуруза на силос	77	136	184	235	263	308
	Люцерна на сено	121	195	252	305	330	384
Купино 0,46	Кукуруза на силос	34	103	159	214	242	280
	Люцерна на сено	72	150	215	286	325	388
Полянка 0,46	Кукуруза на силос	52	128	180	229	253	289
	Люцерна на сено	76	175	239	296	323	362
Черлак 0,47	Кукуруза на силос	40	106	160	218	250	300
	Люцерна на сено	56	144	214	286	324	385

В работе использование грунтовых вод орошаемыми культурами определяется коэффициентом g_г (табл.5), представляющим собой отношение поступившей грунтовой воды в корнеобитаемый слой почвы W_г к суммарному водопотреблению за расчётный интервал времени.

Таблица 5 Коэффициенты использования грунтовых вод g_г орошаемыми культурами (за годы лизиметрических исследований)

Глубина грунтовых вод Нг, м	Сумма температур воздуха ?t от начала вегетации, °С
	0-200	201-400	401-600	601-800	801-1000	1001-1200	1201-1400	1401-1600	1601-1800	1801-2000	2001-2200	2201-2400
Кукуруза на силос
1,0	0,05	0,12	0,21	0,32	0,41	0,49	0,57	0,63	0,68	0,71	0,48	-
1,5	0,02	0,07	0,13	0,22	0,28	0,33	0,39	0,44	0,48	0,50	0,33	-
2,0	0,01	0,05	0,07	0,13	0,16	0,20	0,23	0,26	0,28	0,28	0,19	-
2,5	0	0	0,01	0,02	0,02	0,03	0,04	0,04	0,05	0,05	0,03	-
Люцерна на сено
1,0	0,24	0,46	0,66	0,78	0,83	0,87	0,83	0,72	0,61	0,73	0,81	0,82
1,5	0,16	0,35	0,48	0,57	0,67	0,73	0,71	0,60	0,50	0,64	0,72	0,73
2,0	0,06	0,20	0,32	0,39	0,47	0,48	0,47	0,41	0,31	0,41	0,54	0,56
2,5	0	0,03	0,07	0,11	0,12	0,14	0,16	0,17	0,08	0,13	0,16	0,17

При поддержании оптимальной влажности почвы по мере нарастания корневой системы, а также в засушливые периоды времени, приток грунтовых вод в корнеобитаемый слой почвы возрастает, их доля в суммарном водопотреблении становится тем больше, чем ближе к поверхности находится горизонт грунтовых вод. При глубине грунтовых вод Н_г=1,0 м коэффициент их использования посевами кукурузы g_г в среднем за вегетацию составляет 0,5. При Н_г=2,0 м коэффициент g_г имеет среднее значение 0,17, т.е. доля грунтовых вод в суммарном водопотреблении кукурузы снижается до 17 % и становится в 2,5…3 раза меньше, чем при Н_г = 1,0 м. При глубинах больше 2,5 м грунтовые воды перестают участвовать в водопотреблении кукурузы.

Посевы люцерны благодаря более мощной корневой системе и длительному вегетационному периоду используют больше грунтовой воды по сравнению с кукурузой, а критическая глубина грунтовых вод равна 3,0 м.

Установленные уравнения связи коэффициента использования грунтовых вод g_г с глубиной их залегания Н_г и периодом вегетации позволили разработать номограмму (рис. 2) для определения количества капиллярно используемых грунтовых вод посевами орошаемых культур в разные по влажности (обеспеченности) годы.

Грунтовые воды влияют не только на величины оросительных норм, но и на режимы орошения, т.е. на величины поливных норм, количество поливов, сроки поливов и длительность межполивных периодов (табл.6).

При глубине грунтовых вод Н_г = 2,5 м кукуруза нуждается в 7 поливах с межполивными периодами 11…16 дней, а при Н_г = 1,0 м достаточно 4-х поливов с увеличением межполивных периодов до 17…25 дней. На землях с глубокими грунтовыми водами дата наступления первого полива наступает 20…21 мая, а при глубине грунтовых вод 1,0…1,5 м первый полив смещается на 30…31 мая.



Рис. 2 Номограмма для определения капиллярного использования грунтовых вод (W_г, мм) орошаемыми культурами

Таблица 6 Расчетный режим орошения кукурузы на силос в среднесухой год (75% обеспеченности) при разной глубине грунтовых вод

Глубина грунтовых вод Hг, м	Номер полива	Поливная норма нетто m, мм	Средняя дата полива	Межполивной период, дней	Суточный расход оросительной воды, мм	Оросительная норма М, мм
Нг 2,5	1	40	22.05	12 11 12 12 13 16	3,33 3,63 4,16 4,66 4,62 3,74	360
	2	40	4.06
	3	50	14.06
	4	50	26.06
	5	60	8.07
	6	60	21.07
	7	60	7.08
Нг = 2,0	1	40	24.05	14 13 15 15 16	2,85 3,08 3,34 3,34 3,12	280
	2	40	7.06
	3	50	20.06
	4	50	5.07
	5	50	20.07
	6	50	6.08
Нг = 1,5	1	40	28.05	16 16 17 19	2,50 2,50 2,35 2,10	200
	2	40	14.06
	3	40	30.06
	4	40	16.07
	5	40	5.08
Нг = 1,0	1	30	30.05	18 17 25	1,67 1,76 1,60	130
	2	30	18.06
	3	40	5.07
	4	30	1.08

Эффективность полива сельскохозяйственных культур дождеванием во многом зависит от равномерности распределения слоя дождя по площади полива, оценивается коэффициентом эффективного полива К_эф и находится в непосредственной зависимости от ветрового режима региона.

Исследования влияния скорости ветра на высоте 2-х метров v₂ (м/с) на коэффициент эффективного полива К_эф ЭДМФ «Кубань» при слое осадков более 35 мм позволили установить следующую зависимость:

ЭДМФ «Кубань» обеспечивает значение К_эф больше 0,75 (предусмотренное агротехническими требованиями) при скоростях ветра до 4,0 м/с, а вероятность превышения критической скорости ветра 4,0 м/с за вегетационный период не превышает 6 %. Наиболее неблагоприятный ветровой режим наблюдается в мае…июне, а благоприятный в течение суток - в ночное время, поэтому необходимо организовывать круглосуточную работу ДМ.

Обработка экспериментальных данных при скоростях ветра до 2 м/с показала, что на качество полива ЭДМФ «Кубань» влияет не только скорость ветра, но и величина слоя осадков за проход машины h (мм):

Минимальный слой осадков за проход машины, при котором коэффициент К_эф становится меньше нормативного (0,75), равен 17 мм.

Оптимизация водного режима орошаемых земель и эффективность использования оросительной воды при дождевании в значительной мере связаны с потерями оросительной воды на испарение в процессе полива. Принятая для орошения кормовых культур ЭДМФ «Кубань» отличается размерами и формой дождевого облака, структурой и интенсивностью дождя, для которых затраты воды на испарение мало изучены. Приведенные в технической и справочной литературе данные различных авторов имеют существенные расхождения, что затрудняет возможность их оценки и практического применения в степной зоне Прииртышья. Суммарные потери оросительной воды на испарение при дождевании (в процентах поливной нормы) равны:

где: - суммарные потери оросительной воды на испарение при дождевании; _n - испарение в воздухе при поливе (с поверхности дождевых струй и капель, снос ветром мелких дождевых капель и водяной пыли за пределы орошаемого участка); _р - испарение дождевой воды, задержанной листьями растений.

Математическая обработка полученных экспериментальных данных позволила установить зависимость испарения оросительной воды при поливе ЭДМФ «Кубань» у_п (в процентах поливной нормы) от температуры и влажности воздуха, скорости ветра в момент проведения полива:

где: - параметр, характеризующий влагопоглощающую способность приземного слоя воздуха:

где: t - температура воздуха в момент полива, °С; А - относительная влажность воздуха, %; v₂ - скорость ветра на высоте 2 м от поверхности земли, м/с.

Для практического применения зависимости 6 разработана номограмма (рис.3), по которой при известных значениях температуры, влажности воздуха и скорости ветра определяются потери воды на испарение при поливе ЭДМФ «Кубань».

Рис. 3 Номограмма для определения затрат воды на испарение при поливе ЭДМФ «Кубань» (в % от расхода воды дождевальной машины)

Потери воды на испарение в воздухе изменяются от 2…5% поливной нормы в пасмурные дни и ночное время, до 16…18 % в жаркие дни.

Слой воды, задерживаемый растениями кукурузы, изменяется от 0,1 мм в начале вегетации до 1,6 мм в период максимального развития растительного покрова, а растениями люцерны от 0,3…0,5 мм в послеукосный период до 0,9…1,0 мм перед укосом. При поливной норме 30 мм растениями кукурузы задерживается от 0,3 % поливной нормы в начале вегетации 5,3 % в период с максимальной надземной массой, а растениями люцерны от 1,0…1,7 % после укоса до 3,0…3,3 % перед укосом.

Потери оросительной воды на испарение приводят к снижению почвоувлажнительного эффекта на 5…10 % в ночное время и на 15…20 % в дневное, и обусловливают необходимость увеличения расчётной поливной нормы. Вместе с тем, за счёт испарения дождевой воды на орошаемом поле формируется благоприятный для растений микроклимат за счёт понижения температуры и повышения влажности в приземном слое воздуха. В этой связи затраты воды на испарение при дождевании лишь частично могут быть отнесены к непроизводительным потерям.

Основой оптимизации режима орошения дождеванием и технологий полива ЭДМФ «Кубань» является достоковая, эрозионно-допустимая поливная норма (ЭДПН). Для определения ЭДПН была принята методика Н.С. Ерхова, которая учитывает как почвенные условия орошаемого участка (стандартный показатель впитывания при дождевании, плотность и влажность почвы) и состояние агрофона, так и структуру дождя дождевальной машины с учетом её неравномерности. На супесчаных каштановых почвах при поливе ЭДМФ «Кубань» достоковая поливная норма для кукурузы (рис. 4) изменяется от 32…35 мм в начале вегетационного периода до 40…50 мм в фазы вымётывания и цветения, т.е. возрастает в 1,3…1,5 раза.



Рис. 4 Изменение достоковой поливной нормы при дождевании ЭДМФ «Кубань» кукурузы на силос(II) и люцерны на сено (I)

Для люцерны перед укосом достоковая поливная норма составляет 38…40 мм и снижается после укоса до 35…36 мм, т.е. изменяется всего на 10…15 %. Полученные экспериментальным путём эрозионно-допустимые поливные нормы достаточно хорошо согласуются с данными Н.С. Ерхова, А.М. Абрамова, А.П. Лихацевича, В.Ф. Носенко и других исследователей. Проведенные исследования позволяют разработать технологию орошения люцерны и кукурузы ЭДМФ «Кубань» поливной нормой до 60 мм (за два прохода) с высоким коэффициентом эффективного полива и без нарушения экологического равновесия в пахотном горизонте почвы.

Проведенные исследования позволили сформулировать некоторые принципы, которые необходимо учитывать при разработке рациональных технологий полива:

· поливная норма m_i не должна превышать достоковую m_д (ЭДПН), в противном случае она должна быть реализована за несколько приёмов n;

· слой осадков за первый проход машины должен быть минимальным из условия колееобразования и проходимости машины, а при последующих поливах - больше m_min =17 мм, при котором обеспечивается нормативное значение коэффициента эффективного полива;

· необходимо планировать круглосуточную работу дождевальных машин с целью снижения потерь оросительной воды на испарение и повышения качества распределения оросительной воды по площади полива;

· параметры производительности механизированного орошения должны определяться с учетом потерь оросительной воды на испарение и возможных простоев машины из-за высоких скоростей ветра;

· технологические схемы должны обеспечивать работу машины без холостых перегонов.

Исследования показали, что в почвенно-климатических условиях Прииртышья количество проходов для выдачи расчётной поливной нормы не превышает двух. Изучение и анализ работы ЭДМФ «Кубань» при реализации различных режимов орошения позволили рекомендовать для практического применения приведенные на рис. 5 технологические схемы, полностью исключающие холостые перегоны машины и частично движение машины по мокрому полю.



m_р = 2 m_i; m_р = m_i1 + m_i2;

m_p ? m_д; m_i1 < 0,5 m_p;

m_i2 > 0,5 m_p ? m_д;

m_p - расчетная поливная норма; m_д - достоковая поливная норма; m_i - норма полива за один проход; l_п - длина поля; b_п - ширина поля.

Рис. 5 Технологические схемы полива сельскохозяйственных культур ЭДМФ «Кубань».

При этом слой осадков за один проход должен быть больше минимального m_min из условия обеспечения качества полива (m_min =17 мм). Если m_i1 получается меньше m_min, то первый проход проводится слоем m_min,.

Преимущества такой схемы работы ЭДМФ «Кубань» отмечаются также в работах Губера К.В., Маслова В.П. (1989); Имеришвили А.Г. (1990).

В четвёртой главе изложена методика распространения опытных данных на неохваченные исследованиями территории, дана оценка природной тепло- и влагообеспеченности Прииртышско-Кулундинской равнины и выполнено её районирование по оросительным нормам и режимам орошения, относительному снижению урожайности орошаемых культур от недостатка природного водообеспечения в разные по влажности годы. Методика основана на установленных в главе 3 связях между параметрами орошения и природным ресурсам климата через систему биоклиматических показателей.

В качестве комплексного показателя, влияющего на суммарное водопотребление, оросительную норму и режимы орошения, принята испаряемость, а для оценки природной тепло- и влагообеспеченности территории использован коэффициент увлажнения К_у. Для расчетов используются метеорологические данные по 10 опорным метеостанциям региона за 35…40-летний период наблюдений и сведения о гранулометрическом составе и водно-физических свойствах почв. Полученные по каждой метеостанции значения К_у за 35…40-летний период статистически обрабатываются. Сначала хронологические ряды К_у ранжируются по формуле Хазена А., т.е. выстраивается ряд эмпирического распределения вероятностей К_у. По данным эмпирического ряда определяются параметры аналитической модели и достоверные прогнозные значения К_у. По средним многолетним значениям составляется карта изолиний К_у, характеризующих изменчивость тепло- и влагообеспеченности территории в пространстве и времени.

Территориально К_у изменяется с северо-запада на юго-восток от 0,45 до 0,29 (рис. 6).

Рис. 6 Районирование территории Прииртышья по среднему многолетнему коэффициенту природного увлажнения K_у

Территория севернее изолинии 0,3 относится к степной зоне, а южнее - к сухостепной. Плавность изолиний К_у определяется равнинностью территории региона (Кулундинская степь, Ишимо-Иртышская и Павлодарская равнины) и умеренной сменой климатических и почвенных условий.

Для расчёта суммарного водопотребления использованы те же метеоданные, что и для расчёта испаряемости и биологические коэффициенты, установленные экспериментальным путём на объекте исследований (глава 3).

При поддержании оптимальной влажности корнеобитаемого слоя почвы в природно-климатических условиях Прииртышской равнины суммарное водопотребление кукурузы на силос (рис. 7, табл. 7) изменяется от 330…375 мм во влажные годы, до 495…540 мм в сухие, а люцерны на сено от 425…520 до 650…875 мм соответственно.

Рис.7 Территориальная изменчивость среднего многолетнего суммарного водопотребления Е_vo кукурузы на силос

Водопотребление кукурузы на силос в разные по влажности годы, мм

Evo, мм	Вероятностные (обеспеченные) значения Evp, мм
	5 %	25 %	50 %	75 %	85 %	95 %
380	310	350	380	410	430	470
390	320	360	390	420	440	480
400	330	370	400	430	450	500
410	340	380	410	440	460	510
420	350	390	420	460	470	520
430	360	400	430	470	480	530
440	370	410	440	470	500	550

Таблица 7 Суммарное водопотребление орошаемых культур

Природная зона	Коэффициент Ку	Вероятностные значения E, мм
		5%	25%	50%	75%	85%	95%
Кукуруза на силос
Сухостепная	0,3	375	410	440	470	490	540
Степная	0,31…0,45	330	370	400	430	450	495
Люцерна на сено
Сухостепная	0,3	520	580	635	690	725	875
Степная	0,31…0,45	425	480	530	570	600	650

Оросительная норма нетто кукурузы для земель с глубоким залеганием грунтовых вод (таб.8) изменяется в сухостепной зоне от 160 мм во влажный год до 420 мм в сухой, т.е. в 2,5…3 раза, а в степной от 100 до 360 мм. Количество поливов увеличивается от 2…4 во влажный год, до 8…10 в сухой. Для люцерны на сено оросительная норма в сухостепной зоне увеличивается от 225 мм во влажный год до 610 мм в сухой, а в степной от 140 до 500 мм. Количество поливов увеличивается от 3…5 во влажный год до 10…12 в сухой.

Таблица 8 Оросительные нормы

Природная зона	Коэф-нт Ку	Поливная норма, мм	Оросительная норма, мм/ Количество поливов
			5 %	25 %	50 %	75 %	85 %	95 %
Кукуруза на силос
Сухостепная	< 0,3	30…60	160 3…4	230 4…5	285 5…6	345 6…7	370 7…8	420 8…10
Степная	0,31…0,45	30…60	100 2…3	160 3…4	220 4…5	280 5…6	310 6…7	360 7…9
Люцерна на сено
Сухостепная	< 0,3	50…60	225 4…5	330 5…6	415 7…8	505 8…10	545 9…11	610 8…10
Степная	0,31…0,45	40…60	140 3…4	230 4…5	310 6…7	390 7…8	430 8…9	500 8…10

Характер территориальной изменчивости оросительной нормы в Прииртышье показан на примере люцерны на сено (рис. 8) изолиниями её средней многолетней величины.

Рис. 8 Территориальная изменчивость средней многолетней оросительной нормы М_о люцерны на сено

Оросительная норма люцерны на сено в разные по влажности годы, мм

Mo, мм	Вероятностные (обеспеченные) значения Mр, мм
	5 %	25 %	50 %	75 %	85 %	95 %
220	60	150	220	300	340	410
250	85	180	250	330	370	440
280	110	210<...

Подобные документы

• Режимы орошения и техника полива сельскохозяйственных культур

  Определение запасов влаги в почве, средних дат поливов графоаналитическим способом. Проектирование сети орошаемого участка. Расчёт поливного расхода, продолжительности поливного периода, режима орошения баклажана, суммарного, подекадного водопотребления.
  
  курсовая работа [386,9 K], добавлен 08.06.2012
  

• Сортоиспытания зерновых культур в Джидинской степной зоне

  Методика сортоиспытания полевых культур: пшеницы, овса, ячменя, гороха, гречихи, тритикале, начиная с весенних посевных работ и заканчивая учетом и уборкой урожая. Изучение реакции сортов на экологические условия возделывания в Джидинской степной зоне.
  
  отчет по практике [70,2 K], добавлен 05.04.2018
  

• Проектирование орошения дождеванием

  Оценка качества поливной воды по ирригационному коэффициенту Стеблера. Орошаемый участок, отвечающий однородным почвенно-мелиоративным и гидрогеологическим требованиям. Проектирование режима орошения севооборота. Подбор дождевального оборудования.
  
  курсовая работа [90,4 K], добавлен 14.01.2014
  

• Проектирование режима орошения сельскохозяйственных культур при поливе дождеванием в Абзелиловском районе Башкортостана

  Мелиорация - система агротехнических мероприятий, направленных на улучшение земель. Природно-климатическая характеристика Абзелиловского района Башкортостана. Характеристика дождевания; расчет режима орошения сельскохозяйственных культур в севообороте.
  
  курсовая работа [56,5 K], добавлен 20.08.2012
  

• Оптимизация сроков посева зерновых культур в степной зоне Южного Урала на примере ООО "Брединское"

  Выявление оптимальных сроков посева зерновых культур в степной зоне Южного Урала. Определение производительности имеющейся в хозяйстве уборочной техники. Составление графика посева зерновых культур. Экономическая оценка своевременности уборки урожая.
  
  дипломная работа [99,0 K], добавлен 02.07.2010
  

• Технология выращивания подсолнечника и люцерны

  Технология возделывания подсолнечника, его хозяйственное значение среди маличных культур. Удобрение и уход за посевами. Значение орошения в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Агротехника возделывания люцерны на сено и зеленый корм.
  
  реферат [15,6 K], добавлен 10.02.2010
  

• Расчет режима орошения кормосмеси дождеванием в Мухоршибирском районе Республики Бурятия

  Природно-климатические условия, почвы и почвенные ресурсы Мухоршибирского района Республики Бурятия. Виды оросительных мелиораций, техника дождевания. Порядок выполнения расчетов режима орошения дождеванием. Экономическая эффективность в мелиорации.
  
  курсовая работа [3,9 M], добавлен 19.01.2013
  

• Разработка режима орошения лесного питомника водами местного стока

  Способы улучшения почвенно-гидрологических условий земель лесохозяйственного использования. Проектирование сельскохозяйственных прудов комплексного назначения. Разработка режима орошения лесного питомника. Техника поливов сельскохозяйственных культур.
  
  курсовая работа [61,0 K], добавлен 26.09.2009
  

• Организация территории при орошении сельскохозяйственных культур дождеванием

  Характеристика природных условий Усть-Удинского района. Планирование потребных в хозяйстве мелиораций. Режим орошения сельскохозяйственных культур. Проектирование оросительной сети для полива дождеванием. Разработка систем защитных лесных насаждений.
  
  курсовая работа [196,2 K], добавлен 16.06.2010
  

• Проектирование системы оросительной мелиорации на водосборах

  Понятие о режиме орошения сельскохозяйственных культур. Проектирование внутрихозяйственной оросительной сети, мелководных лиманов непосредственного наполнения. Дорожная сеть и защитные лесные насаждения на орошаемых землях. Экологическая оценка проекта.
  
  курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.07.2011
  

• Проектирование режима орошения сельскохозяйственных культур в Мелеузовском районе

  Общая характеристика дождевания. Природно-климатические условия Мелеузовского муниципального района. Расчет режима орошения сельскохозяйственных культур в севообороте. Сроки и продолжительность поливов. Экономическое обоснование размещения полей.
  
  курсовая работа [63,2 K], добавлен 17.08.2013
  

• Организационно-экономическая характеристика ЗАО "Старорайчихинское" Бурейского района

  Виды деятельности сельскохозяйственного предприятия, анализ специализации и сочетания отраслей, структуры земельного фонда. Технология орошения сельскохозяйственных культур (поверхностное, дождеванием, подпочвенное), подготовка агрегатов к поливу.
  
  отчет по практике [50,9 K], добавлен 22.10.2014
  

• Проектирование орошаемого севооборота в ООО "Южный" на местном стоке Нурлатского муниципального района Республики Татарстан

  Почвенно-климатические условия района. Разработка источника орошения. Определение площади водосбора, емкости чаши пруда. Расчет поливных норм и сроков поливов, режима орошения сельскохозяйственных культур севооборота. Проектирование земляной плотины.
  
  курсовая работа [36,2 K], добавлен 28.01.2014
  

• Связь фауны дикорастущих злаков с выращиванием зерновых культур и кормовых трав

  Проведение исследований связей насекомых питающихся злаками, с первоначальной флорой дикорастущих растений. Классификация групп вредителей, повреждающих дикорастущие и культурные злаки в степной зоне юго-восточной Европы и в среднеевропейском регионе.
  
  реферат [815,4 K], добавлен 16.07.2011
  

• Орошение и осушение

  Влияние орошения на почвенные процессы и микроклимат. Действие законов земледелия в мелиоративном земледелии. Применение средств защиты растений на осушенных землях. Особенности возделывания люцерны при орошении. Приемы окультуривания торфяных почв.
  
  контрольная работа [34,3 K], добавлен 26.06.2013
  

• Обработка почвы при выполнении полевых работ

  Зяблевая обработка и углубление пахотного слоя на орошаемых землях. Предпосевная и послепосевная обработки почвы в условиях орошения. Особенности обработки осушенных земель. Контроль за качеством выполнения основных полевых работ. Оценка качества посева.
  
  курсовая работа [38,3 K], добавлен 22.02.2010
  

• Проблемы орошения земель

  Подвод воды на поля, испытывающие недостаток влаги, и увеличение ее запасов в корнеобитаемом слое почвы в целях увеличения плодородия. Снабжение корней растений влагой и питательными веществами. Искусственное орошение полей. Основные способы орошения.
  
  презентация [4,2 M], добавлен 27.05.2013
  

• Влияние орошения свиностоками на некоторые гроэкологические показатели почв Челябинской области

  Свойства навоза и его действие на почву. Природно-климатические условия и почвы свинокомплекса "Родниковский". Химический состав свиностоков и их использование на орошении. Прогнозные расчеты по влиянию орошения на грунтовые воды. Охрана труда и природы.
  
  дипломная работа [92,4 K], добавлен 14.07.2010
  

• Агробиологическое обоснование технологии возделывания кукурузы в условиях степной зоны

  Природные (почвенно-климатические) условия Кувандыкского района. Биологические особенности кукурузы и характеристика районированных сортов. Программирование урожайности кукурузы для степных условий. Обоснование технологии возделывания кукурузы.
  
  курсовая работа [63,5 K], добавлен 27.06.2008
  

• Влияние органических удобрений на некоторые показатели чернозема выщелоченного

  Химический состав и оценка пригодности животноводческих стоков для орошения. Влияние орошения стоками на агромелиоративные показатели чернозема выщелоченного и на качество кормовой культуры. Экономическая эффективность применения органических удобрений.
  
  дипломная работа [74,3 K], добавлен 18.07.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам