Репрезентативність гідравлічних ґрунтових балансомірів при здійсненні спостережень за сумарним випаровуванням та гідротермічними факторами в зрошуваних агрофітоценозах

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕПРЕЗЕНТАТИВНІСТЬ ГІДРАВЛІЧНИХ ҐРУНТОВИХ БАЛАНСОМІРІВ ПРИ ЗДІЙСНЕННІ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ЗА СУМАРНИМ ВИПАРОВУВАННЯМ ТА ГІДРОТЕРМІЧНИМИ ФАКТОРАМИ В ЗРОШУВАНИХ АГРОФІТОЦЕНОЗАХ

Науковими дослідженнями доведено, що для зернових і просапних сільськогосподарських культур мінімальна площа ґрунтового моноліту, при якій не порушуються природні біологічні і термічні процеси, а також процеси вологопереносу, повинна становити не менше 0,2 м2 [1-3]. Проте при такій площі не завжди можна витримати густоту стояння рослин у випарнику аналогічно полю, особливо на просапних культурах [4-7]. Тому при замірах величини сумарного випаровування для кожного поля необхідно вводити редукційні коефіцієнти, які можна одержати наприкінці вегетації за даними фенологічних спостережень (висота, густота, біологічна маса рослин тощо).

За результатами досліджень багатьох вчених, випарники з випарною площею 0,5 м2 вважають цілком репрезентативними за відношенням до поля і не вимагають редукційних коефіцієнтів, тобто заміряні величини сумарного випаровування за допомогою випарника відповідають випаровуванню з навколишнього поля й можуть оперативно, щодня використовуватися для розрахунків режимів зрошення [8-11].

Впродовж ряду років величини сумарного випаровування вимірювалися за допомогою балансомірів і розраховувалися методом водного балансу. Протягом всього періоду вегетації на експериментальних полях витримувався оптимальний режим зрошення. При цьому вологість ґрунту визначалася до глибини 1 м через 10 см в чотирикратній повторності. Опади вимірювалися сумарним дощоміром, поливні норми - водоміром-інтегратором, встановленим на гідрометричній споруді, що обладнана пропорційним водозливом.

Коефіцієнти кореляції розраховано за допомогою програми MS Excel 2003. Також ця програма використана для створення Програмно-інформаційного комплексу «Іригація» [12], який можна використовувати для моделювання режимів зрошення сільськогосподарських культур. Вихідними даними для створення моделей евапотранспірації були експериментальні дані Інституту зрошуваного землеробства та Кримського науково-дослідного центру Інституту водних проблем і меліорації НААН України за період 1985-2010 рр.

У таблиці 1 наведено величини сумарного випаровування, розраховані за методом водного балансу та заміряних балансоміром. Аналіз експериментальних даних свідчить про незначну різницю між зміряними й розрахованими величинами. Відхилення (гр. 11) лежать у межах точності вимірювань складових елементів водного балансу. Дослідження з порівняння показників вологості ґрунту в моноліті балансоміра і на полі проводили на пілот-об'єктах Первомайського району АР Крим. На полях сівозмін було встановлено павільйонний ГГБ з випарною площею 0,5 м2 і висотою ґрунтового моноліту 3,0 м. Для цього через люки в контейнері балансоміра спеціальним мікробуром було відібрано ґрунт на визначення вологості. На полі вологість ґрунту визначалася термостатно-ваговим методом до глибини 1,2 м та, крім цього, до глибини 3,0 м в 10-кратній повторності.

Аналіз результатів досліджень показує, що до глибини 220 см вологість ґрунту має одні й ті ж величини, коефіцієнт кореляції при цьому рівний 1,0, глибше вологість гранту відрізняється на 1,5-4,0%, і для всієї триметрової товщі коефіцієнт кореляції дорівнює 0,9, що свідчить про відповідність вологості ґрунту в моноліті балансоміра вологості ґрунту на навколишньому полі.

Таблиця 1. Величини сумарного випаровування (м3/га), розрахованого методом водного балансу і заміряного балансоміром

Примітка. Вологозапаси визначалися: початкові (Вп) - за місяць до початку поливів, кінцеві (Вк) - через місяць після закінчення поливів.

Дослідження репрезентативності балансомірів за температурним режимом проводили за допомогою електротермометрів, які були встановлені в моноліті балансоміра в одній повторності й на виробничому полі на відстані 30 м від балансоміра по квадрату (у плані), тобто в чотирикратній повторності до глибини 3,0 м. Випарна площа балансоміра 0,5 м2.

У таблиці 2 наведено результати вимірювань температури ґрунту в моноліті балансоміра і на навколишньому полі. Аналіз отриманих даних показує, що температури в ґрунтовому моноліті балансоміра і на навколишньому полі дуже близькі між собою, відмінності складають десяті частки градуса, що укладається в точність відліків за шкалою, ціна ділення якої складає 0,5°С.

Таблиця 2. Температура ґрунту (°С) на відповідних глибинах в ґрунтовому моноліті балансоміра і на експериментальному полі №1 Первомайського району АР Крим

Кореляційним аналізом доведено тісний зв'язок між показниками температури в ґрунтовому моноліті балансоміра і на навколишньому полі з розподілом за різними шарами ґрунту (рис. 1). Коефіцієнт кореляції на рівні 0,9957 вказує на можливість здійснення контролю за температурним режимом за допомогою вимірювань у моноліті балансоміра та врахування цих даних для коригування агротехнологічних операцій на навколишньому полі.

Розрахункові показники випаровування (евапотранспірації) можна використати для моделювання режиму зрошення в Програмно-інформаційному комплексі «Іригація», який розроблено в Інституті зрошуваного землеробства. В основу роботи програми покладено імітаційне моделювання процесів вологообміну в ґрунті, кореляційно-регресійні зв'язки евапотранспірації з біологічними особливостями рослин, а також можливість прогнозування строків і норм вегетаційних поливів за допомогою електронних розрахунків.

Рис.1. Показники середніх значень температури та коефіцієнт кореляції в моноліті балансоміра і на навколишньому полі по шарах ґрунту

Для спрощення запропонованого способу встановлення строків і норм вегетаційних поливів було вибрано напрям мінімізації висхідних показників для планування режимів зрошення, і, навпаки, одержання максимальної інформативності від імітаційного моделювання евапотранспірації та інших елементів водного балансу. Головними показниками, що впливають на прогнозовані дати й обсяги вегетаційних полівів, є середньодобове випаровування та кількість опадів (рис. 2).

Загальноприйнятим показником, який приймається за верхню рису діапазону оптимальної вологості ґрунту, є найменша вологоємність (НВ) ґрунту, тобто найбільша кількість води, яку ґрунт може утримувати після повного вологонасичення (надходження атмосферних опадів або поливів) за відсутністю підпираючої дії ґрунтових вод. За умов вмісту ґрунтової вологи нижче оптимального рівня спостерігається зниження продуктивності рослин унаслідок дефіциту вологозабезпечення, а за більш високого ступеня вологості - відбувається пригнічення рослин через перезволоження, яке призводить до погіршення повітряного, поживного і температурного режимів ґрунту, а також зменшує врожайність.

Рис.2. Загальне відображення елементів водного балансу поливної ділянки та напрями вологообміну

Фізико-хімічні властивості мають суттєвий вплив на показники нижньої межі оптимальної вологості, оскільки вони визначають спроможність ґрунту віддавати воду рослинам, а також накопичувати й утримувати доступну вологу. Найбільшу водоутримуючу здатність мають легкі глини та важкосуглинкові ґрунти, а найменшу - супіски та піски. У зв'язку з цим, під час встановлення оптимальної межі вологості ґрунту треба зменшувати її для важких ґрунтів та, відповідно, підвищувати для легких. Для більшості культур оптимальна нижня межа вологості ґрунту (так званий «передполивний поріг») становить: на легких глинах - 80-85% НВ, на важких суглинках - 75-80, на середніх суглинках - 65-70, на легких суглинках - 60-65, на супісках - 50-60 і на пісках - 40-50% НВ [3].

Перед початком використання програми ПІК «Іригація» необхідно скопіювати всі папки і файли з оригінального CD-диска на жорсткий диск комп'ютера (наприклад на диск С). Після чого відкрити Папку PIC-Irrigation і в ній - файл Irrigation-menu.xls. Після його відкриття можна за допомогою натискування комп'ютерної миші обирати сільськогосподарські культури з метою планування режимів зрошення або звернутися до розділу «Допомога» для отримання необхідної довідкової інформації з методичних рекомендацій щодо проведення розрахунків. При натискуванні на відповідне гіперпосилання з'являється активне вікно програми, в яке необхідно ввести текстову й цифрову інформацію. Переміщення різними місяцями, декадами та днями вегетаційного періоду певної сільськогосподарської культури можна здійснювати шляхом натискування відповідних кнопок внизу або у верхньому правому кутку вікна.

Для забезпечення точності розрахунків слід на початку вегетаційного періоду рослин (або під час відновлення вегетації у багаторічних культур) визначити висхідні запаси вологості ґрунту, які в подальшому приймаються за основу електронних водно-балансових розрахунків. В умовах виробництва їх можна здійснювати з використанням показників, заміряних на балансомірах термостатно-ваговим або іншими методами.

Крім того, у період вегетації рекомендуємо для забезпечення високої точності розрахунків проводити контрольні замірювання вологості ґрунту й внесення їх результатів у цю колонку. У третій колонці (позначка 2) наведено показники середньодобового випаровування за періодами, отримані шляхом кореляційно-регресійного моделювання за календарними датами. До цієї колонки можна також заносити фактичні показники добових вологовитрат, розраховані будь-яким методом, зокрема за допомогою балансомірів.

Наступний і дуже важливий елемент програми - надходження вологи за рахунок атмосферних опадів (позначка 3). Контроль за кількістю опадів, розподіл яких площею може суттєво різнитися, слід організовувати окремо по зрошуваних ділянках за механічних дощомірів, лізиметрів і навіть із використанням найпростіших саморобних приладів (збирання опадів в ємкості з відомою площею з подальшим перерахунком надходження води в м3/га). У колонці «Поточні запаси вологи» (позначка 4) відбувається автономний розрахунок вмісту вологи на кожен день кожного місяця вегетації сільськогосподарських культур за винятком витрат на випаровування та додаванням надходження води з опадами й поливами. Для заповнення календарних дат, які знаходяться нижче за зображеними в активному вікні, треба скористатися колесом миші або смугою прокрутки в правій частині програми.

Рис.3. Введення поточної інформації для розрахунків строків і норм вегетаційних поливів (пояснення в тексті)

Для спрощення визначення дати проведення чергового поливу в наступній колонці наведено поточну вологість ґрунту у відсотках від найменшої вологоємкості. При зниженні цього показника до значення, передбаченого встановленим режимом зрошення (у розглянутому прикладі для люцерни це передполивний поріг 70% НВ, в шарі ґрунту 0,7 м), тобто близькому до 70% НВ (72,7% - позначка 5), на наступний день передбачається проведення поливу з нормою, яка доведе вологозапаси приблизно до 100% НВ.

У даному випадку потрібним було проведення поливу нормою 450 м3/га, яким запаси вологи були доведені приблизно до 100% НВ (у даному випадку до 100,7% НВ). Таким чином відбувається планування строків і норм поливів і в подальший період, причому поточні вологозапаси вегетаційного періоду рослин для останнього дня кожного місяця автоматично синхронізуються з першим числом наступного місяця.

Висновки

На підставі проведених досліджень встановлено репрезентативність гідравлічного ґрунтового балансоміру і навколишнього поля за температурою та вологістю ґрунту.

Величини сумарного випаровування, заміряні балансомірами і розраховані методом водного балансу, мають близькі значення, різниця знаходиться в межах точності замірювань, що дозволяє використовувати одержані дані для контролю за показниками евапотранспірації. Кореляційним аналізом доведено тісний зв'язок між показниками температури в ґрунтовому моноліті балансоміра і на навколишньому полі.

Для моделювання водопотреби сільськогосподарських культур можна використовувати Програмно-інформаційний комплекс «Іригація», який дозволяє одержувати щоденні розрахункові залежності без використання емпіричних коефіцієнтів. Розробка забезпечує високу точність розрахунків вмісту запасів вологи в активному шарі ґрунту, простоту у використанні та невисоку вартість.

гідравлічний ґрунтовий балансомір температура

Література

1. Федоров С. Ф. Опыт эксплуатации гидравлического почвенного испарителя модели (ГПИ-51) / С. Ф. Федоров // Труды ГГИ. -- 1954. -- Вып. 45. -- С. 94--95.

2. Костяков А. Н. Основы мелиорации / А. Н. Костяков. -- М. : Сельхозгиз, 1961. -- Т. 1. -- 808 с.

3. Методичні вказівки з планування та управління еколого-безпечними, водозберігаючими й економічно обґрунтованими режимами зрошення сільськогосподарських культур / Нікішенко В. Л., Писаренко В. А., Гусєв М. Г. та ін. -- Херсон : Олді-плюс, 2010. -- 152 с.

4. Наукові основи охорони та раціонального використання зрошуваних земель України / За ред. С. А. Балюка, М. І. Ромащенка, В. А. Сташука. -- К. : Аграрна наука, 2009. -- 624 с.

5. Бабич В. А. Планирование орошения с помощью информационно-вычислительных систем : автореф. дис. на соиск. учен. степ. к.т.н. : спец. 06.01.02 / Укр. НИИ гидротехники и мелиорации. -- К., 1992. -- 21 с.

6. Попов О. В. Применение гидравлического почвенного испарителя в зоне недостаточного увлажнения / О. В. Попов // Труды ГГИ. -- Л. : Гидрометеоиздат, 1956. -- Вып. 57. -- С. 125--146.

7. Урываев В. А. Экспериментальные гидрологические исследования на Валдае / В. А. Урываев -- Л. : Гидрометеоиздат, 1953. -- С. 163--204.

8. Ромащенко М. І. Зрошення земель в Україні. Стан та шляхи поліпшення / М. І. Ромащенко, С. А. Балюк -- К. : Світ, 2000. -- 114 с.

9. Харченко С. И. Гидрология орошаемых земель / С. И. Харченко -- Л. : Гидрометеоиздат, 1968. -- 373 с.

10. Кац Д. М. Лизиметрические исследования в засушливых районах для целей мелиорации / Д. М. Кац -- Валдай : ГГИ, 1964. -- С. 32--34.

11. Зайдельман Ф. Р. Мелиорация почв -- 3-е изд., испр. и доп. / Ф. Р. Зайдельман -- М. : МГУ, 2003. -- 448 c., ил.

12. Коковіхін С. В. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 31799. Програмно-інформаційний комплекс «Іригація». Дата реєстрації 27.01.2010 р.

Размещено на Allbest.ru