Розробка методики розрахунку ґрунтових вологозапасів за агрометеорологічними даними та вологозабезпеченість сільськогосподарських культур у лісостеповій зоні Правобережної України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Херсонський державний аграрний університет

УДК.633.11 : 631.6 (477.4)

Розробка методики розрахунку ґрунтових

вологозапасів за агрометеорологічними даними

та вологозабезпеченість сільськогосподарських культур

у лісостеповій зоні Правобережної України

06.01.02 - сільськогосподарські меліорації

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Ткачук Андрій Васильович

Херсон - 2002

АНОТАЦІЯ

Ткачук А.В. Розробка методики розрахунку ґрунтових вологозапасів за агрометеорологічними даними та вологозабезпеченість сільськогосподарських культур у лісостеповій зоні Правобережної України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.02 - сільськогосподарські меліорації. - Херсонський державний аграрний університет, Херсон, 2002

Розроблена методика дає можливість з достатньою для практичного використання точністю за комплексним показником попередніх погодних умов розраховувати щоденні вологозапаси в метровому і півметровому шарах ґрунту під посівами пшениці озимої, ячменю ярого, кукурудзи, а під цукровим буряком ще й у півтораметровому шарі в Правобережному лісостепу. Для визначення запасів ґрунтової вологи пропонується використовувати стандартну метеорологічну інформацію яка може бути визначена без будь-яких труднощів або взята на найближчій метеостанцій. За отриманими щоденними запасами вологи визначено вологозабезпеченість посівів основних сільськогосподарських культур та досліджено режим ґрунтової вологи, оцінена тривалість певних умов зволоження метрового шару ґрунту за кожен день критичного періоду вегетації озимої пшениці, ярого ячменю, кукурудзи і цукрового буряка. Запропоновано розробляти ресурсозберігаючі режими зрошення вказаних культур за розрахунковими щоденними вологозапасами.

Ключові слова: запаси ґрунтової вологи, вологозабезпеченість, режим зволоження, режим зрошення.

АННОТАЦИЯ

Ткачук А.В. Разработка методики расчета почвенных влагозапасов по агрометеорологическим данным и влагообеспеченность сельскохозяйственных культур в лесостепной зоне Правобережной Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.02 - сельскохозяйственные мелиорации. - Херсонский государственный аграрный университет, Херсон, 2002

Разработанная методика дает возможность с достаточной для практического использования точностью по комплексному показателю предшествующих погодных условий (КПППУ) рассчитывать ежедневные запасы влаги в разных слоях почвы под посевами озимой пшеницы, ярового ячменя, кукурузы и сахарной свеклы в условиях Правобережной лесостепи. Для определения запасов почвенной влаги предлагается использовать стандартную метеорологическую информацию, которая может быть легко определена или взятая на ближайшей метеостанции.

По данным инструментальных измерений за многолетний период (1966 - 1987 гг.) на 19 метеостанциях Правобережной лесостепи установлены статистические зависимости влагозапасов от КПППУ в разных слоях почвы, которые аппроксимированы экспоненциальным уравнением. Кроме этого выявлена корреляционная связь влагозапасов в 0-100 см и 0-150 см слоях под посевами сахарной свеклы (коэффициент корреляции 0,99), что предоставляет возможность расчета запасов влаги в полутораметровом слое почвы.

Корреляционное отношение в метровом слое составляет в среднем для пшеницы озимой в осенне-зимний период вегетации - 0,76 в весенне-летний - 0,83, для ярового ячменя - 0,80, для кукурузы - 0,75, для сахарной свеклы - 0,81. При этом полученные фактические значения критерия t на 5 %-ном уровне значимости значительно превышают их теоретические значения, что свидетельствует о достоверности полученных связей. Необходимо также указать, что наиболее тесные связи наблюдаются на черноземах, а несколько худшие на серых и темно-серых лесных почвах. Среднеквадратическое отклонение измеренных влагозапасов от рассчитанных в метровом слое почвы составляет для ячменя ярого 7,4-12,9 %, для кукурузы 8,0-10,8 %, для сахарной свеклы 8,5-11,9 %, для пшеницы озимой в осенний период вегетации 8,2-13,9 %, в весенне-летний - 7,4-12,0 %. При этом обеспеченность отклонений рассчитанных запасов влаги под посевами пшеницы озимой колеблются от 63,7 % до 93,4 %, ячменем яровым - 74,4 - 95,0 %, кукурузой - 72,3 - 93,6 %, а под посевами сахарной свеклы - 70,6 - 91,8 %.

По полученными ежедневными запасами влаги определена влагообеспеченность посевов основных сельскохозяйственных культур в различные по атмосферному увлажнению годы, оцененная продолжительность определенных условий увлажнения метрового слоя почвы за каждый день критического периода вегетации озимой пшеницы, ярого ячменя, кукурузы и сахарной свеклы, а также и выявлены закономерности внутригодового распределения почвенной влаги на исследуемой территории.

Оптимальные условия увлажнения (h=0,9-1,1) метрового слоя почвы на протяжении критического периода в годы 50 % - ной обеспеченности наблюдаются под посевами озимой пшеницы в районах метеостанций Винница, Жмеринка, Крыжополь, Могилев Подольский, Липовец и Затишье из средней продолжительностью 14 % или 9 дней; под посевами ячменя аналогичные условия наблюдаются около МС Белая Церковь, Винница, Гайсин, Крыжополь, Могилев Подольский, Липовец и Жмеринка с продолжительностью в среднем 16,4 % или 10 дней; под посевами кукурузы в районе метеостанций Жмеринка, Крыжополь и М. Подольский - 24,7 % или 15 дней, под посевами сахарной свеклы оптимальные условия увлажнения наблюдаются на всех метеостанциях исследуемой территории (кроме Мироновка и Любашевка), но их обеспеченность существенно колеблется по территории от 100 % (Винницкая обл.) до 1,6 % (Знаменка).

Это свидетельствует о необходимости для реализации потенциальной производительности пшеницы озимой в средние (Р=50%), среднесухие (Р=75%) и сухие (Р=90%) по атмосферному увлажнению годы проводить искусственного орошение пшеницы озимой на юге и востоке исследуемой территории (МС Любашевка, Новомиргород, Знаменка, Озерная, Шевченко, Жашков, Мироновка и Белая Церковь). Посевы кукурузы нуждаются в орошении в годы 75 и 90 % - ной обеспеченностей (кроме территории Винницкой области и района метеостанции Озерная, где искусственное орошение необходимо лишь в сухие годы). Для обеспечения потребности ячменя в почвенной влаге необходимо проведение орошения в сухие годы на территории Винницкой области и в районах метеостанций Умань и Б. Церковь, а в среднесухие и сухие годы на остальной территории исследования. Для получения высоких урожаев сахарной свеклы на исследуемой территории (кроме Винницкой области) необходимое применение искусственного орошения так как обеспеченность умеренно засушливыми условиями увлажнения метрового слоя почвы в среднесухие годы (Р=75 %) в районе метеостанций Шевченко, Любашевка, Знаменка и Новомиргород не превышает 46,8 % или 29 дней, а иногда снижаются почти к нулю - 1,6 % (1 день) (Мироновка).

Предложено водосберегающие режимы орошения указанных культур, разработанные на основании ежедневных влагозапасов. Полученные оросительные нормы почти полностью соответствуют рекомендуемым ДБН В. 2.4 - 1 - 99.

Ключевые слова: запасы почвенной влаги, влагообеспеченность, режим увлажнения, режим орошения.

THE SUMMARY

Tkachuk A. V. Calculation of soil moisture reserves technology according to the agrometeorological date and moisture supply agricultural crops of forest-steppe zone of Pravobereznaja Ukraine.-Manuscriht.

Thesis for nominating scientific degree of the Bachelor of agricultural sciences on specialty 06.01.02 - agricultural reclamation. - Herson State agrarian university, 2002

This technology gives a possibility to calculate daily moisture reserves in 1 meter and 0,5 meter soil layer for practical purposes taking into account weather conditions for winter wheat, barley, maize and in 1,5 meter soil layer in Pravobereznij forest-steppe for sugar beet.

To determine soil moisture reserves standard meteorological information is used which can be obtained at the nearest meteorological station. This is the way to determine moisture supply for the main agricultural crops and to define soil moisture regime and daily moisturing of 1 meter soil layer in critical period of winter wheat vegetation, barley, maize and sugar beet vegetation. The author notes that it is necessary to work out resources reserving regimes of these crops irrigation taking into account daily moisture reserves.

Key words: soil moisture reserves, moisture supply, moisture regime, irrigation regime.

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі сільськогосподарських гідротехнічних меліорацій Дніпропетровського державного аграрного університету Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор, Заслужений працівник народної освіти України Литовченко Олексій Федорович, Дніпропетровський державний аграрний університет, завідувач кафедри сільськогосподарських гідротехнічних меліорацій

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор Міхєєв Євген Костянтинович, Херсонський державний аграрний університет, професор кафедри менеджменту та маркетингу

кандидат сільськогосподарських наук, професор Остапов Володимир Іванович, Дніпропетровський державний аграрний університет, професор кафедри загального землеробства

Провідна установа: Інститут землеробства південного регіону, відділ землеробства, м. Херсон

Захист відбудеться “29” жовтня 2002 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.67.830.01 при Херсонському державному аграрному університеті за адресою: 73006 м. Херсон, вул. Рози Люксембург, 23

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Херсонського державного аграрного університету за адресою 73006 м. Херсон, вул. Рози Люксембург, 23

Автореферат розісланий “26” вересня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат сільськогосподарських наук, доцент Базалій В.В

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Водний режим ґрунту є завжди важливим, а частіше - найважливішим фактором продуктивності сільськогосподарських угідь. Створення оптимальних умов вологозабезпеченості посівів найбільш ефективно здійснюється за рахунок управління водним режимом ґрунтів за допомогою гідротехнічних меліорацій. Постановою Верховної Ради України за № 1390-XIV від 14 січня 2000 р. “Про Концепцію розвитку водного господарства України” одним із стратегічних напрямків меліорації земель передбачено застосування прогресивних водозберігаючих технологій і режимів зрошення та попередження підтоплення земель. Реалізація Постанови потребує, поряд з низкою інших питань, оперативного та високоякісного обслуговування сільськогосподарського виробництва інформацією про вологість ґрунту та вологозабезпеченість посівів. Актуальність останнього обумовлюється тим, що незважаючи на наявність широкої мережі спеціалізованих метеостанцій та постів, умови вологозабезпеченості на абсолютній більшості полів не контролюються, внаслідок складності та значної трудомісткості визначення вологості ґрунту буровим методом. Це є одним з чинників порушення технологій вирощування сільськогосподарських культур та ресурсозберігаючих режимів їх зрошення.

У зв'язку з цим виникає потреба розробки такого методу визначення ґрунтових вологозапасів, за яким можна було б досить швидко і легко та в необхідному об'ємі отримувати інформацію про запаси вологи в ґрунті. Така якісно нова інформація може бути використана у роботі зрошувальних систем в агрометеорології, в гідрологічних розрахунках та прогнозах, в географічних, ботанічних та ґрунтових дослідженнях тощо.

Отже, розробка нових перспективних методів визначення запасів ґрунтової вологи та оцінки на їх основі вологозабезпеченості сільськогосподарських культур є одним із актуальних напрямків гідромеліоративної сільськогосподарської науки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась за науковими програмами і тематичними планами Дніпропетровського державного аграрного університету по дослідженню гідрології ґрунтів, а також за господарськими договорами №274 та 297 за темою “Розробка методики розрахунку щоденних запасів ґрунтової вологи за метеорологічними даними під посівами сільськогосподарських культур та визначення вологозабезпеченості у степовій та лісостеповій зонах України” (державна реєстрація № 0101V004235).

Мета та задачі дослідження. Мета роботи - полягає в розробці методики розрахунку щоденних вологозапасів в півметровому та метровому шарах ґрунту за агрометеорологічними даними на сільськогосподарських полях у лісостеповій зоні Правобережної України. За розрахованими даними дослідити режим ґрунтової вологи та визначити природну вологозабезпеченість посівів провідних сільськогосподарських культур, а саме: пшениці озимої, ячменю ярого, кукурудзи і цукрових буряків в різні за атмосферним (природнім) зволоженням роки; розробити ресурсозберігаючі режими зрошення вказаних культур на досліджуваній території.

Задачі досліджень:

1.Провести аналіз стандартної агрометеорологічної інформації та виявити основні фактори, які в умовах досліджуваної території мають вирішальний вплив на закономірності формування запасів ґрунтової вологи під посівами основних сільськогосподарських культур.

2.Розробити комплексний показник попередніх погодних умов (КПППУ), за яким було б можливим визначати з достатньою для практики точністю щоденні запаси вологи в півметровому та метровому шарах ґрунту під посівами сільськогосподарських культур.

3.Дослідити зв'язок інструментально виміряних запасів вологи в метровому та півтораметровому шарах ґрунту під посівами цукрового буряку з метою визначення щоденних вологозапасів в шарі 0-150 см.

4.Уточнити і статистично обґрунтувати розрахункову математичну модель визначення за значеннями КПППУ щоденних вологозапасів у півметровому і метровому шарах ґрунту під посівами вказаних культур, та у півтораметровому шарі - під посівами цукрового буряку.

5.За розрахованими щоденними запасами ґрунтової вологи кількісно оцінити вологозабезпеченість посівів провідних культур у різні за природнім зволоженням роки.

6.На підставі спільного аналізу хронологічних графіків вологозапасів та кривих тривалості (забезпеченості) розробити методику розрахунків ресурсозберігаючих режимів зрошення у сівозміні озимої пшениці, ярого ячменю, кукурудзи та цукрового буряку.

Об'єктом дослідження є процес просторової та часової мінливості запасів ґрунтової вологи протягом вегетації сільськогосподарських культур.

Предметом дослідження є комплекс природних умов та факторів (метеорологічних і ґрунтових), які є визначальними в формуванні і забезпеченні вологою посівів провідних сільськогосподарських культур; та розробка ресурсозберігаючих режимів зрошення.

Методи дослідження. Для виявлення основних метеорологічних факторів, які мають найбільший вплив на закономірності формування запасів ґрунтової вологи в природних умовах досліджуваної території, та розробки КПППУ і обґрунтування виявлених від нього залежностей інструментально виміряних вологозапасів, застосовано методи математичної статистики. Для визначення емпіричних параметрів розрахункової моделі застосовано метод ітерацій. Оцінка вологозабезпеченості посівів кукурудзи, ярового ячменю, цукрового буряку і озимої пшениці проведена за чисельним значенням відношення фактичних запасів ґрунтової вологи до оптимальних.

При вирішенні перелічених задач було використано матеріали стандартних агрометеорологічних спостережень на 19 метеорологічних станціях Правобережного лісостепу за багаторічний репрезентативний період (1966-1987 рр.). При цьому було проаналізовано понад 19400 інструментальних вимірювань буровим способом запасів вологи у півметровому та метровому шарах ґрунту під посівами перелічених вище сільськогосподарських культур. Розрахунки та статистична обробка результатів досліджень проводились на ПЕОМ за розробленими автором програмами. вологозапас агрометеорологічний сільськогосподарський ґрунт

Наукова новизна отриманих результатів:

вперше виявлені для досліджуваної території емпіричні залежності запасів ґрунтової вологи від КПППУ під посівами основних сільськогосподарських культур ;

розроблена методика визначення розрахунковим шляхом щоденних вологозапасів у метровому та півметровому шарах ґрунту під посівами ведучих культур, а для цукрового буряку - ще і в півтораметровому шарі в умовах Правобережного лісостепу.

вперше на кожен день критичного періоду проведена кількісна оцінка забезпеченості вищевказаних культур ґрунтовою вологою на досліджуваній території і умов вологозабезпеченості метрового шару ґрунту у різні за природним зволоженням роки.

за щоденними даними про вологозапаси розроблено водозберігаючі режими зрошення посівів вищевказаних ведучих культур у сівозміні.

Практичне значення одержаних результатів. Уточнена розрахункова методика дає можливість з достатньою для практичного застосування погрішністю протягом вегетації визначати за показником попередніх погодних умов щоденні вологозапаси в різних шарах ґрунту під посівами ведучих культур в лісостеповій зоні Правобережної України. Це якісно нова інформація. Вона може бути широко використана для оцінки вологозабезпеченості посівів різних сільськогосподарських культур в природних умовах досліджуваної території, для довгострокового прогнозування запасів ґрунтової вологи, а також для розробки водозберігаючих режимів зрошення у проектних водогосподарських організаціях; в управліннях експлуатації зрошувальних систем для коригування поливів, у сільськогосподарських підприємствах при оптимізації технологій виробництва продукції рослинництва.

Особистий внесок здобувача.

В основу досліджень автор поклав наукові результати співробітників кафедри сільськогосподарських гідротехнічних меліорацій Дніпропетровського державного аграрного університету, які проводились під керівництвом професора О.Ф. Литовченка. В процесі підготовки дисертаційної роботи особисто автором були виконані такі дослідження:

проаналізовані основні метеорологічні фактори, які найбільш істотно впливають на закономірності формування вологозапасів під посівами основних сільськогосподарських культур в умовах досліджуваної території;

виявлені, апроксимовані та уточнені емпіричні залежності інструментально виміряних запасів вологи у різних шарах ґрунту від КПППУ під посівами ведучих культур;

проведено статистичний аналіз точності розрахункової моделі по визначенню щоденних вологозапасів в різних шарах ґрунту під посівами зазначених культур;

проаналізована та визначена забезпеченість ґрунтовою вологою посівів основних культур у різні за атмосферним зволоженням роки в умовах Правобережного лісостепу;

розроблено водозберігаючі режими зрошення вказаних культур на досліджуваній території.

Апробацію результати досліджень пройшли на науковій конференції "Актуальні проблеми ефективного використання зрошуваних земель" (Херсон, 1999); на науковій конференції "Наукові проблеми виробництва зерна в Україні та сучасні методи їх вирішення" (Дніпропетровськ, 2000); на міжнародній науковій конференції "Проблеми виробництва екологічно-чистої сільськогосподарської продукції" (Житомир, 2000); на Всеукраїнській науково-практичній конференції “Стан земельних ресурсів в Україні: проблеми, шляхи вирішення” (Харків, 2001); на Міжнародній науково-практичній конференції “Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель” (Дніпропетровськ, 2001), а також на щорічних наукових конференціях гідромеліоративного факультету ДДАУ (1997-2001 рр.).

Публікації. Результати дисертаційних досліджень наведені у 9 опублікованих роботах, в тому числі у 6 фахових збірниках та 3 в тезах наукових конференцій.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота викладена на 206 сторінках рукопису, містить вступ, п'ять розділів, висновки, 16 рисунків, 33 таблиці та 6 додатків на 42 сторінках. Список використаних літературних джерел містить 133 найменування.

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі наведено характеристику природних умов у відповідності до фізико-географічного і природно-кліматичного районування досліджуваної території за основними елементами, що їх визначають: рельєф, клімат, рослинність та ґрунти.

Рельєф досліджуваної території відбиває основні риси поверхні південно-західної частини Східноєвропейської рівнини, яка характеризується чергуванням височин і низин. Загалом ця територія прорізана густою мережею глибоких балок, які в Придністров'ї набувають характер каньйонів.

Клімат території дослідження помірно-континентальний. При цьому ступінь континентальності збільшується з південного заходу на північний схід. Однією з особливостей клімату є значне коливання погодних умов. Бувають пізні весняні та ранні осінні заморозки, зливи з градом, а в окремі роки - суховії. У цілому клімат характеризується відносно м'якою, з частими відлигами зимою, і теплим, дещо посушливим літом.

Природна рослинність досліджуваної території, яка в минулому була представлена лісами і лучними степами, більшою частиною знищена, а та, що залишилась, дуже порушена і видозмінена. Залишки степу і луків на плакорах чергуються з дубовими і дубово-грабовими лісами.

Ґрунтовий покрив досліджуваної території складний і дуже різноманітний. Його представляють приблизно 160 видів широкого генетичного і агрономічного діапазонів, які зустрічаються в різноманітних комплексах. Основною рисою більшості ґрунтів є літологічна однорідність материнських порід. За виключенням заплавних, піщаних терасових і дуже еродованих ґрунтів, які залягають на елювії корінних порід, всі інші ґрунти сформувались на лесах.

У ґрунтовому покриві досліджуваної території найбільш поширені три основні групи ґрунтів: чорноземи типові потужні, опідзолені і реградовані ґрунти.

У другому розділі розглянуто основні інструментальні та розрахункові методи визначення запасів ґрунтової вологи.

Найбільш поширеним, який часто вважають еталонним, є термостатно-ваговий метод визначення вологості ґрунту. Однак цей метод має суттєві недоліки, головні з яких - це трудомісткість вимірювань, велика дискретність та мала репрезентативність результатів вимірювань, що складає певні труднощі при порівнянні результатів подальших вимірювань з попередніми.

Серед непрямих методів визначення вологості ґрунту розглянуто такі: електричні, радіоактивні і дистанційні. За виміряними показниками, значення яких безпосередньо залежать від вологості ґрунту, яку визначають за тарувальними кривими або таблицями. Отже, на точність визначення вологості ґрунту за цими методами впливають як погрішність вимірювання самих показників, так і похибки метода за яким проводиться тарування. Поряд з цим істотний вплив на точність визначення вологості ґрунту чинить вміст солей, органіки, коливання в часі об'ємної ваги ґрунту та інші фактори. Відмічені та ряд інших недоліків значно обмежили використання на практиці цих методів.

З числа розрахункових методів розглянуто емпіричні та теоретичні. Вони ґрунтуються на використанні рівняння водного балансу, на зв'язку запасів вологи в ґрунті з метеорологічними факторами, евапотранспірацією, продуктивністю рослин та індексами зволоженості, а також на закономірностях надходження вологи у ґрунтовий профіль. Більшість цих методів потребує вимірювань початкових (стартових) вологозапасів; вони мають такі суттєві недоліки: поступове зниження точності розрахунку зі збільшенням розрахункового періоду, великі похибки визначення складових рівнянь, доволі приблизне урахування фізико-географічних умов, рослинності, типу ґрунтів та ін.

У третьому розділі наведено методику розрахунків вологозапасів за агрометеорологічними даними під посівами основних сільськогосподарських культур (пшениця озима, ячмінь, кукурудза і цукровий буряк).

У результаті сумісного аналізу запасів вологи в метровому і півметровому шарах ґрунту під посівами вказаних культур з сумами атмосферних опадів, температур і дефіцитів вологості повітря за багаторічний період виявлено тісний їх зв'язок. Природньо, що на процес поповнення запасів ґрунтової вологи найбільший вплив чинять опади, які випали безпосередньо перед датою їх визначення. Тому в запропонованому показнику попередніх погодних умов сума опадів враховується не простою, а зваженою за часом сумою їх випадання. Так як вегетаційний період пшениці озимої складається із осінньо-зимового та весняно-літнього, а умови формування запасів вологи в ці періоди істотно відрізняються, то КПППУ запропоновано визначати окремо для вказаних періодів.

Для осінньо-зимового періоду вегетації пшениці озимої КПППУ визначається за формулою

 (1)

де n1 - кількість діб від дати переходу середньодобової температури повітря весною через +150С до розрахункової дати;

hi - атмосферні опади, мм;

T- кількість днів від початку сумування добових значень атмосферних опадів до розрахункової;

і - середні значення відповідно температури та дефіциту вологості повітря за період від дати переходу температури повітря через +150С весною до дати визначення вологозапасів.

Для весняно-літнього періоду вегетації озимої пшениці, а також ярого ячменю, кукурудзи і цукрового буряку КПППУ пропонується визначати за формулою

(2)

де - сума добових дефіцитів вологості повітря від дати переходу середньодобової температури повітря через +50С восени до розрахункової дати;

- сума біологічно активних температур повітря за період від дати переходу середньодобової температури через +50С (для кукурудзи +100С) навесні до розрахункової дати, 0С.

В розрахунках граничні значення сум активних температур повітря враховуються в залежності від сільськогосподарської культури. Так, для пшениці озимої якщо <1700C, то слід приймати її рівною 1700С; для кукурудзи при <10000C - 10000C, для ячменю при <2300C - 2300C, а для цукрового буряку при <1250C - 1250C. Таке урахування впливу температури повітря на формування запасів ґрунтової вологи пов'язано з тим, що для зернових вказані суми температур близькі до середніх багаторічних сум ефективних температур, що відповідають переходу у критичні фенологічні фази їх розвитку, а для цукрового буряку - появі сходів.

Відомо, що на мережі метеостанцій під посівами цукрового буряку вимірюють вологозапаси в основному у метровому шарі ґрунту, а ресурси вологи оцінюють звичайно в півтораметровому шарі. Тому для статистичної обробки даних було дуже важливо знайти перехід від вологозапасів у метровому шарі до вологозапасів у півтораметровому шарі. Використовуючи наявність тісного зв'язку вологозапасів в указаних шарах ґрунту, стало можливим за вологозапасами у метровому визначати запаси вологи у півтораметровому шарі ґрунту. За результатами спостережень на метеостанціях Миронівка, Біла Церква і Богуславcькій стоковій станції отримано такий зв'язок, і він характеризується коефіцієнтом кореляції r=0,991±0,0037 і апроксимований рівнянням

(3)

де і - запаси ґрунтової вологи відповідно у 0-150 см і 0-100 см шарах ґрунту, мм.

За даними 19 метеостанцій виявлено тісні залежності інструментально виміряних вологозапасів від КПППУ у різних шарах ґрунту під посівами пшениці озимої, ячменю ярого, кукурудзи та буряка цукрового, які апроксимовані експоненціальним рівнянням

, (4)

де с, а і b - емпіричні параметри.

Розрахункова модель (4) враховує сім основних факторів, які суттєво впливають на режим формування вологозапасів у ґрунті: атмосферні опади; дефіцит та вологість повітря; фенологічні фази рослин, які характеризуються сумою активних температур, найвірогідніший запас вологи в ґрунті на початок вегетації, значення якого, напевне, залежить від механічного складу та типу ґрунту (параметр с); амплітуду коливань вологозапасів в даних природних умовах (параметр а) та режим ґрунтової вологи з урахуванням особливостей культури (параметр b).

Оцінка точності методики розрахунків щоденних запасів ґрунтової вологи під посівами основних сільськогосподарських культур проведена за статистичними показниками, які характеризують тісноту зв'язку виміряних вологозапасів з розрахованими, величину відхилень розрахованих запасів вологи від виміряних, забезпеченість вказаних відхилень і розглянута можливість систематичної похибки розрахункової методики. Найбільш тісні зв'язки спостерігаються на чорноземах де коефіцієнт кореляції в середньому для всіх культур по метеостанціях досліджуваної території для метрового і півметрового шарів ґрунту перевищує 0,70, а подекуди - 0,90. Дещо нижчі їх значення (0,66 до 0,80 і більше) характерні для сірих і темно-сірих лісових ґрунтів. Стандартна похибка обчислення коефіцієнта кореляції становить в середньому 0,027 (0,009 - 0,071.), що значно менше допустимої і свідчить про високу точність його визначення. Середні квадратичні відхилення розрахованих вологозапасів від виміряних коливаються в межах від 7,4 % до 12,9 %, що близько до похибки інструментальних вимірювань. Середня забезпеченість відхилень розрахованих вологозапасів від виміряних (що не перевищують ±15 %) у метровому шарі ґрунту під посівами озимої пшениці, ярого ячменю, кукурудзи та цукрового буряку становить 86,4 %, а у півметровому - 78,8%.

Аналіз графіків зв'язку виміряних ґрунтових вологозапасів з розрахованими показав, що розрахункова формула (1) для визначення щоденних вологозапасів під посівами усіх зазначених культур не дає систематичних похибок.

Отже, викладені результати проведеного статистичного аналізу дозволяють стверджувати, що запропонована методика розрахунку щоденних запасів вологи у різних шарах ґрунту під посівами основних сільськогосподарських культур прийнятна для практичного застосування.

У четвертому розділі за щоденними даними проведена оцінка забезпеченості сільськогосподарських культур ґрунтовою вологою. При цьому визначено середні багаторічні значення вологозапасів за критичні періоди вегетації озимої пшениці, ячменю ярого, кукурудзи і цукрового буряку; середні значення вологозапасів за критичний період у різні за атмосферним зволоженням роки (10, 25, 50, 75 і 95 %-ної забезпеченості), а також тривалість (забезпеченість) певного рівня вологозабезпеченості метрового шару ґрунту під посівами основних сільськогосподарських культур. Аналіз режиму ґрунтової вологи протягом вегетації зазначених культур проведено за хронологічними графіками їх ходу. Оцінка забезпеченості посівів ґрунтовою вологою, поряд з абсолютним значенням, проведена за комплексним показником умов вологозабезпеченості, запропонованого Л. С. Кельчевською, який визначається за відношенням фактичних вологозапасів до оптимальних. Для зернових культур в якості оптимальних прийняті запаси вологи на рівні 85% НВ, а для цукрового буряку - на 60 % НВ.

Як показав аналіз отриманої інформації найкращі умови зволоження метрового шару ґрунту під посівами основних сільськогосподарських культур спостерігаються на території Вінницької області. Тут помірно посушливі умови зволоження критичного періоду рослин у середньосухі (Р=75 %) за атмосферним зволоженням роки забезпечені більше ніж на 68,9 % (або 42 дні). Для забезпечення ґрунтовою вологою потреб озимої пшениці, ячменю ярого, кукурудзи і цукрового буряку в цій області лише у сухі (Р=90%) роки необхідне зрошення. В іншій частині досліджуваної території (МС Озерна, Шевченко, Любашівка, Новомиргород та ін.) для реалізації потенційної продуктивності сільськогосподарських культур штучне зрошення, як показує аналіз отриманих результатів доцільне у сухі та середньосухі, а для озимої пшениці і у середні за природнім зволоженням роки.

Отже, проведені дослідження дозволяють достатньо надійно кількісно визначати забезпеченість посівів сільськогосподарських культур ґрунтовою вологою, яка може бути використана у призначенні заходів щодо поліпшення умов зволоження ґрунту.

У п'ятому розділі наведено аналіз можливості розробки ресурсозберігаючих режимів зрошення, використовуючи розрахункові значення щоденних запасів ґрунтової вологи під посівами озимої пшениці, ячменю ярого, кукурудзи та цукрового буряку.

Регулювання водного режиму ґрунту за допомогою поливів дозволяє найбільш повно використовувати кліматичні і ґрунтові ресурси, потенційні можливості сорту та добрив, а також інтенсивні технології вирощування сільськогосподарських культур. Оптимальні строки і норми поливу суттєво залежать від метеорологічних умов, а тому істотно змінюються по роках. Для призначення поливів в конкретні роки поряд із методами, що розроблені в меліоративній і сільськогосподарській практиці, для підвищення їх ефективності доцільно враховувати метеорологічні умови. Розробка режимів зрошення з обліком поточних метеорологічних умов може бути успішною, якщо використовувати щоденні вологозапаси. За запропонованою нами розрахунковою методикою можна визначати запаси вологи у певному шарі ґрунту і призначати полив при досягненні їх мінімально допустимого рівня. Потім необхідно знову розрахувати вологозапаси в ґрунті за формулою (4). Для цього в показнику попередніх опадів Sд слід врахувати проведений полив.

Аналіз розроблених поливних режимів показав, що норми зрошення для всіх вказаних культур практично співпадають з тими, які пропонуються ДБН В. 2. 4 - 1 - 99. Так, для пшениці озимої у середньосухий рік зрошувальна норма змінюється по досліджуваній території від нуля (Крижопіль) до 180 мм (Б. Церква, Любашівка); для кукурудзи - від нуля (Крижопіль) до 210 мм (Знам'янка і Помічна), для ярого ячменю - від 60 (Крижопіль і М. Подільський) до 150 мм (Любашівка), а для цукрового буряку - від нуля (Вінниця, Жмеринка, Крижопіль, Умань та ін.) до 240 мм (Миронівка).

Отже, запропонована методика визначення щоденних вологозапасів надає можливість обґрунтовано розробляти режими зрошення основних сільськогосподарських культур у різні за атмосферним зволоженням роки і оптимізувати зрошувальні та поливні норми у відповідності з наявними ресурсами, що сприятиме зменшенню експлуатаційних витрат на зрошення.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено нове вирішення наукової задачі розробки методики розрахунку ґрунтових вологозапасів на сільськогосподарських полях у Лісостепу правобережної України за агрометеорологічними даними, що спрямоване на оперативне та високоякісне обслуговування сільськогосподарського виробництва інформацією про вологість ґрунту та вологозабезпеченість посівів і розробки на цій основі водозберігаючих режимів зрошення сільськогосподарських культур в залежності від природних умов конкретного року.

1.Розроблено комплексний показник попередніх погодних умов (КПППУ), який враховує основні метеорологічні фактори (опади, температуру і дефіцит вологості повітря), що чинять вирішальний вплив на формування вологозапасів під посівами сільськогосподарських культур.

2.Виявлені тісні залежності запасів вологи у півметровому та метровому шарах ґрунту від КПППУ під посівами вказаних культур на 19 метеостанціях Правобережного лісостепу. За встановленим зв'язком запасів ґрунтової вологи в метровому з вологозапасами у півтораметровому шарі ґрунту (r=0,991±0,004) отримані аналогічні залежності і для півтораметрового шару ґрунту під посівами цукрових буряків. Вказані залежності апроксимовані експоненціальним рівнянням.

3.Встановлено, що найбільш тісні залежності характерні для чорноземних, а дещо гірші - для сірих і темно-сірих лісових ґрунтів. Залежність запасів вологи в метровому шарі ґрунту від КПППУ характеризується такими значеннями кореляційного відношення: під посівами пшениці озимої в осінньо-зимовий період вегетації від 0,68 до 0,84 (середн. 0,76), у весняно-літній - від 0,77 до 0,90 (середн. 0,84), під посівами ярого ячменю він змінюється в межах 0,66 - 0,90 (серед. 0,79), під посівами кукурудзи 0,65 - 0,84 (середн. 0,74), а під посівами цукрового буряку - 0,70 - 0,92 (середн. 0,81). Фактичні значення критерію суттєвості t отриманих кореляційних відношень на 5 %-вому рівні значимості у всіх випадках значно перевищує їх теоретичні величини, що свідчить про достовірність отриманих залежностей.

4.Встановлено, що середньоквадратичне відхилення розрахованих вологозапасів від виміряних в метровому шарі ґрунту під посівами ячменю ярого складає в середньому 9,7 %, під кукурудзою - 9,3 %, під цукровим буряком - 9,9%, під посівами пшениці озимої у осінньо-зимовий період вегетації - 9,5 %, а у весняно-літній - 10 %. Близькі значення середньоквадратичного відхилення характерні і для розрахованих вологозапасів у півметровому шарі ґрунту.

Встановлено, що забезпеченість відхилень обчислених вологозапасів від інструментально виміряних в метровому шарі ґрунту не перевищує прийняту нами величину помилки ±15 % під посівами озимої пшениці в 70,0 - 93,4 % випадків, під ячменем ярим в 74,4 - 95,0 %, під кукурудзою в 83,1 - 93,0 %, а під буряком цукровим в 76,9 - 91,8 % %, що прийнятно для практичного використання розрахункових вологозапасів.

5.Встановлено, що економічний ефект від використання запропонованої нами методики розрахунку запасів ґрунтової вологи на одній ділянці спостережень по досліджуваної території складе 1582,89 грн/рік, економія матеріальних витрат - 84,88 грн, а економія затрат праці - 28, 557 люд.-год.

6.Виявлено, що режим ґрунтової вологи протягом вегетації вказаних сільськогосподарських культур зберігає чітку залежність від кліматичних умов року. У вологі роки, на відміну від сухих, на досліджуваній території під всіма культурами спостерігається процес накопичення вологозапасів у метровому шарі ґрунту за рахунок випадіння значної кількості атмосферних опадів наприкінці травня та на початку червня. Найбільше поповнення запасів ґрунтової вологи відзначається на території Вінницької області, а найменше - на півдні досліджуваної території та в районах вздовж р. Дніпро (МС Любашівка, Новомиргород, Шевченко та інші). У період інтенсивного росту рослин середньодобові витрати вологи із метрового шару ґрунту залишаються майже однаковими в різні за природним зволоженням роки.

7.Виявлено, що найбільш зволоженою є територія Вінницької області. Значно нижчою забезпеченістю ґрунтовою вологою характеризуються південні райони (МС Любашівка) та райони на сході досліджуваної території уздовж р. Дніпро (МС Чигирин, Шевченко та Миронівка). Вологозабезпеченість посівів на досліджуваній території зменшується із заходу на схід та з півночі на південь. Зі зменшенням природної зволоженості року, істотно збільшуються площі з недостатньою вологозабезпеченістю посівів. У середньосухі роки оптимальні умови зволоження метрового шару ґрунту у критичний період озимої пшениці спостерігаються лише в районах метеостанцій Вінниця і Жмеринка із тривалістю у середньому 12,6 % (або 8 днів). Аналогічні умови зволоження ячменю спостерігаються в районах метеостанцій Вінниця, Жмеринка М. Подільський і Біла Церква - 9,8 % (або 6 днів), а цукрового буряку - у Вінницькій області та в районах метеостанцій Озерна, Гайворон і Біла Церква - 30,8 % (або 19 днів). Під посівами кукурудзи оптимального зволоження не відзначено взагалі.

8.Розроблено водозберігаючі режими зрошення пшениці озимої, ячменю ярого, кукурудзи і цукрових буряків у різні за природним зволоженням роки 25, 50 і 75 % - ної забезпеченості. Отримані зрошувальні норми близькі до рекомендованих ДБН В.2.1-4-99.

9.Запропоновані методики розрахунку щоденних запасів вологи у різних шарах ґрунту та розробки водозберігаючих режимів зрошення сільськогосподарських культур можуть широко застосовуватись в господарствах АПК України для розробки автоматичних систем управління водним режимом ґрунтів.

10.Застосування моделі розрахунку щоденних вологозапасів на практиці при плануванні поливів дозволить об'єктивно оптимізувати терміни їх проведення, межі діапазону його оптимального зволоження, а також потужність активного (розрахункового) шару ґрунту. Це надасть змогу запобігти у вологі роки непродуктивним втратам поливної води, а в сухі - втратам врожаю від недополиву.

11.В поєднанні із сучасними технологіями вирощування сільськогосподарських культур запропонована методика розрахунку щоденних вологозапасів може використовуватись не тільки для планування проведення чергових поливів, а й для ряду інших агротехнічних заходів, спрямованих на покращення вологозабезпеченості культур та підвищення їх продуктивності (внесення добрив, міжрядний обробіток ґрунту, прополка тощо).

12.Якісно нова інформація про щоденні вологозапаси може бути успішно використана для обслуговування як зрошуваного, так і незрошуваного землеробства, а саме при плануванні структури посівних площ (у відповідності до вологозабезпеченості рослин); поряд із запасами гумусу, потужністю гумусованого профілю та ін. для бонітування ґрунтів тощо.

13.Щоденні або осередненні за будь-який певний період часу розрахункові вологозапаси можуть бути використані не тільки в сільському господарстві, а й в гідрологічних розрахунках і прогнозах, агрометеорології, в географічних, ботанічних та ґрунтових дослідженнях, в гідрогеології тощо. При цьому усувається притаманна буровому методу просторова дискретність у визначенні вологості ґрунту.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у фахових виданнях

1.Ткачук А.В. Методика розрахунку запасів ґрунтової вологи під пшеницею озимою в Лісостепу Правобережної України // Зб. наукових праць інституту зрошуваного землеробства УААН “Актуальні проблеми ефективного використання зрошуваних земель”. - № 2. - Херсон: 1999. - С. 33 - 37.

2.Ткачук А.В. Режим зволоження ґрунту під посівами цукрових буряків у Лісостеповій зоні Правобережної України // Вісник Полтавського державного сільськогосподарського інституту. - 2000. - №3. - С. 8 - 12.

3.Ткачук А.В. Необхідність використання щоденних вологозапасів для оцінки їх ресурсів під посівами пшениці озимої в Правобережному лісостепу України// Вісник ДААУ “Проблеми виробництва екологічно-чистої сільськогосподарської продукції”. - Житомир: Видавництво ДААУ. - 2000. - С. 115 - 116.

4.Литовченко А.Ф., Доценко В.И., Рудаков Л.Н., Ткачук А.В. Выбор периода наблюдений для расчета нормы запасов почвенной влаги под посевами сельскохозяйственных культур в Степной зоне Украины // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. - 2001. - № 1. - С. 78 - 84. (обробка даних)

5.Ткачук А.В. Оцінка забезпеченості ґрунтовою вологою сільськогосподарських культур за кривими тривалості щоденних вологозапасів в умовах правобережного лісостепу // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. - 2001. - № 2. - С. 80 - 84.

6.Ткачук А.В. Вологозабезпеченість та водозберігаючий режим зрошення кукурудзи в умовах Правобережного лісостепу України // Вісник Полтавської державної аграрної академії. - 2002. - №1. - С. 23 - 26.

Тези доповідей наукових конференцій

1.Ткачук А.В. Удосконалення методики розрахунку ґрунтової вологи під сільськогосподарськими культурами в умовах Лісостепу Правобережної України // Тези Всеукраїнської науково-практичної конференції молодих вчених і спеціалістів “Наукові проблеми виробництва зерна в Україні та сучасні методи їх визначення”. - Дніпропетровськ: - 2000. - С. 48.

2.Ткачук А.В. Вологозабезпеченість посівів ячменю ярого в умовах Правобережного лісостепу // Зб. доповідей Всеукраїнської науково-практичної конференції “Стан земельних ресурсів в Україні: проблеми та шляхи вирішення”. - К.: Центр екологічної освіти та інформації, - 2001. - С. 225 - 227.

3.Ткачук А.В. Раціональний режим зрошення ячменю ярого в умовах Лісостепу України // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої 30 - річчю від початку робіт на науково-дослідному стаціонарі Дніпропетровського агроуніверситету та Орджонікідзевського ГЗК “Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель”. - Дніпропетровськ: Дніпропетр. держ. аграрн. ун-т, - 2001. - С. 151 - 154.

Размещено на Allbest.ru