Потребность и эффективность орошения сельскохозяйственных угодий в условиях Могилевской области

Учет тепловлагообеспеченности при планировании урожайности овощных культур. Расчет водопотребления и режима орошения сельскохозяйственных культур и эффективности орошения с учетом расчетных прибавок урожая. Методы оценки условий естественного увлажнения.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 26.11.2017
Размер файла 23,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОТРЕБНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ В УСЛОВИЯХ МОГИЛЕВСКОЙ ОБЛАСТИ

М.Г. ГОЛЧЕНКО, В.И. ЖЕЛЯЗКО, О.А. ШАВЛИНСКИЙ

Аннотации

Приводятся результаты по оценке потребности и обоснованию режимов орошения сельскохозяйственных угодий в условиях Могилевской области. Приводятся расчетные прибавки урожая. Дается обоснование расчета водопотребления и режима орошения сельскохозяйственных культур и оценка эффективности орошения с учетом расчетных прибавок урожая.

We have presented results of estimation of the need for regimes of agricultural lands irrigation and its basing in the conditions of Mogilev region. We have shown calculations of yield increase, based water consumption and regime of irrigation of crops, and estimated efficiency of irrigation, taking into account calculated yield increase.

Введение. В условиях Могилевской области орошение сельскохозяйственных угодий в широких масштабах начало применяться с середины 70-х годов прошлого века. Например, по состоянию на 1 января 1986 г. площадь орошаемых культур в области составляла около 17 тыс. гектаров. Значительные площади орошаемых земель на то время имелись в Кировском, Быховском, Шкловском, Могилевском, Бобруйском и Горецком районах. Следует отметить, что орошение является одним из видов сельскохозяйственной мелиорации и призвано воздействовать заданным или определенным образом на объект, который включает три существенно различающихся, неразрывно связанных и органически взаимодействующих компонента природной среды: корнеобитаемый слой почвы; приземный слой атмосферы; развивающиеся растения, взаимодействующие с корнеобитаемым почвенным слоем через корневую систему, а с приземным слоем атмосферы - через надземную вегетативную массу [1]. Первые два элемента объекта орошения (почва и приземный слой атмосферы) составляют среду обитания растений. Причем потенциальную продуктивность сельскохозяйственных угодий определяет плодородие корнеобитаемого слоя почвы и уровень применяемой агротехники, а реализации данного потенциала способствуют условия, складывающиеся в корнеобитаемой зоне и приземном слое атмосферы [1].

Кроме того, при установлении эффективности орошения необходимо учитывать следующие его специфические особенности применительно к условиям Могилевской области.

Во-первых, природные условия многих районов области позволяют добиваться довольно высокой эффективности сельскохозяйственного производства без дополнительного увлажнения. Поэтому орошение здесь является лишь одним из факторов интенсификации сельского хозяйства, и затраты на его организацию обеспечивают получение не всего урожая, а лишь его части (прибавки).

Во-вторых, большая изменчивость гидрометеорологического режима территории по годам и наличие разнообразных почвенных условий, даже в пределах орошаемого объекта, существенно влияют на величину прибавок урожайности культур при орошении. Поэтому роль орошения сельскохозяйственных угодий в повышении их продуктивности может быть установлена с достаточной степенью объективности только по среднемноголетним показателям с учетом различной тепловлагообеспеченности лет, но никак не по данным одного или двух лет наблюдений. орошение сельскохозяйственный увлажнение урожай

В-третьих, за последние два десятилетия в силу ряда объективных и субъективных причин строительство новых оросительных систем в области почти не осуществлялось, а ранее построенные постепенно выходили из строя из-за морального и физического износа, разукомплектованности и целого ряда других хозяйственных и организационных факторов.

Однако такое состояние орошаемого земледелия в области является временным, ибо по объективным причинам (обеспеченность территории естественной влагой и теплом, почвенно-рельефные условия и т.д.) оно необходимо, а по экономическим показателям целесообразно. Проблема снабжения населения в необходимом объеме плодоовощной продукцией, а животноводческого сектора кормами является одной из основных задач обеспечения продовольственной безопасности, а также развития экспортного потенциала Республики Беларусь.

Анализ источников

Проблеме потребности и эффективности орошения сельскохозяйственных угодий посвящено большое количество работ, систематизированный анализ которых приводится в работах [1, 3, 5, 6, 10], в ранее подготовленных и утвержденных рекомендациях [8, 9]. По существу, все ранее проведенные исследования по орошению различных сельскохозяйственных угодий выполнены преимущественно в условиях Могилевской области. Не умаляя роли и значения выполненных ранее исследований, отметим, что их анализ позволил установить «базовые» основы орошения сельскохозяйственных угодий, которые в современных условиях могут быть уточнены и дополнены с учетом новых экономических реалий.

Методы исследования

В ходе исследования использовались абстрактно-логический метод, включающий синтез, анализ; статистико-экономический метод; данные полевых опытов, а также результаты выполненных ранее научных исследований.

Основная часть

При проведении опытных и производственных исследований по орошению сельскохозяйственных угодий в Могилевской области всегда важно оценить метеорологические данные конкретного оросительного сезона в сравнении, например, со среднемноголетними и типовыми схемами или заданными оптимальными условиями. Критический и объективный анализ существующих методов оценки условий естественного увлажнения и теплообеспеченности позволяет отметить, что метод гидролого-климатических расчетов В.С. Мезенцева широко использует комплекс относительных характеристик (известно, что относительные характеристики дают больше информации, чем абсолютные величины), который и принят за основу [2].

Количественная оценка условий естественного увлажнения и теплообеспеченности основывается на сопоставлении фактических водных и тепловых ресурсов с оптимально необходимыми, обеспечивающими высокопродуктивный процесс вегетации растительного покрова. Оптимальными условиями увлажнения и теплообеспеченности, обеспечивающими наибольшую биологическую продуктивность, в настоящее время принято считать соразмерность тепла и влаги. По принятой методике [2] были определены показатели тепловлагообеспеченности, характерные для минеральных почв Беларуси в целом и для Могилевской области в частности. Эти данные позволили районировать территорию области по признакам естественного увлажнения и теплообеспеченности и выделить три зоны: северную (метеостанции Шклов, Горки), центральную (метеостанции Могилев, Кричев, Славгород, Костюковичи, Кличев) и южную (метеостанции Бобруйск и Осиповичи). Результаты расчетов показателей тепловлагообеспеченности минеральных почв за летний период свидетельствуют, что в сухой год повторяемостью один раз в пять лет территория области будет находиться в условиях недостаточного увлажнения. При этом недостатки осадков составляют 120-190 мм. Неиспользуемые хозяйственные ресурсы тепла, излишне расходуемые на теплообмен и нагревание почвы, достигают 26 кДж/см2. При создании оптимального увлажнения почв путем орошения это количество тепловой энергии можно использовать на увеличение суммарного испарения, т. е. для производства дополнительной растениеводческой продукции (табл. 1).

Таблица 1. Показатели увлажненности и теплообеспеченности, характерные для минеральных почв Могилевской области, за летний период (май-август) в различные по увлажненности годы

Станция

Средний год

Сухой год

Влажный год

ДР, мм

ДЕ, мм

в

ДР, мм

ДЕ, мм

ДР, мм

ДЕ, мм

Горки

31

11

1,07

-110

-3,2

181

53

Могилев

13

9

1,03

-107

-73

137

90

Кричев

-18

-2

0,97

-173

-80

141

68

Суша

-44

-5

0,91

-173

-55

92

35

Чериков

-46

-12

0,91

-171

-95

83

68

Славгород

-24

-4

0,95

-132

-12

86

84

Костюковичи

-31

-7

0,94

-174

-84

120

56

Осиповичи

-100

-16

0,82

-210

-67

10

45

Бобруйск

-75

-25

0,86

-203

-108

60

56

Анализ результатов (табл. 1) за внутригодовые периоды (май-август) показывает, что практически на всех метеостанциях области в летние месяцы даже среднего года (особенно в июле) наблюдается недостаток осадков для поддержания влажности минеральных почв на уровне наименьшей влагоемкости. В табл. 1 рассчитаны и приводятся следующие относительные показатели условий естественного увлажнения и теплообеспеченности: ДР - избыток (+) или недостаток (-) осадков за любой интервал времени по сравнению с оптимально потребным, мм; ДЕ - избыток (+) или недостаток (-) суммарного испарения по сравнению с оптимально потребным, мм; в - коэффициент естественного увлажнения (влагообеспеченности), показывающий степень соответствия действительных влагоресурсов их оптимальным значениям.

Величина ДЕ в условиях высокого увлажнения определяет перерасход ресурсов тепла на испарение или недостаток тепла на турбулентный теплообмен и на теплообмен в почве, а в условиях недостаточного увлажнения - на неиспользуемые тепловые ресурсы процесса испарения, излишне расходуемые на теплообмен и нагревание почвы.

Анализируя полученные данные в годы различной увлажненности, можно сделать вывод, что территорию Могилевской области следует отнести к зоне неустойчивого увлажнения. Существенная неравномерность распределения тепла и влаги в течение периода вегетации [4] очень часто приводит к нарушению оптимального водного режима почвы, что и вызывает необходимость дополнительного увлажнения.

При обосновании режима орошения (проектного) сельскохозяйственных угодий в условиях Могилевской области использовались как опытно-производственные данные, так и расчетные методы с привлечением для этих целей тех основных показателей, которые определяют режимы орошения.

Основные полевые опыты проводились на опытном участке в совхозе тепличный комбинат «Могилевский» Могилевского района. В качестве исследуемых нами культур были приняты капуста поздняя, картофель ранний, огурцы и столовые корнеплоды.

Почвы орошаемых полей дерново-подзолистые нормального увлажнения на связных лессовидных супесях. Грунтовые воды залегают на глубине более 7 м от поверхности почвы. Метеорологический пост расположен севернее опытного участка на расстоянии 200 м. Орошение участка осуществлялось с помощью комплекта КИ-50 со специальным присоединением аппаратов «Волжанка». Варианты размещены методом неорганизованных повторностей согласно методике полевого опыта. Опыты были заложены по следующей схеме: 1 - контроль (без орошения); 2 - вегетационные поливы при снижении предполивной влажности до 75-80% НВ; 3 - вегетационные поливы при снижении предполивной влажности до 65-70 % НВ. Верхним пределом оптимальной влажности почвы принята наименьшая влагоемкость (НВ). Влажность почвы определялась через каждые 5-7 дней на глубине до 1,0 м, а также перед поливами, через сутки после полива и после выпадения обильных дождей. Сроки полива устанавливались по мере снижения влажности почвы до нижнего предполивного предела в наиболее деятельном слое почвы 0,3 м. Водопотребление орошаемых культур определялось методом водного баланса сельскохозяйственного поля. Учет урожая орошаемых культур проводился сплошным методом на делянках размером 50 м2 с четырехкратной повторностью.

Наблюдения за водным режимом почвы показали, что он определяется в первую очередь метеорологическими условиями года. При этом отличия и динамика водного режима более существенны по годам, чем по вариантам. Отмечено также, что в условиях оптимального увлажнения более динамичным является изменение влагозапасов в слое почвы 0…50 см, однако в засушливые периоды и особенно в контрольных вариантах происходит перераспределение почвенной влаги и потребление ее из нижерасположенных горизонтов. Установлено, что даже в годы с нормальным и избыточным увлажнением, из-за неравномерности выпадения осадков и распределения тепла, требуется дополнительное увлажнение возделываемых культур.

В практике орошаемого земледелия широко применяются расчетные методики установления режимов орошения. Основным расчетным уравнением является:

(1)

где - полезные запасы влаги на конец и начало i-й декады, мм; Рi - измеренные осадки, выпавшие за расчетную декаду, мм; Кn - поправочный коэффициент, учитывающий недоучет осадков измерительными приборами; mн - поливная норма (нетто); Сi - вертикальный и поверхностный сброс части осадков, мм; Еi - водопотребление культур за расчетный период, мм; Кв - коэффициент влагообмена.

На основании уравнения (1) за длительный ряд лет рассчитываются влагозапасы на конец каждой декады, сравниваются с минимально допустимыми, делается вывод о необходимости полива. В результате устанавливаются количество поливов и величина оросительной нормы для каждого года. Оросительные нормы не остаются постоянными из года в год. Поэтому при установлении проектного режима орошения сельскохозяйственных культур большое значение имеет правильный выбор расчетного года. Предложена методика выбора расчетного года непосредственно по величине оросительной нормы.

Для воднобалансовых расчетов по зависимости (1) необходимо знать значение поливной нормы. На основании литературных источников и экспериментальной проверки были получены дифференцированные поливные нормы (нетто) с учетом почв, вида культур и фазы их развития. Обоснованы величины потерь воды при дождевании, которые рекомендуются в пределах 10-15% [5, 8].

Между тем опыт показывает, что периоды и фазы развития орошаемых овощей и трав существенно сдвигаются в разрезе конкретных лет в зависимости от теплообеспеченности последних. В основу совершенствования методики расчета водопотребления были положены зависимости Кср Уdср от сумм среднесуточной температуры воздуха, накопленной от начала вегетации к данной фазе развития культуры. Полученные уравнения связи имеют вид:

Кср = ао + а1Уtпр + а2(Уtпр)2; (2)

Уtпр = b0 + b1 Уtпр + b2(Уtпр)2 , (3)

где Уtпр - сумма среднесуточных температур воздуха, накопленная от посадки (посева) к середине расчетного интервала, уменьшенная в 1000 раз;а0, а1, а2, b0, b1, b2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от вида сельскохозяйственных угодий (табл. 2).

Таблица 2. Эмпирические коэффициенты для расчета Кср и Уdср различных видов сельскохозяйственных культур

Культура

Коэффициенты

а0

а1

а2

b0

b1

b2

Капуста поздняя

0,30

0,58

-0,22

57,1

13,7

-12,3

Морковь

0,11

1,05

-0,51

23,8

62,7

-31,0

Свекла столовая

0,06

1,09

-0,52

22,8

71,0

-36,2

Картофель поздний

0,29

0,53

-0,22

55,3

29,5

-18,4

Пастбище

0,42

0,26

-0,105

35,0

15,4

-8,5

Сад

0,20

0,49

-0,18

28,0

19,1

-7,48

Капуста ранняя

0,34

0,32

-0,35

33,0

57,5

-35,6

Огурцы

0,32

1,34

-0,94

31,0

22,6

-16,0

Томаты

0,35

0,41

-0,54

45,0

18,3

-20,7

Картофель ранний

0,34

0,85

-0,76

32,0

53,2

-51,1

Свекла сахарная

0,25

0,56

-0,39

40,0

21,0

-27,3

Зерновые

0,25

0,51

-0,36

30,0

34,2

-22,8

Сеяные травы

0,22

0,51

-0,18

30,0

87,0

-40,3

В результате расчетов по изложенной методике были получены оросительные нормы сельскохозяйственных культур для условий Могилевской области (табл. 3).

Таблица 3. Оросительные нормы сельскохозяйственных культур (мм) для суглинистых почв Могилевской области

Культура

Степень засушливости года и его обеспеченность

среднесухой (25%)

засушливый (5%)

Многолетние травы, пастбище

180-220

125-145

Однолетние травы, клевер

120-135

185-205

Капуста среднепоздняя и поздняя

115-140

170-210

Капуста ранняя

95-105

150-170

Столовая свекла

85-110

150-165

Морковь

75-95

145-160

Картофель

75-90

125-150

Ранний картофель

65

90-110

Примечания: 1. Нормы орошения для суглинистых почв приведены с учетом выполнения мероприятий по повышению их водопоглощающей способности (рыхление, щелевание, штифтование и т.д.) с целью обеспечения качественного полива дождеванием.2. Меньшие из указанных значений характерны для северной зоны области, а большие - для южной.

Дальнейшее агробиологическое и экологическое обоснование методики и норм орошения должно заключаться в следующем:

а) уточнение начала поливного периода с учетом необходимой температуры почвы и фазы развития выращиваемых культур;

б) изменение динамики нижней границы оптимального увлажнения на протяжении вегетационного периода;

в) учета изменчивости температуры почвы и воздуха при проведении поливов;

г) некоторое снижение величин поливных норм для создания «буферного» запаса порового пространства почвы из-за возможного выпадения осадков вслед за поливами;

д) уточнение сроков начала полива и выдача дифференцированных поливных норм;

е) учет скорости впитывания воды в почву с недопущением образования луж и поверхностного стока в процессе полива;

ж) обязательный учет всех, особенно небольших (до 5 мм), осадков, уточнение коэффициента использования осадков в случае выпадения обильных дождей;

з) применение комплекса агротехнических приемов, вызывающих хороший рост растений, что косвенным образом регулирует и продуктивность использования почвенной влаги. Учет этих рекомендаций позволит уменьшить оросительные нормы на 10-15 % без снижения урожайности угодий [6, 10].

Как известно, эффективность орошения зависит от значительного количества различных организационно-технических факторов, но главную роль при этом играют прибавки урожая от орошения. При определении прибавок урожая мы использовали три подхода. Во-первых, устанавливали величину прибавки урожая непосредственно по данным проведенных полевых и производственных опытов в хозяйствах области; во-вторых, используя полученные зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от суммарного увлажнения [7, 9] и сравнивая при этом величину урожайности без орошения и при орошении, определяли прибавку урожая, получаемую за счет дополнительного увлажнения для различных уровней агрофона; в-третьих, анализируя возможный уровень урожайности при орошении и величину прогнозируемого урожая на неорошаемых землях (по данным научно-исследовательских учреждений), получали прибавки урожая сельскохозяйственных культур от орошения. Полученные таким образом среднемноголетние расчетные прибавки урожая сельскохозяйственных культур от орошения приводятся в табл. 4.

Таблица 4. Среднемноголетние расчетные прибавки урожая сельскохозяйственных культур от орошения на суглинистых почвах Могилевской области при высокой степени окультуренности почвы, ц/га

Культура

Агрофон

обычный

повышенный

Сеяные травы, пастбище (сухое вещество)

23-30

28-34

Капуста поздняя и среднепоздняя

120-160

140-200

Капуста ранняя и среднеранняя

80-110

100-160

Картофель поздний и среднепоздний

60-80

70-85

Морковь столовая

90-120

100-140

Свекла столовая

90-110

95-125

Картофель ранний и среднеранний

45-65

55-75

С использованием данных по прибавкам урожая нами были выполнены многочисленные расчеты по экономическому обоснованию величины инвестиций в реконструкцию и строительство оросительных систем. Расчеты показали, что при действующем уровне закупочных цен на сельскохозяйственную продукцию срок окупаемости инвестиций при реконструкции оросительных систем не превышает 5 лет, а при новом строительстве - 7-8 лет.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о необходимости и экономической эффективности орошения сельскохозяйственных угодий в условиях Могилевской области. При этом выбор первоочередных объектов строительства и реконструкции оросительных систем должен основываться прежде всего на учете биологической продуктивности орошаемых угодий, достигнутого уровня сельскохозяйственного производства и специализации хозяйства. Уже на предпроектной стадии особое внимание должно быть уделено технико-экономическому обоснованию необходимости строительства или реконструкции оросительных систем. Кроме того, необходимо кардинально повышать качество работ, связанных с организацией и проведением поливов сельскохозяйственных угодий. Следует также учитывать особенности орошения крупных производственных площадей. Ведь трансформация режима поливов от небольших опытных делянок, орошаемых в течение одного-двух дней, к режиму орошения обширных массивов, полив которых продолжается в течение недели, требует учета динамики водного режима на этих площадях и соответствующей корректировки как режима орошения, так и опытных данных. Значительную роль при этом могут сыграть новые рекомендации по орошению земель в условиях Могилевской области, которые в настоящее время разрабатываются на кафедре мелиорации и водного хозяйства.

Литература

1. Лихацевич, А.П. Дождевание сельскохозяйственных культур: Основы режима при неустойчивой естественной влагообеспеченности / А. П. Лихацевич. - Минск: Бел. Наука, 2005. - 278 с.

2. Голченко, М.Г. Влагообеспеченность и орошение земель в Беларуси / М. Г. Голченко. - Минск: Ураджай, 1976. - 192 с.

3. Лихацевич, А.П. Оценка факторов, формирующих неустойчивую влагообеспеченность сельскохозяйственных культур в гумидной зоне (на примере Беларуси, Центрального и Волго-Вятского регионов Российской Федерации) / А.П. Лихацевич, Е.А. Стельмах. Минск: ООО «Белпринт», 2002. - 212 с.

4. Климат Могилева / И.А. Савиковский [и др.]; под общ. ред. И.А. Савиковского. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 150 с.

5. Справочник по орошению дождеванием / Под ред. М.Г. Голченко и А.И. Михальцевича / сост. О. Шавлинский. - Минск: Ураджай, 1993. -248 с.

6. Голченко, М.Г. Научно-практические основы орошения сельскохозяйственных угодий на минеральных почвах Республики Беларусь: автореф. дис. …доктора техн. наук: Д 05.05.01 / М.Г. Голченко; РУП «Институт мелиорации и луговодства Национальной академии наук Беларуси. - Минск, 2005. - 49 с.

7. Шавлинский, О. А. Учет тепловлагообеспеченности при планировании урожайности овощных культур / О. А. Шавлинский, М. Г. Голченко // Сельскохозяйственные мелиорации и водоснабжение / Белорус. с.-х. академия. - Горки, 1976. - С. 36-41.

8. Голченко, М. Г. Рекомендации по орошению земель в условиях Могилевской области / М. Г. Голченко, О. А. Шавлинский. - Горки: БСХА, 1988. - 86 с.

9. Голченко, М.Г. Рекомендации по проектному режиму орошения и прибавкам урожая от дождевания в условиях Могилевской области / М. Г. Голченко, В.И. Вихров, О.А. Шавлинский. - Горки: БСХА, 1981. - 28 с.

10. Голченко, М.Г. Интенсификация орошаемого овощеводства / М. Г. Голченко, О.А. Шавлинский, В.Г. Казеко. - Минск: Ураджай, 1987. - 184 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.