Дифференцированный режим орошения и питания столовой свеклы на светло-каштановых почвах Волго-Донского междуречья Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ГИДРОМЕЛИОРАЦИЯ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

УДК 631.587

ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЙ РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ И ПИТАНИЯ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ НА СВЕТЛО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ ВОЛГО-ДОНСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ Е.В. Мелихова

Фгоу ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Melihova E.V.,

The Volgograd State Agricultural Academy

Предложен расчет поливной нормы с учетом контура увлажнения и режим орошения при дефференцировании глубины увлажняемого слоя при капельном орошении.

Calculation of irrigation norms in view of a contour of humidifying at irrigation drops. Research of irrigation of beet root was reduced to development of a water-saving regime of irrigation on light-brown soil by the differentiation of depth of a humidified soil layer during vegetation period of beet which would allow to receive the planned crop in a combination of various norms of a mineral feed at rational use of water resources.

В настоящее время получают развитие высокотехнологичные ресурсосберегающие технологии орошения. При капельном орошении вода поступает непосредственно в корневую систему растений, обеспечивая оптимальное увлажнение только того объема почвы, где сосредоточено наибольшее количество корней растений.

Возделывание корнеплодов при капельном режиме орошения в условиях при экстремальных климатических условиях Среднего Поволжья обеспечит сохранение плодородия, предотвратит иссушение почв агроландшафтов, создаст условия накопления азота в почве, продуктивность пашни значительно возрастет. Остается неизученным вопрос режима орошения столовых сортов свеклы при капельном орошении. Поэтому разработка режимов орошения столовых сортов свеклы является актуальной проблемой.

Целью наших исследований являлось обоснование и разработка водосберегающих режимов при капельном орошении столовой свеклы на светло-каштановых почвах, за счет дифференциации глубины увлажняемого слоя.

Для достижения поставленной цели решались задачи:

- разработать математическую модель распространения контура увлажнения при капельном орошении;

- изучить зависимость поливной нормы с учётом контура увлажнения почвы при различных способах полива;

- изучить закономерности формирования урожая столовой свеклы в зависимости от глубины увлажнения активного слоя почвы и доз внесения минеральных удобрений, при дифференцированном режиме орошения;

- определить основные параметры контура увлажнения для расчета поливной нормы при капельном орошении;

- провести сравнительный анализ потребления воды растениями столовой свеклы при различных способах орошения и нормах полива во взаимосвязи водопотребления с уровнем формируемого урожая.

Локальность капельного орошения обуславливает особенности техники полива. К элементам техники капельного орошения следует отнести, в. первую очередь, параметры очага (контура или полосы) увлажнения, их наибольший диаметр, ширина, глубина, горизонтальная и вертикальная площадь контура увлажнения и влагонасыщенность. Эти величины зависят от биологических особенностей культур, водно-физических свойств почв, характеристик капельниц. Ширина полосы, наибольший диаметр контура увлажнения, его горизонтальная площадь и глубина промачивания зависят от разности корневой системы культуры и находятся опытным путем. Очаг увлажнения с соответствующими параметрами формируется за счет применения тех или иных элементов техники капельного орошения.

В работах С.Н. Новосельского рассматривается математическая модель влагопереноса, которая описывается следующим уравнением:

где кх,ку,к2- коэффициенты влагопроводности вдоль осей х,у,г; 1иДк- интенсивность источников влагопоступления и влагоотбора корнями растения соответственно.

Функция 1и определяется геометрией увлажнителей, их положением в пространстве и режимом водоподачи. Если источники - пористые и проницаемые сферы исчезающего малого радиуса, то

Ы,

К = - Хг)' дЬ - Уг)- д{2 - 2г) (2)

1=1

где X;, у;, т?- координаты ¿-го источника; СМ1:)- его расход; 5- дельта функция Дирака; число точечных источников.

Таким образом, используя встроенные функции Майюас! было получено численное решение дифференциального уравнения влагопереноса в частных производных (рис. 1).

Основными параметрами контура увлажнения являются высота и ширина (рис. 2). Классической формулой для определения поливной нормы является зависимость -А.Н.Костякова :

т = \00-у-Н{Рт-Рш) (4)

где ш- поливная норма,м3/га; Н - глубина расчетного слоя почвы, м;

у - плотность расчетного слоя почвы, т/м3; ^нв ^ПП - наименьшей и предполивной влагоёмкости расчетного слоя,%

Расчёт по формуле (4) дает увеличенное значение поливной нормы, что приводит к нерациональному использованию водных ресурсов.

При методике расчета поливной нормы для дифференциации глубины увлажняемого слоя предлагается определять поливную норму с учётом эллипсовидной формы образуемого в результате полива контура увлажнения. Объём эллипсоида считается по формуле:

У = ^-7іНЯ (5)

где Н - расчетная глубина увлажняемого почвы, считая от поверхности земли, м; Я -наибольший радиус увлажнения почвогрунта, м.

15-

10-

X * . , / У #=' *г ,г , ,

, : і Є ■ -

, : ,

- , ; ' '

■>. -• ■■■ * У

.......... ' .. ....

4*%? && # 1 Г/р' ''

Л* 0 * » ». **. X, % V »

АХ/" Г ч % хчч ч Ч | XX## I ччччч \ ! XX/і I ччхчч % »

///Iі * Ч X %>, X Ч Ч I

* * * *

* /XX I /XX

* / X X

' X А *

О 3 ю и

График векторного поля

м

Рис. 1 - Поле поверхностного натяжения воды. График контура увлажнения

Подставляя данное выражение в формулу А.Н.Костякова получеем выражение:

т = Ъ,Г1-Н-К-уоб\рнв- Рш) (6)

Значение поливной нормы при капельном орошении с учётом эллипсовидной формы контура увлажнения определяют следующим образом:

т = \\Ъ-Н-К-го6\Рт-Рш) (7)

где Н-расчётная глубина увлажняемого слоя почвы, м; Я-радиус увлажнения, м; уоб-объёмная масса, т/м311,5- коэффициент, полученный в результате действий 11л/3.

Математическая обработка экспериментальных данных показала (рис.2), что радиус контура увлажнения коррелируется с глубиной увлажнения по формуле:

11=0,431Н (8)

Подставив выражение (8) в формулу (7) получим :

т = А,96-Н2-Гоб\Рнв-Рпп)-п (9)

где т- значение поливной номы, л/га; п-количество капельниц на га.

Умножив полученное выражение на количество капельниц, получаем формулу для вычисления поливной нормы:

т = 96,36Н2/об ■ (рнв -рпп) (Ю)

Расчёты по формуле (10) для различной глубины увлажнения приведены в таблице 1.

Для сравнения значения поливной нормы рассчитанной по формуле предложенной нами в таблице 1 представлены различные зависимости поливной нормы при капельном орошении и формулы, принятой за основу.

т = 100-ка(%(У_2^+К7^5 СРнв ~ Рпп) (п)

где а- объёмная масса расчётного слоя почвы, т /м3; Кк- увлажняющий участок, выраженный в частях от площади питания растения.

Таблица 1

Сравнение величин поливной нормы по различным формулам

Глубина прома-чива-ния, м Величина поливной нормы, м3 /га Расчетная формула

70% НВ 85% НВ

0,2 195 98

0,3 283 150 т = \00-Г-Н(Рнв-Рпп)

0,4 340 170

0,5 423 211

0,2 88 44

0,3 190 95

0,4 267 134 т Iии па{%0_%0кк+кг^ КРнв Рпп)

0,5 378 189

0,2 32 14 т = 96,36Н2уоб ■ {рнв -Рпп)

0,3 67 34

0,4 108 47

0,5 168 84

Поливные нормы, найденные по формуле (10) для различных порогов

начальной влажности почв опытного участка и глубины увлажняемого слоя составили 14 ... 168 м3/га в зависимости от глубины увлажняемого слоя (таб. 1.). Сравнение полученных значений величины поливной нормы с вычисленными по формулам (4) и (10) показало, что назначение режима орошения с использованием выведенной зависимости (10) для определения величины поливной нормы при капельном орошении, учитывающей пространственную форму области увлажнения почвы, приводит к более экономичному использованию оросительной воды. При этом величина поливной нормы по вычислению с формулой

А.Н.Костякова, уменьшается в 3,6...7 раза, а с формулой (11) в 2,2...3,2 раза меньше.

Таким образом, при проведении полевых исследований нами был принят режим орошения столовой свеклы, рассчитанный на основе формулы (10), предложенной нами для определения поливной нормы при капельном орошении.

Продолжительность межполивного периода в полевых условиях определялось по изменению влаги в контурах увлажнения от начала полива. На рисунке 2 приведены графики - фигуры, ограниченные криволинейной поверхностью с определённой влажностью почвы в определённый момент времени.

Т=1час

-#-90%

—90%

----80%

— 80% ж 57% —ф— 57%

Г, СМ

Рис.2 - Распространение влажности почвы в контурах, % от НВ

При капельном орошении, с учётом расчетных поливных норм, был разработан режим орошения, представленный на таблице 2.

Поливы назначались в среднем 3 и 4 раза в неделю. При выпадении осадков более 10 мм, очередной полив переносился на более поздний срок.

Расход оросительной воды на единицу продукции при капельном орошении был в 2,0-3,0 раза меньше, чем при дождевании. Общий расход воды полем, занятым корнеплодами при капельном орошении был более эффективным и рациональным. Суммарное водопотребление при капельном орошении было на 15,0-20,0 % меньше, а коэффициенты водопотребления на 70... 80 м3/т меньше, чем при дождевании.

Таблица 2

Режим и техника капельного орошения столовой свеклы в открытом грунте в слое 0,2-0,3-0,5 м (в среднем за три года)

Периоды Колич. поливов шт „ Оросительн Полиная норма г ая норма Средний расход капельниц, л/ч Продолжи тельность полива, ч

л/м2 м3/га л/м2 м3/га

Влажность почвы в контуре увлажнения НВ

Июнь 22 4,4 43,6* 96,8 965,8 9,0 1,25

Июль 30 4,4 43,9* 132,0 1090,0 12,0 3,0

Август 25 4,4 44,2* 110,0 1326,0 14,7 3,68

Сентябрь 10 4,9 49,0* 49,0 490,0 11,3 2,83

За оросит. 87 25,7 55,2 336,3 3871,8 11,75 10,76

*) - средняя дифференцированная поливная норма эффективного варианта орошения- для слоя 0,2 м -84 м3/га; 0,3 м - 34 м3/га, 0,5-84 м3/га; полученная по формуле (г^гщ+ПгШгУг^+Пг.

В то же время дополнительное количество поливов, расход оросительной воды, энергии и труда не обеспечивает дальнейшего прогрессивного роста урожайности свеклы.

При капельном орошении и влажности почвы 75-85% НВ урожайность возросла на 42,2 т/га или на 89,9 % в сравнении с дождеванием.

Сравнивая коэффициент водопотребления на вариантах можно сделать следующие выводы. Самый низкий коэффициент водопотребления был при варианте минерального питания ТЧшРтКшо и изменялся в зависимости от года от 91,6 до 97,5 м3/га в среднем 94,3 м3/га. При естественном плодородии коэффициент водопотребления был самый высокий 357-305 м3/га.

В зависимости от глубины увлажняемого слоя наименьшее значение коэффициент водопотребления принимал на варианте 0,2...0,3...0,5м и значение его возрастает соответственно на вариантах 0,3... 0,5; 0... 0,3;0... 0,5м.

Рациональным и эффективным следует считать режим капельного орошения с поддержанием влажности почвы в пределах 70... 85 % НВ.

На фоне естественного плодородия урожайность корнеплодов столовой свеклы равняется 18,2...21,7 т/га. С внесением ЫХпР,,иК4и формирование урожайности на уровне 30 т/га обеспечивается на всех вариантах глубины увлажняемого слоя и достигает 35,2 т/га при дождевании и 39,8 т/га при капельном орошении.

По результатам наших исследований можно сделать следующие

выводы:

- исследование контура увлажнения позволило создать математическую модель распространения контура увлажнения при капельном орошении и численно рассчитывать поливные нормы с учётом глубины увлажнения;

- на основании исследований установлена зависимость поливной нормы и глубины увлажнения;

- как показали исследования, глубина увлажнения и радиус контура увлажнения находятся в корреляционной зависимости.

- Наименьшие показатели коэффициента водопотребления обеспечиваются при капельном орошении (в 1,3 меньше, чем при дождевании).

Библиографический список

1. Григоров, М.С. Особенности передвижения влаги в почве при внутрипочвенном орошении /

М.С.Григоров, Е.П.Боровой // ВГСХА. Прогрессивные технологии орошения

сельскохозяйственных культур. Сборник научных трудов.1989 г./ВГСХА,- Волглград,1989,-С.15-23.

2. Иванова, Е.В. Учет потерь воды на испарение при поливе дождеванием./ Е.В Иванова, В.М. Иванов // ВГСХА. Сборник научных трудов, том ГХХУ1,Совершенствование конструкций оросительных систем и пути эффективного освоения орошаемых земель. ,/ВГСХА,-Волгоград,1981.С.128-133.

3.Ветренко,Е.А. Научно-экспериментальное обоснование внутрипочвенного орошения яблоневого сада: дис. .. .канд.т.наук: 06.01.02 / Ветренко Екатерина Александровна .-Волгоград, 2003г. - 180 с.