CC BY
15
УДК 631.48
А. М. Керимов, Б. Т. Гулиева
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ КАК ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ПРОДУЦИРОВАНИЯ ЗЕЛЕНОЙ МАССЫ
ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК
АЗЕРБАЙДЖАНА, БАКУ
A. M. Kerimov, B. T. Quliyeva SUN ENERGY AS THE MAIN SOURCE OF GREEN MASS PRODUCTIVITY
INSTITUTE OF SOIL SCIENCE AND AGROCHEMISTRY OF AZERBAIJAN NATIONAL AKADEMY
OF SCIENCES, BAKU
Аннотация. С позиции энергетики почвообразования предлагается метод расчета радиационных резервов по естественным комплексам на примере Азербайджана. На основе проведенных расчетов установлено распределение затрат тепла на почвообразование и резервов радиационных ресурсов, возможных для продуцирования дополнительной биомассы.
Ключевые слова: радиационный баланс; биоценоз; коэффициент относительной увлажненности.
Азад Мамед Гулу оглу Керимов
Azad Mamed Gulu oglu Kerimov кандидат сельскохозяйственных наук azad.kerimov59@mail.ru
Введение. Земля, как неотъемлемая часть природного комплекса, является важным источником энергии и материального благополучия человечества. Дальнейший рост производства сельскохозяйственных продуктов возможен лишь при правильном, высокоэффективном и рентабельном использовании земли - основного средства производства в ведении сельского хозяйства. При этом необходимо знать и глубоко анализировать климатические условия, которые влияют на все стороны сельскохозяйственного производства.
Объект и методика. Объектом исследования являются стационарные метеорологические станции и сред-немноголетние данные климатических показателей по существующим почвенно-климатическим зонам Азербайджанской Республики. Расчеты энергетических показателей произведены по общепринятой методике энергетики почвообразования.
Результаты и обсуждение. В связи с геологическим строением, Азербайджан имеет сложный рельеф и является горной страной, 60 % территории которого занимают горы: с севера Большой Кавказ, с юга Малый Кавказ, а с юго-востока Талышские горы окружают Кура-Аразскую низменность. Средняя высота территории составляет 657 м. Высота территории колеблется от -27 м от уровня Каспия до 4466 м (Базардюзю Большого Кавказа). Ампли-
Summary. A method for calculation of radiation with Azerbaijan Republic given as example has been proposed on the basis of energetic of soil formation. Schematic maps of heat expenditure for soil formation and reserves of radiation resources, useful for production of additional biomass have been complied using the method.
Keywords: radiation balance; biocenosis; relative moisture coefficient.
Бахар Тофик кызы Гулиева
Bahar Tofik kyza Quliyeva Quliyevabahar68@gmail.com
туда высот составляет 4500 м. Семьдесят три процента территории имеет высоту до 1000 м, 27 % - выше 1000 м, а 18 % территории расположены ниже уровня океана.
Известно, что территория Азербайджана характеризуется высокими значениями радиационного баланса (40-59 ккал/см2 в год) и распределены по территории неравномерно. Годовое количество солнечной радиации на Кура-Аразской и Ленкоранской низменностях составляет 125-134 ккал/см2, в предгорьях 120-130, высокогорьях 140-150, а в Нахичеване 145-160 ккал/см2 в год.
Однако сельскохозяйственные культуры (зерновые, виноград, хлопчатник и др.) используют приходящую солнечную энергию лишь на 60-70 %, а 30-40 % при этом остаются неиспользованными [1].
Распределение осадков во многом зависит от рельефа. Наименьшее количество выпадает на юге Аб-шеронского полуострова: до 200 мм/год, на равнинах Кура-Аразской низменности - 200-400 мм/год и увеличивается с высотою в горных районах. На Большом Кавказе от подножья до среднегорных территорий количество осадков изменяется от 900 до 1800 мм/год, а на Малом Кавказе от 600 до 900 мм/год. В Талышских горах с увеличением высоты происходит уменьшение осадков, что способствует образованию азональности. Наиболь-
шее количество осадков приходится на юго-восточную часть республики: на Ленкоранскую низменность -1800 мм/год.
Годовая величина испаряемости в республике колеблется между 800 и 1400 мм/год. На Кура-Аразской низменности, Абшероне, Приаразских равнинах Нахичевани эта величина достаточно высока - 1200-1400 мм.
До сих пор в качестве показателя при оценке возможностей для возделывания сельскохозяйственных культур принимается такой агроклиматический показатель, как сумма активных температур выше 10 °С [2; 3]. В этом отношении радиационный баланс земной поверхности (К) является наиболее объективной и физически определенной величиной, позволяющей более строго судить об условиях возделывания, в частности резерва радиационных ресурсов для выращивания дополнительных сельскохозяйственных культур. Этот резерв при правильном, научно обоснованном подходе может явиться условием для выращивания дополнительных культур и повышения биопродуктивности агроценозов.
Для количественного определения неиспользованных ресурсов солнечной энергии мы нашли целесообразным воспользоваться формулой Волобуева В. Р. [4].
_ 1
д _ Д . е т-Кп (1)
где д - затраты солнечной энергии на почвообразование, кДж/(см2год);
Я - радиационный баланс земной поверхности, кДж/(см2год);
Кп - коэффициент относительной увлажненности,
т - показатель биологической активности биогеоценоза, т =2,13.
Преимуществом данной формулы является то, что она одновременно учитывает радиационный баланс Я и относительную увлажненность Кп в условиях биогеоценоза. Иными словами, она позволяет проводить сравнительную оценку полноты использования приходящей солнечной энергии при различных условиях увлажненности.
Так, если мы определим по формуле (1) использование радиационных ресурсов при достаточном увлажнении, то сможем определить величину энергии, недоиспользованную при меньшем увлажнении. В наших расчетах в качестве некоторого эталона принимались условия увлажненности, оцениваемые величиной КП=1, так как данные условия увлажнения в природе наиболее оптимальны для существования и благоприятного развития биогеоценозов, соответствующей черноземам.
Зная затраты энергии на почвообразование в условиях достаточной увлажненности д (Кп = 1) и в условиях меньшей увлажненности (природной, д), можно определить резерв радиационной энергии по следующей формуле:
л д = д - д (2)
где д' - энергия, используемая биогеоценозами в условиях достаточного увлажнения при Кп = 1, кДж/(см2год);
лд - резерв радиационной энергии, кДж/(см2год).
При наших расчетах определения резерва солнечной энергии АО коэффициент относительной увлажненности Кп определяли по известной формуле:
Р
Кп =— (3)
Еп
При этом среднемноголетнее количество осадков Р (мм) и радиационный баланс Я (ккал/(см2год)) принимались по Шихлинскому Э. М. [5], испаряемость Еп рассчитана по формуле Волобуева В. Р. [6]
Еп = 50-Я0,67 (4)
На основе этих исследований (таблица 1) карта-схема затрат энергии на почвообразование (рисунок 1), а также карта-схема резервов радиационных ресурсов, возможных для продуцирования дополнительной биомассы в условиях Азербайджанской Республики (рисунок 2).
При анализе составленных карт выявилось, что запасы радиационной энергии находятся в полном соответствии с вертикальной зональностью распределения природных комплексов и почв Азербайджана. Из этого следует, что на полупустынном ландшафте, занимающем большую площадь на Кура-Аразской низменности, Абшерона, Самур-Девечинской низменности, Шарур-Ордубадской равнине, где сформированы сероземные, серо-бурые, сероземно-луговые почвы и солончаки, приходятся наибольшие значения резервов радиационных ресурсов, недоиспользованных биоценозами 43,8-92,3 кДж/(см2год).
В интрозональных ландшафтах, сформированных за счет близкого расположения к земной поверхности грунтовых вод на Шолларской равнине, Ганых-Айричайской долине, Ленкоранской низменности и Прикуринских тугайных лесах, где господствует умеренно-теплый климат с сухой зимой, на аллювиально-лугово-лесных почвах, происходит полное использование солнечных ресурсов (- 4,62 кДж/(см2год)), как и в горных областях.
На высоте от 400 м до 600-800 м в горах Большого и Малого Кавказа, в Нахичевани до 2000 м (с континен-тальностью климата), в Талышских горах 1800-2000 м (с азональностью) распространены горные степи, представленные светло- и темно-каштановыми почвами, которые при орошении приобретают высокую плодородность и используются под виноградники. Радиационные ресурсы здесь колеблются от 20,8 до 54,7 кДж/(см2год).
Горные леса на Большом Кавказе, где нижний ярус лесов представлен коричневыми горно-лесными почвами с преобладанием более засухоустойчивых дубовых деревьев, расположены на высотах от 600-800 м до 1800-2000 м. У более увлажненного верхнего яруса, на бурых горно-лесных почвах, представленных буковыми и грабовыми деревьями, уровень радиационных резерв составил 11,2-38,5 кДж/(см2год).
Горные субальпийские и альпийские луга расположены в пределах высот 1800-3000 м Большого и Малого Кавказа и представлены горно-лугово-торфяными дерновыми и примитивными почвами. На данных природных комплексах солнечные ресурсы полностью используются биоценозами, составляя - 8,53 кДж/(см2год).
Таблица 1 - Основные гидротермические и почвенно-энергетические показатели по Азербайджанской Республике
Объекты Я Р Кп О Оп АО Оросительная норма, мм/год
Баку 50,2 195 0,28 39,5 131,8 92,3 485
Хачмас 47,9 342 0,51 80,2 125,7 45,5 318
Джафархан 45,7 246 0,38 55,9 120,0 64,1 389
Кюрдамир 47,1 341 0,52 79,8 123,6 43,8 314
Гянджа 45,3 246 0,38 55,4 118,9 63,5 384
Нахичевань 42,3 251 0,41 56,3 111,0 54,8 354
Ленкорань 59,3 1250 1,62 186,5 155,7 -30,8 -490 □
Газах 49,7 393 0,57 92,0 130,5 38,5 282
Агдам 47,1 460 0,70 100,8 125,0 24,2 195
Физули 48,4 488 0,73 106,3 127,1 20,8 177
Шамаха 44,0 493 0,78 101,2 115,5 14,3 132
Закатала 49,8 939 1,37 149,1 130,7 -18,4 -264 □
Дашкесан 39,4 525 0,90 89,0 103,4 14,4 55
Евлах 45,5 278 0,43 64,3 119,4 55,2 357
Бейлаган 45,0 265 0,41 60,5 118,1 57,7 365
Сальяны 47,3 237 0,38 57,5 124,2 66,6 418
Билясувар 46,5 275 0,38 57,1 125,2 58,2 370
Джалилабад 47,7 535 0,80 111,7 118,1 29,0 125
Ордубад 45,0 276 0,43 63,4 130,1 54,7 354
Шеки 49,9 692 1,01 131,5 117,9 -4,62 -17 □
Куба 44,9 527 0,82 106,7 122,1 11,2 103
Ханкенди 46,5 560 0,85 112,6 29,06 2,49 85
Лерик 53,2 500 0,70 113,8 3139,7 25,8 210
Истису 32,6 644 1,25 92,4 285,6 -8,53 -134 □
Шушу 39,8 649 1,10 109,2 2103,6 -4,75 -69 □
Гейтепе 52,7 535 0,75 118,0 138,3 20,3 117
□ - Требуется осушение земель
Рисунок 1 - Карта-схема затрат энергии на почвообразование
Рисунок 2 - Карта-схема резервов радиационных ресурсов, возможных для продуцирования дополнительной биомассы в условиях Азербайджанской Республики, кДж/(см2год)
Выше 3000 м расположены субнивальная, ниваль-ная, а выше - вечные снега и ледники, куда приходятся минимальные значения солнечной энергии.
Несмотря на то, что в Ленкоранской области, находящийся во влажной субтропической зоне, зафиксировано максимальное количество осадков (до 1900 мм в год) и нет недоиспользованных ресурсов солнечных лучей, -30,8 кДж/(см2год), для возделывания цитрусовых, чая и овощей, почвы орошаются летом, так как основное количество осадков выпадает в холодные время года.
Исходя из данных резервов радиационной энергии и относительной увлажненности Кп построен график зависимости зависимости резервов радиационной энергии ЛQ от относительной увлажненности Кп (рисунок 3). Видно, что при увеличении относительной увлажненности происходит уменьшение резервов солнечной энергии.
В целом график, согласно природным гидротермическим условиям, можно подразделить на полупустынную зону с максимальными значениями резервов солнечной энергии, сухостепную - с меньшими значениями резервов, зону высокого и достаточного увлажнения (Кп = 1) почти полного использования наличных солнечных ресурсов и зону переувлажнения, где иные условия увлажнения отвечают оптимальному энергетическому и водному балансу биогеоценоза.
Лу к'Дж гч'I >д
а - полупустынная зона, б - сухостепная зона, в - зона достаточного увлажнения
Рисунок 3 - График зависимости резервов радиационной энергии ЛQ от относительной увлажненности Кп
Поиск связи между величиной затрат энергии в биогеоценозе, рассчитанных согласно зависимости (1) по климатическим данным, и фитопродуктивностью, установленной прямыми исследованиями разных авторов, привел к следующей зависимости [6]:
V = Qn, (5)
где V - годичный прирост фитомассы природных сообществ,
п - параметр, находящийся в определенной связи с относительной увлажненностью Кп: ^ п = 0,045 + 0,085 Кп при Кп < 1 и ^ п = 0,045 + 0,056 Кп при Кп > 1.
По рассчитанным значениям биопродуктивности установлен прирост растительной массы природных сообществ в целом по Азербайджану, как бы «нормированной» величины годичного прироста растительной массы в естественных условиях.
Анализируя результаты расчетов продуктивности растительной массы по почвенным зонам республики видно, что максимальная продуктивность приходит-
Из изложенного следует, что при условии, если территория Республики полностью была бы покрыта естественной растительностью, то ежегодно она могла бы продуцировать 436 млн ц биомассы.
Подобные исследования для сельскохозяйственных культур были проведены И. Сабольчем в целом по Венгрии.
В заключение отметим, что с единых позиций энергетики почвообразования можно судить о различных сторонах существования биогеоценозов. Все это в конечном итоге послужит решению практических вопросов более эффективного и рационального использования в биологических процессах на земной поверхности основного природного ресурса - энергии Солнца.
Выводы. Установлено, что одним из реальных путей максимального использования агрофитоценоза-ми резервов солнечной энергии (полупустынная и су-хостепная зона) является увеличение относительной увлажненности с учетом как природных осадков, так и орошения, а в зонах богарного земледелия - улучшение и правильное использование имеющихся гидротермических ресурсов. При этом подразумевается не
ся на желтоземную зону Ленкоранской области, составляя 178,5 ц/га, а минимальная - на сероземную. Величина прироста растительной массы в сероземной зоне варьирует в пределах 13,8 до 37,2 ц/га (в среднем 24,6 ц). В пределах 30-50 ц/га значения продуктивности растительной массы в горных степях на каштановых (серо-коричневых) почвах ( в среднем 46,2 ц/га). На коричневых почвах низкогорной зоны эти значения достигают 80 ц/га (в среднем 77,8 ц/га), а в среднегорьях на бурых горно-лесных почвах колеблется от 60 до 95 ц/га (среднее - 69,5 ц/га). На горно-луговых почвах субальпийских лугов значения продуктивности биоценозов снижается до 55 ц/га (в среднем 59,5 ц/га), а на горных черноземах прирост растительной массы опускается ниже до 45 ц/га. В целом в перерасчете на всю зону, наибольшая продуктивность биоценозов приходится на горнолесную зону - 59,81 106, а в аккумулированной энергии - 113,41012 кДж. При этом наименьшая продуктивность наблюдается на горных черноземах - 36,45 1 05, в выходе энергии - 7,561012 кДж (таблица 2).
только расширение площади орошаемых земель, но также всемерное сохранение и рациональное использование запасов почвенной влаги, в частности использование зеленого покрова для уменьшения испарения с поверхности почвы.
Список литературы
1 Зейналов Ю. А. Энергетика почв и агрофитоце-нозов в условиях Восточной Ширвани : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. - Баку, 1980. - 25 с.
2 Шашко Д. И. Агроклиматические районирования СССР. - М. : 1967.
3 Алиев С. А., Эюбов А. Д., Мамедов Т. Г. Два-три урожая в год на орошаемых землях (на азерб.). - Баку, 1966. - С.144.
4 Волобуев В. Р. Экология почв. - Баку, 1963. - С. 259.
5 Шихлинский Э. М. Тепловой баланс Азербайджанской ССР - Баку, 1963. - С.195.
6 Волобуев В. Р. Введение в энергетику почвообразования. - М. : Наука, 1974. - С. 127.
Таблица 2 - Энергия, производимая ежегодно природными сообществами в Азербайджанской Республике
Природные зоны Количество продукции, ц Произведенная энергия, кДж1012
Сероземная 71,0106 133,56 1012
Каштановоземная 11,24107 210,84
Коричневоземная 11,84107 215,46
Горно - лесная 59,81106 113,40
Горно - луговая 42,30 106 79,38
Желтоземная 28,57 106 52,92
Черноземная 36,45 105 7,56
Итого: 43,61107 813,121012
