Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Водные ресурсы и непроизводитеяшые потери. стока в бассейне р.Сырдарьи - 13
1.1. Водные ресурсы ирригационных районов.бассейна р.Сырдарьи 13
1.2. Характеристика непроизводительных потерь.стока в бассейне 26
ГЛАВА 2. Структура суммарного испарения с.орошаемых полей хлопчатника 36
2.1. Методика работ и характеристика районов исследований 37
2.2. Особенности формирования испарения при орошении 40
2.2.1. Пространственная изменчивость основных факторов, определяющих испарение 45
2.2.2. Структура суммарного испарения при различных способах орошения 61
2.3. Расход грунтовых вод на суммарное испарение 75
ГЛАВА 3. Исследования формирования продуктивного испарения с посевов хлопчатника 83
3.1. Принятые методы исследований 84
3.2. Основные факторы формирования продуктивного испарения 90
3.3. Методика расчетов продуктивного испарения 98
ГЛАВА 4. Расчеты испарения и оптимального водопотребления хлопчатника 105
4.1. Статистические методы расчета и прогноза продуктивного испарения 105
4.2. Расчеты суммарного испарения III
4.3. Модель оптимального водопотребления. хлопчатника 119
Заключение 139
Література
- Характеристика непроизводительных потерь.стока в бассейне
- Особенности формирования испарения при орошении
- Основные факторы формирования продуктивного испарения
- Модель оптимального водопотребления. хлопчатника
Введение к работе
В целях выполнения поставленных ХХУІ съездом КПСС задач по повышению эффективности использования орошаемых и осушенных земель и решению Продовольственной программы, ЦК КПСС и Совет Министров СССР обязали партийные, советские, сельскохозяйственные и водохозяйственные органы обеспечить на мелиорируемых землях значительное увеличение производства важнейших видов сельскохозяйственной продукции. В Постановлении ЦК КПСС и СМ СССР "О комплексной программе развития мелиорации земель в I98I-I985 годах" отмечено, что мероприятия по мелиорации земель, осуществляемые в соответствии с решениями майского (1966 г.), июльского (1970 г.) Пленумов ЦК КПСС, способствуют развитию сельскохозяйственного производства и ослаблению влияния на него неблагоприятных погодных условий.
Дальнейшее развитие аграрной политики КПСС, являющейся составной частью ее экономической стратегии, отражено в Постановлении октябрьского (1984 г.) Пленума ЦК КПСС "О долговременной программе мелиорации, повышения эффективности использования мелиорированных земель в целях устойчивого наращивания продовольственного фонда страны". В этой программе указано на важное значение ускорения научно-технического прогресса в осуществлении мелиоративной программы, повышения результативности научных исследований, . которые, в конечном итоге, должны быть направлены на рациональное использование водных и земельных ресурсов, на повышение продуктивности и устойчивости сельскохозяйственного производства.
Известно, что основными факторами, ограничивающими расширение и интенсификацию сельскохозяйственного производства, в том числе и хлопчатника, в условиях орошаемого земледелия Средней Азии является все увеличивающийся дефицит пресной воды, а также неблагоприятное мелиоративное состояние части земель в связи с их засолением.
В бассейнах основных рек Средней Азии - Сырдарьи и Амударьи водное хозяйство находится на практическом пределе использования имеющихся водных ресурсов. Особенно остро сложилось положение в бассейне р.Сырдарьи, где потенциальный фонд пригодных для орошения земель значительно превышает оросительную способность местных водных ресурсов. Из 45 млн.га в бассейне р.Сырдарьи фонд пригодных для орошения '_ земель оценивается в 13 млн.га. В настоящее время орошаемые площади достигли 3 млн.га и суммарные водные ресурсы бассейна, составляющие 40,9 км3/год, практически исчерпаны.
Дальнейшее развитие орошаемого земледелия без привлечения стока северных рек возможно при условии интенсивного и более продуктивного использования водных ресурсов, повышения уровня их отдачи и получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Планируемый рост орошаемых земель в бассейне р.Сырдарьи до 3,4 млн.га за счет местных водных ресурсов может быть обеспечен улучшением состояния всего водного хозяйства и в первую очередь снижением фактической водообеспеченности орошаемого земледелия. При современной технологии использования воды велики ее безвозвратные потери, составляющие более 80% водных ресурсов бассейна; в маловодные 1975-1978 г.г. сток р.Сырдарьи в Аральское море не превышал 0,5-0,8 км3/год и в настоящее время постоянный сток воды в море прекратился.
В этих условиях возрастает актуальность нормирования водо-потребления и водоотведения, разработки научно-обоснованных норм для обеспечения оптимального протекания технологических процессов в сельском хозяйстве с выходом гарантированной продукции в заданном объеме и качестве /54, 151, 153, 167, 168/.
Научно-обоснованные подходы к количесвенной и качественной оценке водопотребления и водораспределения создают основы не только для оптимизации условий влагообеспеченности посевов, солевого, воздушного и пищевого режимов почво-грунтов, но и рационального использования водных ресурсов, обеспечения охраны окружающей среды от загрязнения сбросными водами /115, 150, 165/.
Во исполнение Постановления ЦК КПСС и СМ СССР "О плане мелиорации земель на 1976-1980 г.г. и мерах по улучшению использования мелиорируемых земель" в системе Госкомгидромета создаются на крупных мелиорируемых массивах воднобалансовые станции (ВБС), в том числе три на территории УзССР: Голодностепская, Каршинская и Хорезмская, вступающие в строй в одиннадцатой и двенадцатой пятилетках. Основная задача ВБС - усовершенствование расчетов режима орошения и водопотребления сельскохозяйственных культур, улучшение гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства на основе исследований водного, теплового и солевого балансов орошаемых земель.
В настоящее время имеется значительное количество отечественных и зарубежных работ, в которых исследуются вопросы водопотребления сельскохозяйственных культур, водный, тепловой и солевой режим зоны аэрации. Разрабатываются и усовершенствуются методы назначения режимов орошения, проводятся исследования процессов энерго- и массообмена в системе "почва-растение-атмосфера", поставлены задачи по программированию урожая. Теоретические исследования природных процессов обусловили создание физико-математических и динамико-статистических моделей типа "погода-урожай" для оценки влияния погодных условий на агрометеорологический режим и продуктивность посевов ряда сельскохозяйственных культур /17, 20, 38, 53, 75, 90, 101, 116, 129, 149, 146, 177,
180/.
Однако лишь в немногих работах, посвященных обоснованию норм и режима орошения, комплексно учитываются гидрометеорологические, почвешше и биологические факторы. Указанным условиям в значительной степени отвечает тепловодобалансовый метод ГГИ /151, 154/ определения режима орошения, рассматривающий водноба-лансовые, метеорологические условия, интенсивность влагообмена в зоне аэрации, тепловой баланс подстилающей поверхности и концентрацию солей почвенного раствора.
В то же время в теплобалансовом методе показатели состояния растительного покрова являются косвенными и жестко табулированными, что снижает эффективность применения этого метода для гидрометеорологического обслуживания орошаемого земледелия, в том числе и использование информации ВБС.
Таким образом, дальнейшее развитие орошаемого земледелия возможно за счет снижения водообеспеченности посевов, существующей в настоящее время, осуществления комплекса мелиоративных и природоохранных мероприятий при эффективном контроле использования водных ресурсов.
Резервом экономии водных ресурсов, относящейся к технологии использования воды, является обоснование и дальнейшее совершенствование биологически оптимальных норм водопотребления при орошении.
Целью настоящего исследования является оценка непроизводительных потерь стока на основе анализа современных водных балансов ирригационных районов бассейна р.Сырдарьи и разработка методов расчета водопотребления хлопчатника применительно к задачам оптимизации режима орошения и водопотребления сельскохозяйственных культур.
Поставленные задачи решались по двум основным направлени- ям: І) на основе исследований закономерностей формирования элементов водного баланса, в основном суммарного испарения, при различных режимах и способах орошения; 2) на основе исследований продуктивного испарения-транспирации. Таким образом, в гидроло-ческие расчёты элементов водного баланса сельскохозяйственных полей в явном виде введены показатели состояния испаряющей поверхности и учтены особенности формирования испарения растительным покровом в условиях орошаемого земледелия Средней Азии.
Для достижения поставленных целей был выполнен следующий объем работ: выполнен статистический анализ составляющих водного баланса ирригационных районов бассейна р.Сырдарьи; оценены непроизводительные потери стока; на основе статистического анализа гидрометеорологических факторов, обусловливающих процесс испарения, разработан статистический метод расчета и прогноза испарения с посевов хлопчатника; предложена методика учета параметров растительного покрова хлопчатника применительно к воднобалансовым исследованиям; разработаны методы расчета элементов растительного покрова для широкого спектра условий возделывания хлопчатника; на основе материалов наблюдений получены зависимости для расчета испарения с поверхности почвы и растительного покрова; предложен метод расчета расхода грунтовых вод в зону аэрации, в котором учитываются водно-физические характеристики почвы и параметры растительного покрова; на основе анализа пространственной изменчивости элементов дана оценка точности наблюдений за уровнем грунтовых вод, влаго-запасами почвы, метеоэлементами, состоянием посевов хлопчатника при воднобалансовых исследованиях; разработана модель оптимального водопотребления хлопчатником, основанная на полученных в диссертации зависимостях для расчета испарения, транспирации, расхода грунтовых вод, элементов биомассы, урожайности; с помощью программы, реализующей на ЭВМ модель водопотребления хлопчатника, проведены расчеты испарения, транспирации; произведен анализ и сравнение расчетных и фактических величин водопотребления. Расчеты показали удовлетворительную сходимость вычисленных и наблюденных значений испарения и элементов биомассы хлопчатника.
Работы по теме диссертации проведены в развитие исследований гидрологии орошаемых земель и основаны на материалах комплексных воднобалансовых исследований, проводимых при участии и руководстве автора в Голодной степи, Ферганской долине, Ташкентской и Бухарской областях УзССР.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.
В 1-й главе рассматривается современный еодный баланс основных ирригационных районов бассейна р.Сырдарьи, дается характеристика непроизводительных потерь стока. Суммарные затраты стока на нужды народного хозяйства в бассейне р.Сырдарьи в настоящее время составляют до 40 км3, в том числе в хлопководческой зоне бассейна до 20 км3/год. Показано, что водные ресурсы рек бассейна практически исчерпаны; дальнейший рост орошаемых площадей возможен за счет снижения водообеспеченности орошаемого земледелия, существующей в настоящее время, на основе проведения комплекса мелиоративных мероприятий, в числе которых снижение оросительных норм, составляющих основную часть безвозвратного водопотребления.
Исследования водопотребления посевов хлопчатника - ведущей отрасли сельскохозяйственного производства УзССР - рассматриваются во 2-й главе. Анализируется структура испарения при различных способах орошения, разработан метод расчета расхода грунтовых вод в зону аэрации в зависимости от испарения, глубины грунтовых вод, мощности корнеобитаемой зоны, гранулометрического состава грунтов зоны аэрации, степени развития биомассы хлопчатника.
Исследуется пространственная изменчивость влагозапасов почвы, уровня грунтовых вод, параметров приземного слоя воздуха и биомассы, испарения по площади полей и орошаемых массивов; рассчитана повторность измерения указанных элементов при производстве воднобалансовых работ. Полученные результаты использовались при разработке схем размещения полевых измерительных комплексов на территории проектируемых ВЕС и при проведении полевых исследований при выполнении НИР Госкомгидромета.
В 3-й главе диссертации рассматриваются вопросы обоснования норм водопотребления на основе исследований продуктивного испарения посевов хлопчатника. Получены уравнения для расчета транспиращш по данным о структуре испаряющей поверхности хлопчатника, влагозапасам почвы, продолжительности светового дня, дефиците влажности и температуре воздуха. Применительно к вод-нобалансовым исследованиям разработан метод расчета параметров испаряющей поверхности на основе стандартной гидро-агрометеоро-логической информации о режиме влажности почвы, глубине УГВ, гранулометрическому составу почвы зоны аэрации, термических условиях вегетационного периода, степени засоления почвы, густоте стояния растений, т.е. процесс формирования испарения с орошаемых полей увязан с состоянием растительной массы. Полученный - II - метод оценки листовой поверхности хлопчатника внедрен в практику работ воднобалансовой сети УзССР.
Модель оптимального водопотребления хлопчатника, основу которой составляют результаты исследований по теме диссертации, приведена в 4-й главе. В модели проводится расчет режима орошения, продуктивного водопотребления, суммарного и физического испарения, расхода грунтовых вод в зону аэрации, динамики влагозапасов почвы, элементов биомассы, урожайность для широкого диапазона условий возделывания хлопчатника.
Проведен подробный статистический анализ факторов, обусловливающих процесс испарения. При разработке уравнений для расчетов и прогноза суммарного испарения использовался метод множественной регрессии в варианте "просеивания" и вероятностный метод расчета испарения на основе двумерного распределения вероятностей испарения с одним фактором из ряда: влагозапасы почвы, уровень грунтовых вод, высота растительного покрова, температура воздуха. Указанные методы, в которых учитывается региональная специфика формирования испарения, позволяют более дифференцииро-ванно и оперативно рассчитывать водопотребление посевов на орошаемых массивах, подкомандных воднобалансовым станциям.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующих основных положениях, составляющих предмет защиты: в воднобалансовые расчеты введены в явном виде параметры растительного покрова; предложены методы оценки и расчета испаряющей поверхности посевов хлопчатника; предложены новые методы расчета испарения с посевов хлопчатника, учитывающие биологические особенности процесса транспирации; разработана модель оптимального водопотребления орошаемых полей хлопчатника, основу которой составляют новые методы и спосо- - 12 -бы расчетов испарения, транспирации, расхода грунтовых вод в зону аэрации, элементов биомассы и урожайности хлопчатника.
Автор выражает благодарность д.т.н. проф.Ю.М.Денисову, к.г.н. Ю.Н.Иванову, к.т.н. Ф.Э.Рубиновой (САНИИ им.В.А.Бугаева), к.г.н. Л.Н.Побережскому ("Средазгипроводхлопок"), к.б.н. С.С.Рад-ченко (АФНИИ) за советы и помощь в работе, а также сотрудникам отдела мелиоративных исследований института "Средазгипроводхлопок" и гидрографической партии Узбекского УГКС, где была выполнена работа, за помощь в производстве полевых исследований и обработке материалов наблюдений. Особую благодарность выражаю д.г.н. Ф.А.Муминову (САНИИ им.В.А.Бугаева), под научным руководством которого выполнена настоящая работа. - ІЗ -ГЛАВА І. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И НЕПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ СТОКА
В БАССЕЙНЕ СЫРДАРЬИ І.І. Водные ресурсы ирригационных районов бассейна р.Сырдарьи
Согласно экономическим разработкам Совета по изучению производительных сил при Госплане СССР, каждый кубический километр воды, идущей на орошение в агрокомплексах УзССР, обеспечивает получение сельскохозяйственной продукции на 500 тыс.руб/год. В то же время, из-за ограниченности водных ресурсов Среднеазиатского региона, свыше 28 млн.га полупустынных и пустынных земель используются в качестве малопродуктивных сезонных пастбищ /30,53,63/.
В соответствии с Продовольственной программой СССР, разработанной на основе майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС и Постановлением октябрьского (1984 г.) Пленума ЦК КПСС, осуществляются меры по дальнейшему подъему сельскохозяйственного производства и связанных с ним отраслей промышленности.
Интенсификация использования водных ресурсов Средней Азии для развития народного хозяйства, в первую очередь орошаемого земледелия, привела к существенному изменению стока рек и водного режима территории региона. Это влияние хозяйственной деятельности несомненно возрастет и в перспективе в связи с планируемым расширением орошаемых площадей и осуществлением межбассейновой переброски стока рек.
В условиях Средней Азии основными хозяйственными мероприятиями, коренным образом влияющими на речной сток, являются орошение, водоотведение и регулирование стока водохранилищами.
Влияние ирригационного водопотребления на сток проявляется в следующих гидрологических аспектах /117,151,165/: а/ изменении стока рек и его режима во времени и по длине реки; б/ изменении - 14 -качества воды; в/ изменении структуры водного баланса орошаемой территории.
Применительно к бассейну р.Сырдарьи влияние этапов водохозяйственного строительства на сток реки и водный баланс бассейна в основном на уровень до 1975 г. рассмотрено в работах ГГИ /121, 151,165/, САНИИРИ /106,127/, ИВП АН СССР /63,107/, САНИИ /117, 133/ и рядом других организаций /30,53/.
В настоящее время дальнейшие работы по изучению современных водных и водохозяйственных балансов и разработку на отдаленную перспективу для рек бассейна Аральского моря проводятся рядом организаций, в том числе САНИИ /133,134/, где нами выполнены работы по исследованию современных и перспективных водохозяйственных балансов.ирригационных районов бассейна р.Сырдарьи в рамках подзадания 0.85.01.07.01.Н4 программы ГКНГ. Некоторые результаты этих работ составляют содержание 1-ой главы диссертации. В основу расчетов положены материалы режимных наблюдений сети гидрометеорологических станций среднеазиатских УПСС, материалы исследований института "Средазгипроводхлопок", САНИИРИ /106,138/, САНИИ /97,117,133/ и ряд других источников.
Бассейн р.Сырдарьи занимает площадь 445 тыс.км , из которых
33 млн.га составляют сельскохозяйственные угодья, в том числе 13 млн.га пригодны к орошению. Бассейн является одним из крупнейших индустриально-аграрных районов СССР, где сосредоточено производство основных объемов продукции промышленности и сельского хозяйства республик Средней Азии.
Площадь орошаемых земель в бассейне увеличилась за последние 30 лет с 1,6 млн.га до 2,9-3,0 млн.га. В соответствии с увеличением площади орошаемых земель возрастает потребность в оросительной воде. В перспективе эта потребность может быть в какой- - 15 -то степени компенсирована за счет территориального перераспределения стока, что не снижает актуальность вопросов значительного повышения эффективности использования орошаемых земель бассейна и имеющихся здесь водных ресурсов.
Основная часть водных ресурсов бассейна р.Сырдарьи, как и всей Средней Азии, формируется в горной области бассейна Аральского моря. Шоголетние колебания стока основных рек Средней Азии резко выражены и проявляются в чередовании маловодных и многоводных циклов. Внутригодовое распределение поверхностного стока рек Сырдарьи и Амударьи благоприятствует его использованию в ирригации, т.к. 70-75$ объема стока приходится на вегетационный период.
Ресурсы поверхностных вод в бассейне моря оцениваются по величине среднемноголетнего стока в размерах 127,0-127,5 км3/год /30,53,63/ и распределяются следующим образом: бассейн р.Амударьи - 79,5 км3; бассейн р.Сырдарьи - 36,7-37,2 км3 /106,117/, бассей-, ны р.Чу, Таласа и Ассы - 5,8 км3.
Характеристика непроизводительных потерь.стока в бассейне
Потери стока в речных бассейнах обусловлены естественными и антропогенными факторами /30,54,63,117,153,165/. К первым принадлежат русловые "потери" стока на фильтрацию, береговое регулирование при разливах, испарение с водной поверхности и пойм. К антропогенным факторам - затраты стока, связанные в основном с орошаемым земледелием, на которые в бассейне р.Сырдарьи приходится 90$ суммарного водопотребления.
Общие затраты стока слагаются из суммарного испарения с орошаемых и неорошаемых земель /внутрисистемных перелогов/, с водной поверхности водотоков, озер, водохранилищ и других водных объектов, затрат на промышленно-коммунальное водоснабжение и рыбное хозяйство, из мертвых объемов воды в водохранилищах, поступления воды на пополнение запасов грунтовых вод и влагозапасов зоны аэрации. К затратам стока также относят /117,152/ объемы коллекторно-дренажных и сбросных вод, отводимых за пределы орошаемой территории и теряемые на испарение в естественных впадинах и понижениях местности на периферии зоны орошения.
Установлено /106,117/, что структура затрат стока определяется природно-хозяйственными особенностями и стадией освоения территории. На современном уровне мелиоративного освоения в хлопководческой зоне бассейна р.Сырдарьи основную часть затрат стока составляют затраты на испарение с орошаемой территории, которые достигают в Ферганской долине 80-85% суммарных затрат, ЧАКИРе -до 70$, Среднем течении - 75-80$ и лишь в Низовьях 25-30$. Причем для последнего из указанных районов испарение с поверхности Чардаринского водохранилища соизмеримо с затратами стока на испарение с орошаемых полей.
Действия компенсационных факгоров в бассейне р.Сырдарьи, уменьшающих убыль стока в связи с интенсивными водозаборами, практически начали исчерпываться еще в 50-х годах. Так, в Ферганской долине и ЧАКИРе такими факторами были: отвод коллекторных вод с мелиорируемых территорий и остатков вод боковых притоков в русло р.Сырдарьи, сокращение площадей дикой влаголюбивой растительности, уменьшение паводковых разливов в пойме, связанных с увеличением изъятия воды в верхнем течении. Увеличение водозаборов также вызвало уменьшение разливов в половодье в Нижнем течении на участке Тюмень-Арык - Казалинск, что способствовало сокращению потерь стока на испарение в пойме реки.
В результате затраты стока, связанные с развитием орошения в Ферганской долине, Среднем течении, ЧАКИРе, частично компенсировались сокращением потерь речной воды на разливы в пойме Нижнего течения.
Наиболее интенсивно истощение водных ресурсов по длине р.Сырдарьи происходит в 60-80 годы, что связано с резким увеличением водозабора из реки, сработкой компенсационных факторов, маловодьем за последние годы.
В связи с вводом в действие, дополнительно к существующим, Токтогульского и Кампырраватского водохранилищ, сток р.Сырдарьи почти полностью зарегулирован, коэффициент зарегулированности достигает значений 0,94. Система водохранилищ, не меняя условий формирования речного стока, трансформирует его,.что привело к сокращению разливов в Низовьях. Сток в створе г.Казалинска, начиная с 60-х годов, при модульном коэффициенте 0,5 практически отсутствовал.
В пределах Ферганской долины и (ЧАКИРа в маловодные годы отмечено наличие в какой-то мере компенсации затрат стока на оро шение за счет притока грунтовых вод с территории бассейна. Это явление обусловлено дренированием части территории, гидравлически связанной с рекой, при низких горизонтах воды /97,107,117/. В многоводные годы приток грунтовых вод затруднен вследствии их подпора высокими горизонтами воды в реке и происходит аккумуляция речного стока в подземном бассейне.
Расчеты руслового регулирования, выполненные в САНИИ /97/, на участке р.Сырдарьи от створа Каль до Чардаринского водохранилища, показали, что оно в среднем не превышает 1% стока, и его следует учитывать только на участках, где имеются водохранилища. Доля руслового регулирования и его относительная величина особенно высока в маловодные годы; так, на участке Бекабад - Надеждин-ский в.летний период регулирование составляет до 14,2 м3/с (13,3$ стока). На участке к.Кзылкишлак - г.Бекабад наблюдается выклини- . вание грунтовых вод в среднем за год в размере 15 м3/с, на участке г.Бекабад - п.Надеждинский преобладает приток подземных вод в среднем за год - 12 м3/с
Для отдельных участков.р.Сырдарьи от г.Бекабада до п.Надеж-динского и от п.Чардара до г.Казалинска.оценены русловые потери стока и подземный приток возвратных вод. А.В.Савельева /121/ оценивает подземный приток возвратных вод на участке Бекабад - На-деждинский дня меженнего периода в размере 10$ от суммы расходов в створах г.Бекабад и сбросе Фархадской ГЭС; фильтрационные среднемесячные расходы за осенне-зимний период в среднем за 1973 -1975 г.г. составили 10-40 м3/с
Особенности формирования испарения при орошении
Поля с близким залеганием УГВ (1-3 м) располагаются в районе г.Учкургана и на территории Ферганской областной опытной станции СоюзНИХИ - Федченко. Почвы учкурганских полей луговые, развившиеся на суглинистых отложениях, подстилаемых галечником и песком, слабозасоленные. Количество поливов 3-4, оросительная норма 5000-7500 м3/га.
На опытной станции Федченко воднобалансовые работы проводились нами на территории девяти орошаемых массивов общей площадью 250 га. Почвы полей - староорошаемые луговые сазовые, тяжелосуглинистые и глинистые; почвообразующие породы гипсированы. Тип засоления грунтовых вод хлоридно-сульфатный. Количество.поливов составляет 5-6 при оросительной норме 7200-10700 м3/га.
В Бухарской области исследования проведены на естественном фоне и посевах хлопчатника в районе Куюмазарского водохранилища. Количество поливов хлопчатника в среднем четыре по схеме І-2-І. Тип водного режима почв - промывной; УТВ залегает на.глубине 1,5-2,0 м. Почвы среднесуглинистые, слабо засоленные.
В диссертации также использованы материалы режимных тепло балансовых наблюдений воднобалансовой сети УзУГКС (ВБС Бозсу, Акалтын, Федченко), в организации работ которых автор принимал участие.
При производстве наблюдений использовался ряд приспособлений (удостоверения на рационализаторские предложения В 810/155 и J 8II/I56 от 10.12.1980 г., J6 II22/I32 от 24.02.1982 г.). (Приложение УП)..
Суммарное испарение является, как известно, главной расходной статьей водного баланса орошаемой территории. Для основных хлопкосеющих районов Средней Азии годовая сумма испарения достигает 1000-1200 мм/год, из которой на вегетационный период приходится 700-800 мм.
В настоящее время в Средней Азии накоплен сравнительно небольшой материал натурных наблюдений за элементами водного баланса орошаемых полей, в том числе за испарением с посевов хлопчатника. Наиболее полные по объему и продолжительности исследования испарения с хлопчатника проведены А.И.Будаговским /24/, Ф.А.Му-миновым /81,82/, Б.Е.Милькисом /78,80/, Ю.Н.Ивановым /49,51/, Л.Н.Побережским /100/ и.рядом других исследователей /5,8,9,25, 26,36,47,68,69,125,143/.
Как правило, в зависимости от целей исследований, в ряде работ испарение рассматривается.либо в гидрологическом, либо в растениеводческом аспектах, т.е. состояние растительного покрова вообще не учитывается или ему.уделяется основное внимание в ущерб гидрологическим параметрам.
Формирование испарения и продукционный процесс исследуется в работах С.Н.Рыжова /118,119/, М.П.Медниса /74/, Ф.А.Муми нова; учитывается состояние растительного покрова в работе И.Г. Мушкина и В.К.Гафурова./88/, урожайность в ряде других исследований /45,102,137,162/.
Наши исследования носили комплексный характер, где элементы водного баланса и состояние испаряющей поверхности учитывались взаимосвязанно. Суммарное испарение на всех полях определялось методом теплового баланса, суточный и сезонный ход составляющих которого на орошаемых полях подробно освещен в литературе /25,79,81,82,88,90,100,116,125/ и поэтому не рассматривается в настоящей работе.
Из оригинальных исследований остановимся на следующих вопросах: влияние различных способов орошения на радиационный баланс и суммарное испарение; характеристика пространственной изменчивости основных гидро- и агрометеорологических параметров, обусловливающих процессы испарения; расход грунтовых вод в зону аэрации.
По данным наших наблюдений /148/ для полей в Голодной степи, находящихся в одинаковых климатических условиях (в радиусе до 5 км), на ход составляющих теплового баланса посевов хлопчатника оказывает влияние способ орошения, причем в неадекватной степени в различные периоды вегетации. В малой степени различия в ходе и суммах составляющих теплового баланса характерны для полей с внутрипочвенным орошением и поливами по бороздам, что обусловлено совпадением режимов орошения и одинаковым развитием биомассы. Резко отличны суммы составляющих теплового баланса на поле с орошением дождеванием, где по сравнению с другими полями обычно складывались неблагоприятные условия увлажнения почвы в связи с задержками поливов; растительный покров здесь изрежен, неоднороден.
Основные факторы формирования продуктивного испарения
Основными гидрометеорологическими факторами, обусловливающими процесс формирования продуктивного испарения с посевов хлопчатника в условиях орошаемого земледелия.Узбекистана, являются: влагообеспеченность, тепловой, радиационный и ветровой ре-жим в среде растений. На последнюю группу факторов оказывает значительное влияние (в плане распределения внутри растительного покрова) структура посевов.
При наличии оптимальных влагозапасов в почве величина тран- v спирации определяется условиями внешней среды (состоянием приземного слоя атмосферы) и лимитируется способностью растений проводить воду по проводящей системе со скоростью, достаточной для возмещения расхода воды на транспирацшо.
Основную транспирирующую поверхность куста хлопчатника составляет общая листовая поверхность, состоящая из сумм поверхностей верхних и нижних сторон листовых пластинок. По нашим данным суммарная поверхность стебля, веток, черенков листьев хлопчатника не превышает 14-19$ общей листовой поверхности; и в зависимости от периода вегетации на 65-100$ состоит из поверхностей основного стебля и черенков листьев этого стебля. Выше отмечалось, что поверхность стебля, веток, черенков покрыта плотной покровной тканью, и величина транспирации с этих поверхностей составляет незначительную часть испарения с поверхности листьев.
Основная транспирирующая поверхность формируется листьями различных размеров (площадей) и разного возрастного состава /13, 52,70,136/; количество и площадь листьев меняется в самых широких пределах в зависимости от условий вегетации /13,81,86/. Анализ структуры листовой поверхности, проведенный нами по данным измерений на 362 учетных растениях в Голодной степи и Ферганской долине показал, что распределение количества листьев по интервалам площадей на кустах хлопчатника для периода от бутонизации до цветения может быть описано функцией Пуассона п =ЛИ а s ml (з.з) где ПЛ - количество листьев в % от их общего количества на кусте; &. - параметр, определяемый по высоте \\ кустов і 1,41 Л = O.012L6 Ь , (3.4) m - натуральное число, значение которого определяется по площади листьев 1\ т-о.юд-1.о . {з5) Площадь листьев л берется с точностью до CNT. Уравнения (3,3-3,5) применимы для растений с высотами от 10 см до 80 см и о площадей отдельных листьев в интервале 10-150 сиг.
По известной высоте растений h , заданием значений д с интервалом в 10 см2, определяются параметры в;пл к по таблице функции Пуассона оценивается распределение количества листьев на кустах по размерам площадей. Метод позволяет рассчитывать листовую поверхность кустов с ошибкой до 20$ (при суммарной площади листьев до 250-300 см ) и 5-10$ при площадях до 4000 см2.
Листовая поверхность хлопчатника образуется не только разновеликими, но и разновозрастными по составу листьями. Установлено /13,52/, что для развития кустов хлопчатника значение листьев каждого яруса различно в зависимости от периода вегетации и обусловлено их местоположением, возрастом, этапом развития растений, У старых листьев фотосинтез подавлен, ослабевают процессы дыхания, возрастает водный дефицит, продолжается отток ассимилян-тов в другие части растений /4,18,21,52,64,65,70,98,124/.
Не останавливаясь подробно на возрастной структуре листьев, отметим, что по нашим данным в период бутонизации хлопчатника около 60% листовой поверхности составляют листья в возрасте до 10 дней, в период цветения-плодообразования 50-60% площади - в возрасте 11-20 дней, в период раскрытия коробочек 50% площади приходится на листья в возрасте 51-60 дней. Эти данные в целом соответствуют результатам наблюдений /52/ за структурой листовой поверхности применительно к производству дефолиации.
Отмечено /4,35,65,70/ снижение транспирационной способности растений с их возрастом, обусловленное сужением устьичных отверстий в результате подсыхания протоплазмы. По А.М.Алексееву /4/ интенсивность транспирации находится в прямой зависимости от количества свободной воды в листьях и в обратной - от степени гидратации коллоидов протоплазмы и от общего количества коллоидно-связанной воды.
В.Р.Велик /14/ наблюдал снижение транспирации хлопчатника в период от бутонизации до цветения, которое объяснил угнетающим влиянием избыточного увлажнения почвы. По Д.Торну и Х.Петерсону /159/ снижение транспирации при затоплении посевов хлопчатника обусловлено нарушением аэрации корнеобитаемого слоя почвы. В.В.Гриценко связывал снижение продуктивности растений хлопчатника в период июль-август с систематической резкой сменой спада и подъема физиологической активности в поливные и межполивные периоды, обусловленные колебаниями влагозапасов от недостаточного до избыточного увлажнения.
Модель оптимального водопотребления. хлопчатника
Уравнения (4.20-4.22) применимы для густоты стояния растений в интервале 60—250 тыс. на га. Ошибки расчетов в среднем составляют Ъ% и достигают 20-25% при наличии на кустах сильно \ развитиых боковых моноподий.
В блоке растений проводится расчет дат начала вегетации, сева, наступления 50% фаз вегетации хлопчатника (всходы, бутонизация, цветение, раскрытие коробочек), даты формирования максимальной листовой поверхности, дат чеканки, дефолиации, окончания вегетации (даты губительного заморозка).
Даты наступления фенофаз определяются по суммам эффективных температур воздуха /94/ и, при необходимости, могут корректироваться с учетом термического режима в среде растений, отличного, как известно, от значений температуры воздуха на стандартной высоте 2,0 м. Предусмотрен сдвиг начала сева (или пересева) в случае, если продолжительность периода посев-всходы превышает две декады.
В блоке рассчитывается высота растений, количество симподий, площадь листьев, листовой индекс с учетом густоты стояния растений, степени засоления почв по зависимостям (4.18, 4.20 -4.23). Текущая корректировка величины прироста высоты проводится по уравнению (4.19) в зависимости от влагозаласов почвы и с учетом изменения диапазона оптимального увлажнения почвы в процессе вегетации.
Изменение мощности корнеобитаемого слоя (глубины распространения основной массы корней) определяется по уравнению (2.25) в зависимости от развития надземной массы и положения уровня грунтовых вод.
Проводится оценка величины урожая по даннъм о максимальной площади листовой поверхности (методика Ф.А.Муминова /82/) и по полученной наш зависимости где rlpvc и 4лF соответственно высоты хлопчатника на даты раскрытия коробочек и бутонизации; у - коэффициент, учитывающий густоту стояния растений и изменяющийся линейно от 0,0572 до 0,0786 при увеличении густоты от 80 тыс. до 250 тыс.растений на га.
Потенциально возможный урожай, сформировавшийся при условии, что не происходило опадение плодоэлвхментов, обусловленное стрессовыми ситуациями (воздушной засухой, сильным ветром и частично биологическим факторами), определяется по величине транспирации (4.14).
В блоке продуктивного испарения в зависимости от наличия исходной информации и степени сельскохозяйственного освоения района, для которого проводятся расчеты, предусмотрены два варианта оценки интенсивности транспирации: по значениям условного дефицита влажности воздуха - уравнения (3.II-3.I3) и с использованием значений только температуры воздуха (уравнение 3.14). Во втором случае проводятся оценочные расчеты интенсивности транспирации при условии нерепрезентативности для посевов хлопчатника значений упругости водяного пара по данньм гидрометстанщш, расположенных вне орошаемой зоны.
Средняя интенсивность транспирации листовой поверхностью определяется по данным о структуре посевов хлопчатника и о влагоза-пасах почвы по уравнениям (3.15-3.16).
Величина транспирации посевов рассчитывается за количество дней расчетного периода (сутки, пентада, декада) с учетом продолжительности солнечного сияния и густоты стояния посевов (уравнение 3.17).
Елок суммарного испарения предназначен для расчетов испарения с поверхности почвы, которое в сумме с транспирацией дает суммарный расход влаги на испарение, и непосредственно величины суммарного испарения по зависимостям, полученным в данной работе. Кроме этого выполняется расчет расхода грунтовых вод в зону аэрации, дренажного стока, изменения влагозапасов почвы и режима орошения.
Испарение с поверхности почвы определяется по величине испаряемости, влагозапасам почвы и листовому индексу посевов по зависимости 2.15. Значения испарения с поверхности почвы и транспирации суммируются.
Непосредственно суммарное испарение рассчитывается по выражению (4.7, 4.9, 4.12) при влагозапасах почвы не ниже 0,70-0,74 НВ.
Расход грунтовых вод в зону аэрации определяется по данным о глубине залегания уровня грунтовых вод, мощности корнеобитаемо-го слоя, гранулометрическому составу грунтов, величине коллектор-но-дренажного стока (уравнение 2.29).
