Содержание к диссертации
Введение
Глава І. ХАРАКТЕРИСТИКА УЧАСТКА ИССЛЕДОВАНИЙ 12
1.1. Природные условия Ташаузского оазиса 12
1.2. Краткая характеристика участка исследований и условия полевых опытов 20
1.3. Исследования водопотребления хлопчатника в Туркменистане 24
1.4. Организация исследовании по программированию урожаев 30
1.5. Выводы и задачи исследований 33
Глава П. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ . 35
2.1. Выбор участка и организация полевых наблюдений 36
2.2. Определение почвенных характеристик 40
2.3. Определение элементов водно-солевого баланса 43
2.4. Наблюдения за растениями 46
2.5. Методика измерений элементов теплового баланса 54
2.6. Определение обобщенных биоклиматических показателей 58
Глава Ш. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 63
3.1. Общие воднофизические свойства почвы 63
3.2. Детальные гидрофизические характеристики почвы 65
3.3. Оценки погрешности гидрофизических характеристик почвы 72
3.4. Характеристики засоленности почвы и грунтовых вод 76
Глава ІV. РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 79
4.1. Фенологические и биометрические характеристики хлопчатника 79
4.2. Тепловой баланс поля 86
4.2.1. Суточный ход элементов теплового баланса . 86
4.2.2. Сезонный ход элементов теплового баланса в период вегетации 92
4.3. Характеристики испарения поля 99
4.3.1. Транспирация и суммарное испарение 99
4.3.2. Испаряемость ЮЗ
4.4. Динамика влаги и солей в почве III
4.4.1. Динамика почвенной влаги III
4.4.2. Динамика засоленности почвы и грунтовой воды 116
4.5. Режим грунтовых вод 121
4.6. Обобщенные почвенно-био-климатические показатели 125
4.7. Расчет оросительных и поливных норм 135
Глава V. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ НА МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТАХ 143
5.1. Архитектоника хлопчатника и ее связь с накоплением биомассы 144
5.2. Расчет испарения с поверхности почвы на основе прикладной динамической модели
влаго- и теплообмена 153
5.3. Расчет водного режима хлопкового поля 167
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 174
ЛИТЕРАТУРА 179
ПРИЛОЖЕНИЕ 193
- Природные условия Ташаузского оазиса
- Выбор участка и организация полевых наблюдений
- Общие воднофизические свойства почвы
- Фенологические и биометрические характеристики хлопчатника
- Архитектоника хлопчатника и ее связь с накоплением биомассы
Природные условия Ташаузского оазиса
Ташаузркая область расположена в северной части Туркменской ССР между 4130 -43 северной широты и 59-6015 восточной долготы. С юга область ограничивается Заунгузскими Каракумами, восточнее и севернее его располагаются Хорезмская орошаемая область Узбекистана и Чимбайокий орошаемый массив Каракалпакии, в западном направлении оазис постепенно сменяется пустынными урочищами дельты.
На территории области находится восемь административных районов - Куня-Ургенчский, Калининский, Октябрьский, Тельманский, Ташаузский, Тахтинский, Ильялинский и Ленинский.
Площадь территории оазиса, пригодной к орошению, по данным Туркменгипроводхоза составляет ІІ7І, 3 тыс.га.
Область входит в Нижнеамударьинский агроклиматический округ /4/, занимая полосу орошаемых земель, примыкающих к низовьям Амударьи. Это самый холодный округ равнинной части Туркмении. Средняя годовая температура воздуха - (П-12)С, а температура января —4,7 -6С (абсолютный минимум температуры -36С).
Средняя температура самого теплого месяца (июль) около 27 (абсолютный максимум 44-45).
Продолжительность безморозного периода изменяется от 187 дней на севере до 200 - на юге округа.
Период со средней суточной температурой воздуха выше 10 в среднем 196 дней. Сумма положительных температур за вегетационный период колеблется в пределах 4000-4300. Это позволяет отнести данный округ к умеренно жаркой зоне.
Коэффициент использования термических ресурсов (отношение средней суммы эффективных температур за вегетационный период к сумме эффективных температур, необходимой для наступления у данной культуры фазы созревания) очень скороспелыми сортами хлопчатника равен в северной части округа 1,25 и в южной - 1,37.
Выбор участка и организация полевых наблюдений
Для проведения исследований элементов теплового, водного и солевого баланса выбран балансовый участок, который расположен примерно в центре массива, занятого хлопчатником. Участок является характерным для оазиса по почвенным, климатическим, гидрологическим показателям. Весь окружающий массив занят хлопчатником, отдельные поля, в соответствии со схемой севооборота -люцерной. Поля по границам имеют одно- и двухрядные лесополосы, оросительные каналы обсажены древесной растительностью. Схема участка исследований приведена на рис.2.I.
При определении испарения методом теплового баланса большое значение имеет правильный выбор места установки датчиков. В зависимости от рельефа, почвенного покрова, засоленности почвы, расположения полей в севооборотных массивах могут возникать систематические ошибки при измерениях элементов теплового баланса.
Выбор участка исследований и места установки комплекта датчиков теплобалансографа производился на основании методических рекомендаций /7, 57/. Балансовый участок - прямоугольник размером 500х 100 м располагался в центре поля площадью 70 га. Наблюдательный домик располагался на краю поля, рядом с полевым станом бригады $ 5, где имелся источник электроэнергии, необходимый для работы аппаратуры. Около домика заложен колодец 8 для наблюдения за уровнем и минерализацией грунтовых вод. От наблюдательного домика I до места установки датчиков проложен кабель 2 (длиной 200 метров) по гребню рядка как можно ближе к растениям. Это позволяло избежать повреждения кабеля во время междурядных обработок. С помощью распределительной коробки 3 кабель соединялся с датчиками теплобалансовой аппаратуры АФЙ. На мачте 4 были размещены электропсихрометры АФИ, а также психрометры МВ-4 для проведения метеорологических наблюдений. На мачте 5 закреплен балансомер, под которым на глубине 3-5 см закапывался в почву тепломер 6. Конструкция мачт 4 и 5 давала возможность изменения высоты подвески датчиков по мере роста хлопчатника.
Общие воднофизические свойства почвы
Цикл лабораторных исследований общих почвенных характеристик включал определение механического и солевого состава, а также параметров водных свойств почвы в пределах зоны аэрации (до глубины 160 см) ввиду близкого залегания грунтовых вод на опытном поле.
Данные по механическому составу опытного участка (приложе -ние 5), полученные нами, показывают, что пахотный горизонт (0-40, 50 см) сложен средними и легкими суглинками, а ниже до глубины 120 см - средними и тяжелыми суглинками. Далее от 120 до 140 см следует слой супеси, а ниже до 160 см и возможно далее - средние суглинки. тах располагается в слое до I метра. В связи с этим в ходе лабораторных исследований величины максимальной гигроскопичности и влажности завядания измерялись до глубины I м. Как видно из табл.3.I, максимальная гигроскопичность и влажность завядания в пахотном слое больше, чем в нижних почвенных горизонтах зоны аэрации. Это, видимо, связано с большим содержанием в пахотном слое илистых частиц, поступающих на поле с оросительной водой.
Фенологические и биометрические характеристики хлопчатника
Как уже отмечалось ранее, биометрические и фенологические показатели посева необходимы для общих оценок фотосинтеза и продуктивности сельскохозяйственного поля. Эти характеристики необменных масштабов можно пользоваться реальной шкалой времени от момента посева (или всходов), а также заменять шкалу времени шкалой эффективных температур (накопленная сумма температуры выше ЮС). Учитывая значительные различия в погодных условиях, мы воспользовались первой системой обработки. Результаты измерений высоты главного стебля и накопление сухого веса листьев куста хлопчатника на графиках рис.4.I (б) и (в) приведены к единой шкале времени, начинающейся от фазы всходов.
Как видно из рис.4.I (а), к концу вегетационного периода нет особых различий в нарастании площади листьев между 1979 г. и
Различия между годами по высоте главного стебля до 50 дней после всходов не превышают 9 см. В 1980 г. высота главного стебля была наибольшей. В 1979 г., при более раннем посеве чем в 1978 г., высота главного стебля на 45 день после всходов оставалась на 2-3 см меньше и только после 50 дней развития началось постепенное увеличение высоты главного стебля. На момент проведения чеканки высота главного стебля в 1979 г. и в 1980 г. была одинакова и составила 80 см или на 25-30 см больше, чем в 1978 г.
Архитектоника хлопчатника и ее связь с накоплением биомассы
Одним из основных блоков комплексной динамической модели формирования урожая сельскохозяйственных культур является блок роста и архитектоники наземной части и корневой системы расте -ний /124/.
К сожалению, на сегодняшний день достигнутый уровень знаний в области физиологии растений не возволяет построить физически обоснованные модели различных биотических процессов, в том числе процессов роста растения и архитектоники посева. Общие принципы моделирования биотических процессов жизнедеятельности растений изложены в работах /126, 130-137/, анализируя которые, можно убедиться в том, что на сегодняшний день единственным возможным ме -тодом моделирования этих процессов является однофакторное и многофакторное эмпирическое моделирование.
Рассмотрим один класс таких моделей (регрессионные модели), построенных нами на основе экспериментальных данных. Прежде чем привести математическое описание этих моделей, коротко изложим методику их построения. Базой построения моделей были фотометрические данные, полученные в 1978-80 гг. в ходе наших полевых измерений.
Первый этап работы заключался в составлении архива данных. В архив данных в качестве индивидов входят измеренные в один день фитометрические характеристики одного растения (высота главного стебля, сухая биомасса листьев, сухая биомасса корней, площадь листьев, глубина проникновения корней и др.).
На втором этапе выбиралась наилучшая регрессионная модель. В нашей работе это сделано на основании рекомендаций АФИ /124, 138/. В этих работах построена регрессионная модель для пшеницы, связывающая площадь ассимиляционной поверхности (совместно листьев и стебля) и высоту пшеницы с ее биомассой /124/: где J - площадь ассимилирующей поверхности (листья и стебли); \1\ - биомасса этих органов; и - высота растения.
Известна также регрессионная модель аналогичного вида для кукурузы, связывающая площадь листьев с биомассой надземной части /138/. С целью построения подобной регрессионной модели хлопчатника рассмотрено большое количество уравнений. При выборе модели в каждом случае проверялось более десяти видов зависимостей (логарифмические, экспоненциальные, дробностепенные, квадратичные и т.д.). Из моделей, связывающих геометрические размеры листа с его площадью р L (при ширине листа В 1,5 см), наилучшим оказалось соотношение вида:
Для этого уравнения оценивались: критерий Фишера Г = 9999, коэффициент множественной корреляции J =0,99, степень свободы числителя - 2 и степень свободы знаменателя - 27.
