Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы: оценка природной влагообеспеченности, ее учет при моделировании продукционных процессов в агроландшафтах и управление мелиоративными режимами 10
1.1. Оценка естественной влагообеспеченности земель 10
1.2. Модели агроклиматических ресурсов и продуктивности агроландшафтов 16
1.3. Управление мелиоративными режимами на орошаемых и осушаемых землях
1.4. Обоснование необходимости водной мелиорации в Московской области 32
Выводы по главе 1 35
Глава 2. Количественный анализ природной среды Московской области 36
2.1. Природно – географические условия Московской области 36
2.2. Оценка достаточности длины ряда методом скользящей средней 40
2.3 Статистический анализ метеорологических показателей 44
2.3.1.Температура воздуха 44
2.3.2.Атмосферные осадки 53
2.3.3.Радиационный баланс 59
2.3.4. Дефицит влажности воздуха 63
2.3.5.Испарение 68
2.4 Обработка метеорологических параметров методом матрицы переходных вероятностей 73
2.4.1. Матрица переходных вероятностей температуры воздуха 73
2.4.2. Матрица переходных вероятностей атмосферных осадков 75
2.4.3. Матрица переходных вероятностей радиационного баланса 76
2.4.4. Матрица переходных вероятностей дефицита влажности воздуха 78
Выводы по главе 2 79
Глава 3. Оценка природной тепло-влагообеспеченности, дефицита водопотребления и их связь с урожайностью сельскохозяйственных культур 80
3.1. Оценка естественной влагообеспеченности Московской области
3.2. Дефицит влаги в почве и расчеты оросительной нормы при оптимальном увлажнении 89
3.3.Связь урожайности основных сельскохозяйственных культур с коэффициентом увлажнения 95
Выводы по главе 3 113
Глава 4. Биоклиматическое обоснование водных мелиораций в условиях Московской области 115
4.1 Требования сельскохозяйственных культур к водно-термическим условиям внешней среды 115
Прогноз продуктивных запасов влаги под картофелем и необходимость их регулирования с применением водных мелиораций 120
4.3Продуктивность зерновых культур (яровая пшеница) и овощей (столовая свекла) в зависимости от водного и теплового режимов 143
Выводы по главе 4 152
Глава 5. Обоснование мелиоративных режимов при орошении и осушении дерново-подзолистых почв Московской области 155
5.1 Мелиоративный режим дерново-подзолистых почв при орошении сельскохозяйственных культур 155
5.2 Обоснование мелиоративного режима осушаемых дерново-подзолистых почвах Московской области 178
Выводы по главе 5 179
Литература 186
- Управление мелиоративными режимами на орошаемых и осушаемых землях
- Оценка достаточности длины ряда методом скользящей средней
- Дефицит влаги в почве и расчеты оросительной нормы при оптимальном увлажнении
- Прогноз продуктивных запасов влаги под картофелем и необходимость их регулирования с применением водных мелиораций
Введение к работе
Актуальность темы. Московская область по природным условиям
увлажнения относится к зоне неустойчивого увлажнения: в весенний и осенний
периоды, как правило, отмечается переувлажнение почвы, что требует проведения
в ряде случаев осушительных мелиораций, а в летний период наблюдается
дефицит влаги и возникает необходимость в орошении сельскохозяйственных
культур. В условиях глобального изменения климатических факторов возрастает
необходимость обоснования развития осушения или орошения путем сравнения
требований растений к водному фактору. При обосновании потребности в водных
мелиорациях, наряду с климатическими показателями, необходимо учитывать и
биоклиматическую продуктивность агроэкосистем. Применительно к природно-
климатическим условиям Московской области наиболее рациональной моделью
для обоснования необходимости проведения водных мелиораций является
методика, в которой учитывается продуктивность растений в зависимости от
влагообеспеченности территории. Комплексное использование ретроспективного
анализа многолетних метеонаблюдений, выполненного по обоснованным
методикам, и модели биоклиматической продуктивности, разработанной В.В.
Шабановым, позволит подойти к научному обоснованию необходимости
проведения водных мелиораций, используя вероятностные оценки
агроклиматических показателей. Такой подход дает возможность обосновать необходимость развития орошения и/или осушения земель при возделывании картофеля, овощей и зерновых культур в условиях Московской области для реализации продукционного потенциала агроэкосистем.
Степень разработанности темы. Проблеме обоснования необходимости проведения водных мелиораций с учетом агроклиматических показателей посвящены многочисленные работы: Айдарова И.П., Алпатьева А.М., Будыко М.И., Галямина Е.П., Голованова А.И., Данильченко Н.В., Добрачева Ю.П., Жуковского Е.Е., Иванова Н.Н., Кирейчевой Л.В., Климова А.А., Мезенцева В.С., Мушкина И.Г., Нерпина С.В., Пеннинга Ф., Полуэктова Р.А., Понько В.А., Пчелкина В.В., Селянинова Г.Т., Сухарева Ю.И.,Терлеева В.В., Топажа А.Г., Хворовой Л.А., Шабанова В.В., Шашко Д.И., Эйкхофа П., Эмбергера Л., Якушева В.П., Hesketh J.D., Jones J.W., Hubbard K.G., Hanks R.J. и других. Для условий Московской области со значительной неравномерностью распределения осадков, как по годам, так и в пределах вегетационного периода в литературе отмечается существенное варьирование урожайности сельскохозяйственных культур, поэтому для регулирования водного режима почв необходимо проведение водных мелиораций. Прогноз продуктивных запасов влаги в почве и относительной урожайности сельскохозяйственных культур возможно выполнить с помощью опытных статистических рядов агроклиматических показателей. Сведения о таких исследованиях в Московской области практически отсутствуют. В тоже время на основе моделирования агроклиматических показателей можно воспроизводить
многолетние процессы для прогнозирования осушительных и оросительных мелиорациях.
Цель исследований – обоснование потребности в водных мелиорациях в условиях Московской области с учетом региональных закономерностей климата и с использованием многолетних рядов метеонаблюдений.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Выполнить количественный анализ метеорологических показателей (осадки, температура воздуха, дефицит влажности воздуха, радиационный баланс) и испаряемости за многолетний период по трем метеостанциям Московской области.
-
Провести анализ температурного и водного режимов почв трех регионов Московской области в зависимости от климатических показателей для лет различной обеспеченности осадков и температуры с использованием методик Н.Н.Иванова, Г.Т.Селянинова, М.И.Будыко, Д.И.Шашко; выполнить расчеты дефицита водопотребления и потребности в дополнительном орошении по показателям увлажнения почв.
-
Установить связь урожайности картофеля, зерновых и овощных культур за многолетний период с показателями увлажнения почвы, а также оптимальный диапазон продуктивных запасов влаги в почве для реализации продукционного потенциала.
-
Выполнить оценку продуктивных запасов влаги в почве по периодам вегетации для картофеля, яровой пшеницы и столовой свеклы методом водного баланса.
-
Определить относительную продуктивность культур для лет различной природной влагообеспеченности по методике В.В.Шабанова.
-
Установить вероятность востребованности оросительных и осушительных мелиораций при возделывании картофеля, столовой свеклы и яровой пшеницы в условиях Подмосковья.
-
Разработать режимы орошения и схемы поливов картофеля, яровой пшеницы и столовой свеклы по методике ФАО для лет различной тепло-, влагообеспеченности для агроклиматических условий Подмосковья.
Научная новизна работы. На основании проведенных исследований
выявлено влияние климатических ресурсов на естественную тепло-
влагообеспеченность почв и урожайность картофеля, столовой свеклы и озимой пшеницы в Московской области. Для трех регионов области установлен дефицит водопотребления и потребность в дополнительном орошении. Впервые разработана и реализована методика комплексного количественного анализа климатических данных по их статистическим показателям с использованием матриц переходных вероятностей. Предложена методика использования статистических рядов метеонаблюдений для оценки продуктивных запасов влаги в почве на основе водобалансовых расчетов и установлен оптимальный диапазон продуктивной влаги для посевов картофеля, яровой пшеницы и свеклы на
дерново-подзолистой почве для Подмосковья. Определены пределы
относительной урожайности сельскохозяйственных культур для условий различной тепло-, влагообеспеченности с использованием модели В.В.Шабанова, установлена вероятность дефицита или избытка естественного увлажнения по фазам роста и развития картофеля для условий пригорода Москвы. Усовершенствованы и апробированы методы расчета характеристик водного режима сельскохозяйственных культур, и впервые выполнена оценка вероятности востребованности оросительных и осушительных мелиораций в Московской области. Предложен алгоритм расчета режима орошения сельскохозяйственных культур по методике ФАО с использованием программы «CROPWAT-8», адаптированной к условиям Подмосковья.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Комплексная оценка влияния климатических ресурсов Московской области на естественную тепло-, влагообеспеченность почв и урожайность картофеля, столовой свеклы и озимой пшеницы в Московской области, базирующаяся на количественном анализе метеорологических параметров внешней среды за многолетний период как случайных процессов.
-
Методика количественного анализа климатических данных по их статистическим показателям с использованием матриц переходных вероятностей для оценки тепло-, влагообеспеченности почв.
-
Оценка зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от природной тепло-, влагообеспеченности, дефицита водопотребления и величины оросительной нормы на основе расчетных методов.
-
Биоклиматическое обоснование необходимости применения водных мелиораций на основе зависимости относительной урожайности культур от продуктивных запасов влаги в почве с учетом методологических подходов В.В. Шабанова.
5.Алгоритм расчета режимов орошения сельскохозяйственных культур с использованием методики ФАО с учетом сезонной динамики тепло-влагообеспеченности почв в условиях Подмосковья по программе «CROPWAT-8.0». Практическая значимость работы. Выявлены закономерности динамики
урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от природной тепло-
,влагообеспеченности на основе многолетних метеоданных. Разработаны
методики определения продуктивных запасов влаги в почве при возделывании
картофеля и обоснования потребности, в водных мелиорациях базируясь на
биоклиматическом методе. Проведена модернизация алгоритма расчета режима
орошения сельскохозяйственных культур с учетом статистического анализа
метеоданных. Выполненные расчеты по тепло-, влагообеспеченности позволяют
планировать урожайность сельскохозяйственных культур в естественных
условиях с учетом вероятностных изменений климатических факторов и при
проведении водных мелиораций. Результаты исследований могут быть
использованы при проектировании мелиоративных систем, определении параметров оросительной или осушительной сети, расчетов потребности в воде для зоны орошения, а для осушаемой зоны позволяют дать оценку объемов дренажных вод. Разработанный режим орошения сельскохозяйственных культур в зависимости от тепло-, влагообеспеченности по адаптированной методике ФАО может быть применен сельскохозяйственными предприятиями и фермерами в производственном процессе. Полученные в диссертации материалы могут быть использованы в учебном процессе по мелиорации и агрометеорологии.
Методология и методы исследования. Теоретико-методологическую
основу исследований составляют методы системного статистического и
динамического моделирования для оценки природной тепло-,
влагообеспеченности, продуктивных запасов влаги в почве и относительной
продуктивности сельскохозяйственных культур. Количественный анализ
природных условий проводился по метеостанциям «ВДНХ», «Можайск»,
«Коломна», расположенным соответственно в центральной, западной, и юго-
восточной частях области за 47-летний период. По климатическим показателям и
испаряемости составлялись хронологические ряды и обработаны методом
математической статистики с применением теории стохастических процессов. Определение параметров водного режима почвы при водных мелиорациях проведено методом водного баланса с использованием прогноза продуктивных запасов влаги в почве. Относительная продуктивность сельскохозяйственных растений определено по методике В.В.Шабанова. Расчеты режима орошения сельскохозяйственных культур выполнено по методике ФАО.
Степень достоверности результатов исследований основана на
использовании длительных рядов климатических данных для обоснования водных мелиораций в Московской области. Обработка полученных метеорологических данных проводилась методами математической статистики с использованием законов распределения случайных величин. Для условий Московской области применялись известные математические модели В.В.Шабанова и В.А.Понько. Оценка результатов моделирования выполнена путем сравнения расчетных значений продуктивности сельскохозяйственных культур с фактическими данными.
Апробация результатов исследований. Основные положения и
результаты исследований докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях преподавателей, молодых ученых и аспирантов аграрных вузов РФ в 2014 и 2015гг. (Москва, РУДН). Полученные материалы исследований использовались при проведении курсового и дипломного проектирования, а также в учебном процессе. Результаты выполненных исследований докладывались в 2013, 2014 и 2015г. в агроинженерном департаменте Аграрно-технологического института Российского университета дружбы народов.
Личный вклад автора заключается в сборе, анализе и обработке исходной информации, обосновании методики исследований, выполнении расчетов с использованием многовариантных схем, обобщении и анализе полученных результатов, написании статей по теме диссертации.
Публикации. В 5 научных работах, в том числе 4 работы опубликованы основные положения диссертации в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 185 страницах и состоит из введения, 5 глав, заключения и приложений. Она содержит 64 рисунка, 40 таблиц и 29 приложений. Список используемой литературы включает 128 наименований, из которых 19 зарубежных источников.
Управление мелиоративными режимами на орошаемых и осушаемых землях
Потребность в гидротехнических мелиорациях зависит от зональных и азональных особенностей природных условий и во многом определяется тепло влагообеспеченностью территории занятой природными и культурными фитоценозами в любых физико-географических условиях [5,22]. Природные и культурные фитоценозы земной поверхности являются крупнейшими потребителями водных ресурсов [4,5]. Потребность в воде базировалась на учете транспирационных коэффициентов, полученных в условиях вегетационного опыта. В подавляющем большинстве методов испарение не было связано количественно с энергетической его основой- с ресурсами тепла за период вегетации. Все это затрудняет определить водный режим больших территорий, необходимых для проведения мелиоративных мероприятий [2,4,22].
В России осадки и температура воздуха распределяется крайне неравномерно. При этом наибольшее количество осадков выпадает в северных районах, а более высокие температуры воздуха приходятся на южные районы нашей страны. По оценкам известных ученых ООН Россия отнесена к группе страха с пониженной биологической продуктивностью земель. В основном это обусловлено особенностями географического положения территории. При этом большая площадь земель страны расположена в зоне вечной мерзлоты, пониженных температур, короткого вегетационного периода и избыточного количества выпадающих осадков.
В целом значительные площади сельскохозяйственных земель расположены в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, а также в зоне избыточного увлажнения. Примерно только 10% площадей сельскохозяйственных угодий по своим климатическим, почвенным и гидрогеологическим условиям является благоприятными для сельскохозяйственного производства в естественных условиях [23]. Отсюда следует, что уровень производства сельскохозяйственных культур является нестабильным и в основном зависит от климатических условий конкретного года и природных условий территории.
Степень благоприятности климата или относительная тепло влагообеспеченность, как отмечает [15] зависит от показателя эффективного увлажнения, который учитывает среднемноголетние осадки и среднегодовую температуру воздуха. При этом главным источником продуктивного запаса влаги для питания растений и расхода воды на транспирацию растения определяется влажностью почвы.
Влияние влажности почвы на урожайность сельскохозяйственных культур можно определить по методике разработанной В.В. Шабановым (1981), по которой определяются относительные доступные влагозапасы в корнеобитаемом слое почвы за каждую декаду вегетационного периода. При выяснении степени влагообеспеченности растений важно знать не общую сумму осадков, а доступные или продуктивные запасы влаги в почве, за счет которых развиваются растения [30]. Поэтому показателем влагообеспеченности должна служить средневзвешенная влажность почвы за вегетацию растений, которая учитывает не только характер распределения влаги в почве, образовывавшейся от осадков, но и от конденсации водяных паров и др.
В агрометеорологических исследованиях для оценки территории по влаго-теплообеспеченности широко используется методы водного и теплового балансов почвы. При определении показателя увлажнения испаряемость определяется по дефициту насыщения, радиационному балансу или температуре воздуха [4,9,37,104,105].
По климатическим показателям и прежде всего по влаго - и теплообеспеченности почвы в естественных условиях можно судить о потребности в осушении и орошении, и об урожайности сельскохозяйственных культур. При оценки влагообеспеченности необходимо увязывать природные факторы, и в первую очередь увлажнительный эффект осадков, с факторами испарения через коэффициент влагообеспеченности. По этому показателю потребность устанавливается путем сопоставления фактического запаса влаги с потребным количеством воды на физическое испарение и транспирацию растений. В качестве критерия оценки влагообеспеченности растения можно использовать параметры одного из физиологических процессов, характеризующих фотосинтез или формирование урожая [59]. Однако, из- за сложности определения многих показателей и различия их в растениях для систематического учета влагообеспеченности они малопригодны. Методика расчета влагообеспеченности растений разработанная [4,5], основана на учете климатических условий и биологических свойств растений. При этом учитывают такие факторы, как испаряемость, влагозапасы почвы, вид и сорт растений и фазы их развития.
При оценке влагообеспеченности часто используются сочетания годовых осадков с температурой воздуха, а также применяется гидротермический коэффициент [82], представляющий собой отношения суммы осадков к сумме суточных температур выше 10С за период вегетации растений. При значениях ГТК в интервале 1-1,5 мелиоративные мероприятия не требуются. Если ГТК 1,5 необходимо проведение осушительных мелиораций, а при значениях меньше 1 – необходимо орошение.
Однако авторы таких коэффициентов признают неудовлетворительность принятой ими оценки, так как она, во-первых, не имеет физического смысла, во-вторых, не учитывает зимних запасов влаги и стока с вышерасположенных массивов и за пределы рассматриваемого участка, влажности воздуха и другие факторы.
Оценка достаточности длины ряда методом скользящей средней
Основным типом растительности на территории Московской области являются леса. Они расположены в трех растительных поясах – еловых и елово – широколиственных лесов, широколиственных лесов и лесостепи.
Сложная геологическая история территории Московской области определила большое разнообразие почвообразующих пород, которые могут быть объединены в 5 основных групп: 1) покровные суглинки; 2) флювиогляциальные и древнеаллювиальные пески; 3) морена; 4) неоднородные толщи наносов; 5) современные аллювиальные отложения.
В пределах Московской области выделяются три основные почвенные зоны: 1) южно-таежная подзона дерново-подзолистых почв; 2)среднерусская-провинция серых лесных почв; 3) среднерусская лесостепная провинция оподзоленных, выщелоченных и типичных среднегумусных и тучных мощных черноземов и серых лесных почв. Основной фонд почвенного покрова Московской области составляют подзолистые почвы (рис 2.1). Они формируются в условиях преобладания осадков над испаряемостью, при промывном типе водного режима. Подзолистые почвы подразделяются на два подтипа: собственно - подзолистые и дерново-подзолистые, которые занимают 54,9% площади почв области. Преобладающими почвами в области являются дерново-подзолистые, которые формируются на моренных, водно-ледниковых и аллювиальных наносах различного гранулометрического состава. Подзолистые почвы характеризуются низким естественным плодородием, бедны гумусом и элементами минерального питания. Дерново-подзолистые почвы более богаты гумусом и более плодородны. В северной и восточной частях области распространены болотные и болотно-подзолистые почвы. Эти почвы отличаются повышенной кислотностью, низким плодородьем при высоком содержании питательных веществ. Они переувлажнены и для повышения их плодородия нуждается в проведении осушительной мелиораций. Общая площадь таких почв составляет 20,2 %. Рис 2.1. Почвенная карта Московской области (http://www.cemba.ru/naom-stoim...-vidi-pochv-moskovskoie-oblasti.html)
Серые лесные почвы формируются под широколиственными лесами в условиях лесостепи. Они занимают 8,2% площади и распространены только в южной ее части. Другие типы почв занимают незначительные площади. К ним следует отнести черноземы, пойменные аллювиальные почвы и др. Так, например, черноземы (выщелочные, оподзоленные,включая лугово- черноземные) занимают площадь менее одного процента, которые расположены в южной оконечности области (Серебряно –прудский район).
Вдоль русел рек расположены наиболее плодородные пойменные аллювиальные почвы, которые занимают площадь порядка 4,4%. Для прогнозирования мелиоративных мероприятий и оценки природных процессов требуется анализ естественной тепло-влагообеспеченности по территории Московской области. Одним из важных показателей влагообеспеченности является дефицит водного баланса, который определяется по разнице между испаряемостью и осадками[23]. Таким образом, в Московской области для оценки в потребности в мелиорациях необходимо изучить природную тепло-влагообеспеченность, ее связь с урожайностью сельскохозяйственных культур.
Для оценки продукционных процессов и прогноза продуктивных запасов влаги в почве, а также относительной урожайности сельскохозяйственных культур необходимо иметь длительные ряды метеорологических наблюдений. Данные измерений метеорологических показателей, таких как атмосферные осадки, температура воздуха, относительная влажность воздуха и дефицит влажности воздуха нами были получены за достаточно длительный период наблюдений – 47 лет (1966-2012гг.). Точность результатов метеорологических и гидрологических измерений оценивается длительностью рядов, продолжительность которых должна быть не менее 40 лет. Построенные хронологические ряды показателей метеоданных за 47-ти летний период свидетельствуют о достаточности данных для их использования. Следует отметить, что данные по радиационному балансу нами получены только за 20-ти летний период с 1994 по 2013 гг, поэтому для дальнейшего использования этих данных для прогнозных расчетов необходимо определить их достаточность. С этой целью нами был использован метод скользящей средней для обработки данных на основе использования закона распределения. Как отмечают, авторы [103] число лет наблюдений, при которых значение скользящей средней не выходит за установленные пределы следует считать достаточной по длительности наблюдений.
Рассмотрим алгоритм расчета скользящей средней радиационного баланса для установления времени его стабилизации. Расчеты проводим по каждой декаде за теплый период (IV –IX) рассматриваемых лет. В табл.2.1. приведен алгоритм расчета скользящей средней радиационного баланса за первую декаду апреля в многолетнем разрезе.
Дефицит влаги в почве и расчеты оросительной нормы при оптимальном увлажнении
Из приведенных данных следует, что среднегодовая температура воздуха за рассматриваемый период изменяется в пределах 2,35-6,63С при среднемноголетнем значении 5,0 С (обеспеченность суточных температур воздуха 50%). Для теплого и вегетационного периодов среднесуточные температуры воздуха в многолетнем разрезе соответственно находились в пределах 11,1-16,4 и 13,2-19,9 С. При этом по среднемноголетним данным (обеспеченность 50%) среднесуточные температуры воздуха за эти периоды соответственно составляли 13,3 и 15,6С.
В аналогичной последовательности изменялась сумма температур воздуха. За 47-ми летний период(с 1966 по 2012г) сумма среднесуточных температур воздуха варьировала в пределах 858-2423С в целом за год, 2033-3001С за теплый период и от 1618 до 2447С за вегетационный период. При обеспеченности сумм температур воздуха 50% эти показатели соответственно составляли 1824С, 2425 и 1924С. В целом сумма температур воздуха теплого периода в юго-восточной части Московской области обеспечивает благоприятный рост и развитие сельскохозяйственных культур, адаптированных к местным условиям. С точки зрения глобального потепления климата, полученные данные по метеостанции «Коломна» по температурному режиму воздуха за период с 1966 по 2012гг. свидетельствует о тенденции некоторого повышения годовых сумм температур воздуха. Это наглядно видно из рис2.12, где приведено распределение сумм годовых температур воздуха за 47 календарных лет с 1966 по 2012гг. Полученная логарифмическая кривая распределения сумм температур воздуха за период с 1966г. (при сумме 1100С) до 2012г. с суммой температур 1950 С показывает, что за 47-ми летний период сумма температур воздуха возросла на 850С при среднегодовом ее увеличении на 18,1С.
Сравнительная оценка температурного режима воздуха в целом по Московской области свидетельствует о заметном его различии по ландшафтногеографическим зонам. Установлено, что температура воздуха постепенно повышается с запада на юго-восток.
Если в западной части Московской области (данные метеостанции «Можайск») среднемноголетняя сумма температур воздуха и среднемноголетняя температура воздуха за год по многолетним данным соответственно составляют 1824С и 5,0 С, то в юго-восточной части (по данным метеостанции «Коломна») эти показатели увеличились соответственно до 1895С и 5,2С.
В естественных условиях основным источником влаги в почве являются осадки, которые занимают ведущее место в приходной части водного баланса. Как известно, продуктивность растений зависит не только от количества выпадающих осадков, но и от их распределения в течение вегетационного периода. Воздействие осадков на сельскохозяйственные культуры зависит от интенсивности и продолжительности их выпадения и фазы развития растения. Осадки, выпадающие в течение продолжительного времени, сравнительно равномерно распределяются по площади и влага хорошо впитывается почвой. При выпадении ливневых кратковременных осадков с высокой интенсивностью дождя, почва не успевает впитывать воду, что приводит к поверхностному стоку и к водной эрозии почв[100]. В тоже время интенсивные дожди, выпадающие в период цветения сельскохозяйственных культур, значительно ухудшают условия опыления, а также препятствуют лету насекомых, что приводит к преждевременному опадению цветов[53]. Таким образом, на продуктивность сельскохозяйственных культур большое влияние оказывает режим выпадения осадков. Обычно в качестве критерия влагообеспеченности используют продуктивные влагозапасы в корнеобитаемом слое почвы. К сожалению, эти данные не всегда определяются на метеорологических станциях, но могут быть получены расчетным путем на основании моделирования процессов влагообмена в почве [22]. Для выявления изменений продуктивных влагозапасов в активном слое почвы за счет поступающих в почву осадков необходимо установить распределение случайной величины –атмосферных осадков для Московской области. При статистической обработке и оценке случайных величин атмосферных осадков нами определялись: обеспеченность, среднее значение, медиана, среднеквадратическое отклонение, коэффициенты вариации, асимметрии и эксцесса.
Прогноз продуктивных запасов влаги под картофелем и необходимость их регулирования с применением водных мелиораций
При обеспеченности 25% и меньше отмечается естественное переувлажнение как в течении года, так и за теплый и вегетационные периоды, что вызывает необходимость проводить мелиоративные мероприятия по осушению земель. Иная картина дефицита естественного увлажнения наблюдалась по данным метеостанции «Коломна». Здесь дефицит влаги был зафиксирован при обеспеченности 75% и более и за год варьировал в пределах от 13 до 265 мм. За теплый и вегетационные периоды дефицит естественного увлажнения был так же отмечен в средние годы и в более сухие периоды и составлял 59,2 – 360,8 мм. В теплый и вегетационный периоды избыточное увлажнение отмечалось при обеспеченности 25% и меньше (21,0- 168,2 мм). В годовом разрезе переувлажнение было установлено при 50% обеспеченности и меньше ( от 92,2 до 297,1 мм). Таким образом, по данным материалов за теплый и вегетационный периоды для западной части Московской области (метеостанция «Можайск») потребность в орошении возникает в годы с обеспеченностью 75% и более, а при 50% -установлено нормальное увлажнение. Для центральной и юго-восточной частей Московской области (по метеостанциям «ВДНХа» и «Коломна») дефицит естественного увлажнения был определен для обеспеченности 50% и более, что указывает на необходимость проведения орошения. При этом показатели дефицита естественного увлажнения увеличивались с запада на юго-восток Московской области.
Оптимальный уровень годового естественного увлажнения находится в пределах обеспеченности 75-90%, а для теплого и вегетационных периодов – в пределах 50-75%. При этом начало годового атмосферного иссушения раньше наступает при его определения по методике М.И.Будыко (обеспеченность 75%) и несколько позже – при использовании метода Д.И.Шашко (обеспеченность 90%). За теплый и вегетационный периоды сроки наступления иссушения отмечаются раньше при определения коэффициента увлажнения по методике Н.Н.Иванова (обеспеченность 45%) и заметно позже – по методам Г.Т.Селянинова и Д.И.Шашко (обеспеченность 75%). Метод М.И.Будыко дает надежные результаты по природной влагообеспеченности только в годовом разрезе.
Годовой дефицит природного увлажнения по метеостанциям «Можайск», ВДНХа, «Коломна» наступает соответственно при обеспеченности 85%; 80% и 70%, а за теплый и вегетационный периоды – 55%; 40% и 30%.
Максимальный годовой дефицит влаги увеличивается с запада на юго-восток области в 1,9 раза. Если, по данным метеостанции «Можайск» он составлял 141,9 мм., по метеостанции ВДНХа - 256 мм., то по метеостанции «Коломна» - возрос до 265 мм., а за вегетационный период он увеличивался в заметно меньших пределах и составлял соответственно 311 мм.; 346,3 мм. и 345,6 мм. 3.2. Дефицит влаги в почве и расчеты оросительной нормы при оптимальном увлажнении По оптимальным показателям увлажнения (нормальное увлажнение) нами были вычислены дефициты водопотребления для средних и сухих лет с использованием различных методов. Расчеты проводились по следующим зависимостям. По методу Н.Н.Иванову: Мдеф = Ку Е – Р или Мдеф = 0,9 Е – Р, где Ку = 0,9 – значение показателя при нормальном увлажнении, Е- испаряемость, Р- осадки.
По методу М.И. Будыко: Мдеф = R-Kар L Р или Мдеф = R/(Kар L) - Р, где R- радиационный баланс, Kар=1,0 – радиационный индекс сухости при нормальном увлажнении, L- скрытая теплота парообразования, Р- осадки. По методу Д.И.Шашко: Мдеф = Ка Д – Р или Мдеф = 0,4 Д – Р, где Kар=0,4 – показатель атмосферного увлажнения при нормальном увлажнения; Д- сумма дефицитов влажности воздуха; Р- осадки. Полученные данные расчетов по метеостанции ВДНХ (табл. 3.5) и метеостанций «Можайск» и «Коломна» (табл. 3.6) показали на их большие различия в значениях. Для метеостанции ВДНХ наименьшие показатели были получены по методу Г.Т.Селянинова. Здесь за теплый период дефицит водопотребления наблюдался только в сухие и острозасушливые годы и составил соответственно 773 и 1208 м3/га, а расчетные оросительные нормы -1127 и 1448 м3/га. В среднесухой по тепло-влагообеспеченности год (75%) для периода вегетации (май-август) оросительная норма получена равной 176 м3/га.
По методу Н.Н.Иванова годовой дефицит влаги отмечался лишь при обеспеченности 95 и 98,5% и составил соответственно 407 и 1819м3/га. За теплый период он изменялся от 130 до 3265 м3/га, а за вегетационный - от 120 до 2986 м3/га при варьировании обеспеченности от 50 до 98,5%. По методу Д.И.Будыко дефицит влагообеспеченности за год составил 136 м3/га при обеспеченности 75% и 1710 м3/га для сухих лет (обеспеченность 95%).