Содержание к диссертации
Введение
1 Природно-хозяйственная характеристика прииртышско-кулундинской равнины 9
1.1 Почвенно-мелиоративные условия и теплоэнергетические ресурсы климата 10
1.2 Источники орошения и перспективы использования подземных вод 13
1.3 Перспективы развития орошаемого земледелия в регионе 16
1.4 Выводы по главе 1 18
2 Теоретические предпосылки орошения дождеванием кормовых культур в степной зоне прииртышья с использованием подземных вод 20
2.1 Влияние дождевания на влажность почвы и влагообмен в системе почва -растение - атмосфера 23
2.2 Влияние теплоэнергетических ресурсов климата и биологического потенциала растений на суммарное водопотребление при оптимальном орошении дождеванием 28
2.3 Обоснование оросительных норм и режимов орошения кормовых культур дождеванием 32
2.4 Технология полива сельскохозяйственных культур ЭДМФ «Кубань» 40
2.5 Выводы по главе 2 45
3 Экспериментальные исследования и производственная проверка режимов орошения и технологий полива кормовых культур дождеванием в степной зоне прииртышья 47
3.1 Условия и методика проведения исследований 47
3.2 Суммарное водопотребление и оросительные нормы кукурузы и люцерны при оптимальном орошении дождеванием 55
3.3 Влияние грунтовых вод на влагообеспеченность, оросительные нормы и режимы орошения кукурузы и люцерны 67
3.4 Качество полива и потери воды на испарение при дождевании ЭДМФ «Кубань» 82
3.5 Достоковые поливные нормы и механизированные режимы орошения кукурузы и люцерны при поливе ЭДМФ «Кубань» 88
3.6 Выводы по главе 3 91
4 Районирование прииртышско-кулундинскои равнины по оптимальным и экологически безопасным режимам и технологиям орошения кормовых культур 94
4.1 Методика распространения опытных данных на неохваченные исследованиями территории и задачи районирования 95
4.2 Оценка теплоэнергетических ресурсов климата, почвенно-мелиоративных условий и природной тепло, - влагообеспеченности территории региона 101
4.3 Количественные значения и территориальная изменчивость оросительных норм и режимов орошения кукурузы и люцерны 108
4.4 Влияние орошения на урожайность кукурузы и люцерны в почвенно-климатических условиях Прииртышско-Кулундинской равнины 125
4.5 Технология орошения с использованием ЭДМФ «Кубань» 138
4.6 Экономическая эффективность 144
4.7 Выводы по главе 4 152
Заключение 154
Предложения производству 158
Приложения 160
Литература 165
- Источники орошения и перспективы использования подземных вод
- Влияние теплоэнергетических ресурсов климата и биологического потенциала растений на суммарное водопотребление при оптимальном орошении дождеванием
- Суммарное водопотребление и оросительные нормы кукурузы и люцерны при оптимальном орошении дождеванием
- Оценка теплоэнергетических ресурсов климата, почвенно-мелиоративных условий и природной тепло, - влагообеспеченности территории региона
Введение к работе
Актуальность работы. За последние 10... 15 лет в сфере орошаемого земледелия резко снизилась эффективность сельскохозяйственного производства. Площадь орошаемых земель в Российской Федерации сократилась более чем на 30 % (с 6,2 млн. га в 1991 году до 4,3 млн. га в 2006 году), а ежегодное их использование снизилось до 50 %.
Наиболее существенно роль орошаемых земель снизилась в степной зоне с устойчиво дефицитным природным водообеспечением сельскохозяйственных посевов, где урожайность сократилась более чем в 2...3 раза, а в сухие годы приблизилась к урожайности богарных земель.
К числу таких регионов относится и Прииртышско-Кулундинская равнина, где в конце 1970-х годов началось интенсивное развитие орошения на базе использования подземных вод, разведанные запасы которых оказались достаточными для их широкомасштабного использования в сельском хозяйстве. Первоначальный опыт применения оросительных мелиорации показал, что в условиях засушливого климата эффективность орошения зависит глав-ным образом от реализуемого на посевах водного режима (оросительных норм, режимов орошения и технологий полива). В этой связи крайне актуальной для региона стала проблема изучения и научного обоснования параметров орошения и создания нормативной базы для проектирования и эксплуатации оросительных систем, обеспечивающих получение гарантированных урожаев и сохранение экологической безопасности орошения.
Актуальность исследований подтверждается участием автора в выполнении отраслевой программы по теме 0.52.01.И.01Т. «Разработать и внедрить оросительные системы и технологический процесс полива широкозахватной дождевальной машиной ЭДМФ «Кубань-Л», а также разработке нормативного отраслевого документа «Пособие по проектированию оросительных систем с ЭДМФ «Кубань».
Цель и задачи исследований. Разработать природоохранные режимы и технологии орошения дождеванием кормовых культур (люцерны и кукуру-
зы) с использованием подземных вод в условиях степной зоны Прииртышско Кулундинской равнины.
Для выполнения намеченной цели предусмотрена реализация следующих задач:
провести анализ состояния орошения подземными водами и оценить перспективу его развития в регионе;
изучить суммарное водопотребление кормовых культур;
установить биоклиматически обоснованные оросительные нормы и разработать режимы орошения люцерны на сено и кукурузы на силос;
изучить динамику составляющих водного баланса на орошаемых землях с различными глубинами залегания грунтовых вод;
изучить эксплутационно-технологические характеристики полива кормовых культур ЭДМФ «Кубань» (потери оросительной воды на испарение при поливе, эрозионно-допустимые поливные нормы, равномерность распределения дождя и т.д.) и разработать адаптированные к местным условиям водо-сберегающие, природоохранные технологии полива люцерны и кукурузы;
разработать рекомендации по технологии полива и определению оптимальных режимов механизированного орошения люцерны и кукурузы в природно-климатических условиях Прииртышско-Кулундинской равнины.
Решение поставленных задач предусматривается путём проведения полевых исследований, анализа полученных результатов, разработки и оптимизации норм, режимов и технологий полива люцерны и кукурузы применительно к объекту исследований и прилегающей территории Прииртышья.
Методология исследований. Основой экспериментальных и теоретических исследований послужили работы: А.Н. Костякова, A.M. Алпатьева, СМ. Алпатьева, И.П. Айдарова, М.И.Будыко, А.И. Будаговского, Г.В. Воропаева, А.И. Голованова, О.Г, Грамматикати, Н.В. Данильченко, Н.Н. Дубен-ка, Н.С. Ерхова, А.Р. Константинова, И.П. Кружилина, B.C. Мезенцева, Б.С. Маслова, В.Ф. Носенко, Х.Л. Пенмана, Л.М. Рекса, Г.Т. Селянинова, СИ. Харченко, Д.И. Шашко, Л.Л. Шишова, Б.Б. Шумакова и многих других из-
вестных исследователей в области мелиорации сельскохозяйственных земель, растениеводства, климатологии, гидрогеологии, земледелия, почвоведения, вычислительной техники. Полевые исследования проводились с применением стандартных и специально разработанных методик, достоверность результатов оценивалась статистическими характеристиками и сходимостью опытных данных с разработанными автором зависимостями. Научная новизна работы:
впервые в Прииртышье организованы и проведены масштабные многолетние комплексные исследования приёмов рационального использования подземных вод при орошении дождеванием;
получены значения биологических коэффициентов, установлены и обоснованы оросительные нормы, режимы орошения люцерны и кукурузы для лет различной обеспеченности по дефициту влаги;
изучена динамика составляющих водного баланса на орошаемых землях при разной глубине грунтовых вод, их влияние на влагообеспеченность растений и режимы орошения кормовых культур;
установлены размеры потерь оросительной воды на испарение и равномерность её распределения по площади при поливе ЭДМФ «Кубань»;
установлены эрозионно-допустимые поливные нормы при поливе дождеванием в природных условиях Прииртышья;
получены количественные и качественные характеристики технологии полива кормовых культур дождеванием в Прииртышье;
разработана экологически безопасная и ресурсосберегающая технология полива кормовых культур ЭДМФ «Кубань» на супесчаных каштановых почвах Прииртышья;
на основе полевых и теоретических исследований проведено районирование Прииртышско-Кулундинской равнины по природной тепло- и влагообес-печенности, оросительным нормам и режимам орошения люцерны и кукурузы.
На защиту выносятся:
величины суммарного водопотребления и оросительных норм кукурузы и люцерны, значения биологических коэффициентов растений, коррелирующие с теплоэнергетическими ресурсами климата Прииртышья;
расчётные зависимости для установления влияния динамики грунтовых вод на влагообеспеченность кормовых культур, оросительные нормы и режимы орошения на супесчаных каштановых почвах;
расчётные зависимости для определения качества полива и потерь оросительной воды на испарение во время полива, достоковых поливных норм при поливе широкозахватными дождевальными машинами;
рациональные технологии полива кормовых культур дождеванием ЭДМФ «Кубань»;
результаты районирования Прииртышско-Кулундинской равнины по природной тепло- и влагообеспеченности, оросительным нормам и режимам орошения люцерны и кукурузы.
Практическое значение и реализация работы. Полученные автором результаты исследований позволяют обоснованно принимать решения о целесообразности восстановления или дальнейшего развития орошения в регионе с использованием подземных вод, планировать сезонное и оперативное водопользование и обеспечивать его реализацию в реальном времени с учётом разработанных норм, режимов и технологии полива, в наибольшей мере отвечающих природным условиям зоны размещения орошаемых земель.
Результаты исследований прошли практическую проверку в хозяйствах Успенского района Павлодарской области и зональных проектных институтах, использованы при разработке рекомендаций «Водосберегающие оросительные нормы и экологически безопасные режимы орошения сельскохозяйственных культур в Уральском регионе» (1999), «Водосберегающие оросительные нормы и природоохранные режимы орошения дождеванием в Западной Сибири» (2000), «Природная тепло,- влагообеспеченность Центрально-Чернозёмных областей России и её влияние на режимы орошения и уро-
жайность» (2000), «Научно-обоснованные нормы и режимы орошения в Московской области» (2002), «Влияние природной тепло,- влагообеспеченности на параметры орошения и урожайность в ЦЧО» (2004), а так же при создании отраслевого нормативного документа «Пособие по проектированию оросительных систем с ЭДМФ «Кубань» (М.: Союзводпроект, 1986).
Апробация результатов исследований и публикации. Основные методические положения и полученные результаты докладывались и обсуждались на заседаниях Учёного Совета ВНПО «Радуга» (1984... 1989 г.г.), ежегодных отчётах Лаборатории использования подземных вод ВНПО «Радуга» (1985, 1986, 1988, 1989 г.г), на конференциях молодых учёных ВНПО «Радуга» (1985...1989 г.г.) и ВНИИГиМ, (1987 г.), а также научно-технических конференциях в г. Москве (МГМИ-1986 г.), г. Джамбуле (КазНИИВХ-1987 г.), г. Алма-Ате (КазПТИ-1985, 1989 г.г.).
Основные результаты исследований опубликованы в 15 статьях и брошюрах с долевым объёмом автора более 10 п.л., в том числе 3 статьи опубликованы в ведущем отраслевом журнале «Мелиорация и водное хозяйство» и одна в «Вестнике Россельхозакадемии».
Личный вклад. Автор лично пронимал участие в разработке методики проведения исследований, организовывал и непосредственно проводил полевые, лизиметрические и метеорологические опыты и наблюдения, математически обработал полученные результаты и оформил их в электронном виде и на бумажном носителе.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов и приложений, списка использованных литературных источников из 193 наименований. Общий объём диссертации составляет 179 страниц компьютерного текста, 42 рисунков, 52 таблиц, 5 приложений.
Источники орошения и перспективы использования подземных вод
Южная часть Западно-Сибирской низменности является маловодной территорией, а Павлодарское Прииртышье совершенно безводным. Отсутствие поверхностных,, речных и озёрных водных источников составляет острую проблему не только для водоснабжения сельского хозяйства, но и для питьевого и технического водоснабжения. Использование для этих целей воды Иртыша: представляется- недоступным из-за дороговизны водозабора и транспортировки воды К; потребителям (районным, сельским населённым пунктам и другим производственным объектам). Однако послетого как в 1970-х годах гидрогеологическими исследованиями на этой территории было разведано большое количество пресных артезианских вод, эксплуатационные запасы которых в глубоких водоносных горизонтах оказались вполне достаточными для удовлетворения запросов технического и сельскохозяйственного производства, в регионе началось интенсивное развитие орошения.
Минерализация подземных вод на указанной территории нарастает с юга на север и запад от 0,5 до 1,5...3,0 г/л. На территории Прииртышья она находится в пределах 0,5...1,5 г/л, что свидетельствует о высоком качестве воды и её пригодности для использования во всех сферах сельскохозяйственного производства.
На рассматриваемой территории СМ. Мухамеджановым выделены два мощных артезианских водоносных горизонта - Ипатовский и Покурский.
Ипатовский водоносный горизонт, мощностью 70...80 м, сложенный глауконитовым песком с преобладающей фракцией 0,25...0,6 мм, залегает на глубине 500...540 м. Подземные воды Ипатовского горизонта находятся под высоким гидростатическим напором, обеспечивающим самоизлив. Пьезометрические уровни в скважинах превышают поверхность земли более чем на 30 м. Минерализация воды по сухому остатку составляет 0,6...0,9 г/л гидрокарбонатного натриевого состава. Из микроэлементов присутствуют железо до 0,8 г/л, бром 2 мг/л. РН = 7,8, температура 20...22 С Дебит скважины на самоизливе достигает 30...35 л/с. Утверждённые эксплуатационные запасы подземных вод превышают 1,5 м /с.
Покурский водоносный горизонт залегает на глубине 640...650 м и состоит из переслаивающихся кварцевых разнозернистых песков. Общая мощность водонасыщенного горизонта достигает 350 м. Подземные воды напорные с превышением пьезометрических уровней на 25...30 м над дневной поверхностью. Температура воды составляет 25...27 С Общая минерализация не превышает 1,0 г/л. Состав сухого остатка гидрокарбонатно-натриевый, гидрокарбонатно-сульфатный. Общая жёсткость - 1,2...1,4 мг.экв/л. Экс-плуатационные запасы установлены в размере 2,8 м /с.
В целом по минерализации и гидрохимическому составу подземные воды полностью удовлетворяют требованиям к качеству поливной воды и получаемой сельскохозяйственной продукции (Бездина С.Я., 1997).
Суммарные эксплуатационные запасы подземных вод Ипатовского и Покурского горизонтов составляют 4,2 м3/с, что в пересчёте на сезонный объём (на 120 дней) может составить более 40 млн. м . При использовании подземных вод только для орошения, этого количества воды достаточно для освоения 10 тыс. га посевов кормовых культур и приусадебных участков, а также для водоснабжения населения и животноводческих ферм.
Создание водонакопительных ёмкостей сезонного регулирования позволяет удвоить площади орошаемых земель и повысить надёжность сель скохозяйственного и технического водоснабжения. К середине 1980-х годов орошаемые подземными водами площади только в Успенском районе Павлодарской области достигли 14 тыс. га.
Таким образом, использование разведанных в районе Павлодарского Прииртышья эксплуатационных запасов артезианских вод позволяет (с учётом их ежегодного возобновления) полностью решить проблему сельскохозяйственного водоснабжения и гарантировать, за счёт орошения, получение необходимых объёмов сельскохозяйственной продукции для высокоэффективного развития животноводства.
Одним из первых широкомасштабных потребителей подземных вод в регионе исследований стало коллективное хозяйство «30 лет Казахской ССР» Успенского района Павлодарской области. На его землях уже к 1975 году было создано два мощных водозабора из 24 артезианских скважин, пробуренных на Ипатовский водоносный горизонт в виде двух створов из 9 и 15 скважин глубиной 560...620 м на расстоянии 5 км один от другого, через 250 м между скважинами. Суммарный дебит закольцованных в единую систему всех скважин гарантированно обеспечивает орошение 1900 га кормовых культур (главным образом люцерны и кукурузы). С целью более надёжного и эффективного использования подземных вод скважины первого створа соединены с искусственным накопителем ёмкостью 5 млн. м3.
Опыт орошения указанной площади дождевальными машинами «Волжанка» и «Фрегат» показал, что в сухостепной зоне Прииртышья урожайность кормовых культур на орошаемых землях повышается в 5... 10 раз по сравнению с урожайностью на богарных землях. Так, например, в 1974 году на полях хозяйства урожайность кукурузы на силос на богаре составила 5,86 т/га, а на орошаемых землях - 36,0 т/га, т.е. в 6 раз больше. В то же время на опытных полях с высоким уровнем агротехники и оптимальным обеспечением водой и удобрениями было получено 87,6 т/га зелёной массы кукурузы, что в 14,9 раза больше, чем на богаре, и в 2,4 раза больше, чем на орошаемых производственных полях.
В работах многих авторов (Геринг Я.Г., Корягин В.А., 1981; Снытко A.M., 1966; Яблокова М.М., 1978, 1980, Игнатович А.И., Мешков В.В., 2004) отмечено, что в почвенно-климатических условиях Прииртышья орошение позволяет резко повысить продуктивность сельскохозяйственного производства. Кроме того, дополнительные резервы орошения заключаются в уровне агротехники и оптимизации водного режима- с учётом складывающихся в реальном времени погодных условий.
Выполненные в последующие годы на объекте исследований- работы по строительству эксплуатационных скважин с целью забора артезианских вод Покурского водоносного горизонта, показали, что повышенная стоимость подъёма артезианских вод этого горизонта на 20...25 %, по сравнению с Ипа-товским горизонтом, полностью оправдывается их большими эксплуатационными запасами, устойчивостью ежегодного возобновления и интенсивным ростом орошаемых площадей.
В 1983 году в центральной части Павлодарского Прииртышья в хозяйстве «XXX лет Казахстана» Всесоюзным научно-исследовательским институтом механизации и техники полива была создана лаборатория орошения подземными водами для изучения водосберегающих режимов орошения и технологий полива кормовых культур. В качестве дождевальной техники использовались широкозахватные дождевальные машины ДМ «Фрегат» и ЭДМФ «Кубань», которые отличались хорошими технико-эксплуатационными параметрами и высокой производительностью.
Одновременно со ВНИИМ и ТП научные исследования (главным образом водобалансовые) выполнялись сотрудниками Алма-Атинского Политехнического института под руководством члена-корреспондента ВАСХНиЛ СМ. Мухамеджанова.
Влияние теплоэнергетических ресурсов климата и биологического потенциала растений на суммарное водопотребление при оптимальном орошении дождеванием
Водопотребление является основной расходной составляющей водного баланса орошаемого поля. В нашей стране и за рубежом, наряду с мелкоде-ляночным методом изучения суммарного водопотребления сельскохозяйственными культурами, широкое применение получили косвенные методы, основанные на использовании таких климатических факторов внешней среды, как температура и влажность воздуха и их градиенты, суммарная солнечная радиация и радиационный баланс, и др. Для установления связи суммарного водопотребления с климатическими показателями наиболее известны эмпирические зависимости (Алпатьев A.M., 1954, 1969; Алпатьев СМ., 1967, 1973; Данильченко Н.В., 1999, 2001, 1983, 2004; Константинов А.Р., 1966; Константинов А.Р., Струнников Э.А., 1986; Мезенцев B.C., 1971; Пенман Х.Л., 1968; Костяков А.Н., 1960; Шабанов В.В., 1973; Thornwait E.W., 1948; Blaney Н. F., Criddle W.D., 1950; Ricard G. Allen, Luis S. Pereira, Dirk Raes, Martin Smith, 1998).
He менее известны зависимости, основанные на совместном решении уравнений водного (атмосферные осадки, почвенные влагозапасы, грунтовые воды) и теплового (испаряемость) балансов (Будыко М.И., Юдин М.И., Яковлева Н.М., 1954; Будыко М.И., Зубенок Л.И., 1961; Дерингер А.Н., 1981; Мезенцев B.C., 1971; Харченко СИ., 1962, 1967; Тюрк Г., 1951; Будаговский А.И., 1960, 1964).
В последние годы в качестве универсального метода установления водопотребления орошаемыми культурами применяется биоклиматический метод, который основан на учёте погодных условий, влажности почвы и биологических особенностей орошаемой культуры.
В этом методе-роль растений в расходовании влаги полем учитывается, коэффициентом Лб, получившим название биологического, В нашей стране основоположником применения биоклиматического метода считается Ал-патьев A.M. (1951, 1969), в работах которого биологический коэффициент Кб определяется соотношением между суммарным расходом воды полем за какой-либо отрезок вегетационного периода (за декаду или межукосный период) и суммой суточных дефицитов влажности воздуха за тот же период, т.е. используется однопараметрическая связь суммарного испарения с дефицитом влажности воздуха. Несмотря на отмеченные Константиновым А.Р. (1961, 1966, 1971) недостатки биоклиматического метода, он получил широкое практическое применение для нормирования орошения в различных странах и природных зонах.
По нашему мнению достоинство биоклиматического метода заключается в том, что за расчётными метеорологическими показателями повсеместно ведутся многолетние наблюдения, позволяющие определять не только средние расчётные, но и прогнозировать их экстремальные значения. Кроме того, изученные в конкретных условиях связи суммарного водопотребления с показателями внешней среды могут распространяться на соседние, не охваченные исследованиями территории. Это обстоятельство представляется крайне важным потому, что для опытного изучения расчётных параметров и получения надёжных результатов требуется длительное проведение опытов продолжительностью не менее 4...5 лет на каждом конкретном объекте исследований. Возможность уменьшения объёмов исследований для региона послужила главной причиной того, что для изучения суммарного водопотребления и последующего широкомасштабного применения полученных результатов нами выбран биоклиматический метод в модификации Данильченко Н.В. (1978, 1999,2001,2004).
Испаряемость по данным многих исследователей (Будыко М.И., 1954; Будаговский А.И., 1964; Иванов Н.Н., 1959, Константинов А.Р., 1961, Мезенцев B.C., 1971; Пенман Х.Л., 1956, 1968; Харченко СИ., 1962; Тюрк Г., 1951) представляет собой максимально возможное испарение при неограниченном притоке влаги к испаряющей поверхности и зависит главным образом от дефицита влажности воздуха, теплоэнергетических ресурсов атмосферы (испаряемости) интенсивности турбулентного влагообмена между испаряющей поверхностью и атмосферой.
В соответствии с принятой методикой водобалансовые исследования по изучению суммарного водопотребления и динамики водного режима почвы при поливе дождеванием ЭДМФ «Кубань» проводились параллельно на опытно-производственных полях и в лизиметрах. Схема изучения составляющих водного баланса на орошаемых посевах кукурузы и люцерны, принятая для определения суммарного водопотребления, показана на рисунке 2.2, согласно которому: Ev = Еп + Етр = (WH - WK) + Р + О + G - (Ф + Я), мм (2.12) где: Ev - суммарное водопотребление, мм; Етр - транспирация растений, мм; Еп - испарение с поверхности почвы, мм; WH, WK - запасы почвенной влаги в начале и конце периода, мм; Р - атмосферные осадки, мм; О - оросительная вода, мм; G - капиллярное использование грунтовых вод, мм; Ф - отток влаги на глубинное просачивание (фильтрацию), мм; П - поверхностные сбросы атмосферных осадков и оросительной воды, мм.
Суммарное водопотребление и оросительные нормы кукурузы и люцерны при оптимальном орошении дождеванием
Суммарное водопотребление кукурузы на силос и люцерны на сено, установленное методом водного баланса по уравнению 2.12 по годам иссле дований, показано в табл. 3.3 и 3.4. В табл. 3.3 приведены декадные, месячные и вегетационные значения суммарного водопотребления кукурузы для каждого из 5-й лет его изучения, а в табл. 3.4 только средние значения суммарного водопотребления люцерны на сено за период проведения исследований.
Как видно из табл. 3.3, суммарное водопотребление кукурузы при оп тимальной влажности.корнеобитаемого слоя почвы за вегетационный период изменяется по годам от 437 до 512 мм. Разница между максимальным и минимальным водопотреблением составила 75 мм, или 17 %, что свидетельствует о незначительной изменчивости теплоэнергетических ресурсов климата в районе исследований.
Максимальное водопотребление кукурузы отмечается в июле...августе и достигает 72 мм за декаду и 198 мм за месяц. В среднем за 5 лет полевых исследований суммарное водопотребление за вегетационный период кукурузы на силос составило 477,5 мм. Наибольшие значения водопотребления в % от суммарного за вегетационный период наблюдаются в июле — 35,9 % и августе - 32,3 %.
Среднее за годы исследований суммарное водопотребление люцерны за вегетацию составило 620,3 мм, при минимальном значении 556 и максимальном 678 мм. Максимальное декадное водопотребление люцерны получено перед первым укосом (в конце июня) - 62,5...67,6 мм. В процентном выражении максимальное водопотребление отмечается в период от возобновления вегетации до первого укоса - 29,0 % от суммарного. Однако полученные результаты внутрисезонного распределения нельзя считать закономерными, так как по организационно-хозяйственным причинам во все годы исследований первый укос проводился с опозданием на 10...12 дней. При необходимой сумме температур воздуха от возобновления вегетации до первого укоса в 800С, уборка проводилась только через 1000С.
Графическое изображение динамики среднего за годы исследований декадного водопотребления, накопительные кривые суммарного водопотребления от начала до завершения вегетационного периода кукурузы и люцерны приведено на рис. 3.3 и 3.4. Как видно из рис. 3.3, динамика нарастания водопотребления кукурузы согласуется с внутрисезонным изменением теплоэнергетических ресурсов климата и приростом вегетативной массы растений. Максимальные значения водопотребления (конец июля...начало августа) соответствуют фазам цветения и вымётывания пестечных столбиков, и периодам максимальных температур воздуха.
Для распространения полученных результатов на неохваченные исследованиями территории и определения вероятностных значений водопотреб-ления для разных по влагообеспеченности и засушливости лет, необходимы данные о связи суммарного водопотребления с испаряемостью (потенциаль ной эвапотранспирацией) и биологическими коэффициентами этих культур, отображающими роль растений, в расходовании влаги орошаемым полем согласно зависимости 2.7.
Средние за период полевых исследований биологические коэффициенты кукурузы и люцерны, полученные при оптимальной влажности корнеоби-таемого слоя почвы при поливе дождеванием, представлены в табл. 3.5 и 3.6.
По мере развития корневой системы и нарастания надземной растительной массы биологический коэффициент увеличивается до единицы и более. В дальнейшем по мере старения растительности и снижения её транспи-рационной способности биологический коэффициент уменьшается.
Что касается динамики изменчивости биологического коэффициента Кб люцерны, то она зависит от периодичности и количества укосов. После каж дого укоса (отчуждения растительной массы) коэффициент Кб снижается, а по мере отрастания растительности увеличивается и достигает максимума в фазу бутонизации и цветения. Максимальное значение Кб (табл. 3.6) отмечается перед каждым укосом и составляет 1,26.. .1,28.
Для корректировки среднего многолетнего биологического коэффициента Кб может быть использована зависимость, рекомендованная Данильченко Н.В. (1999, 2004): / = /. (o,21 — + 0,79), (3.1) где: Кб1 - откорректированный биологический коэффициент; Кб - средний многолетний (рекомендуемый) биологический коэффициент; Е - средняя многолетняя испаряемость за расчётный период, мм; Et — испаряемость за тот же период в реальном году, мм.
В сухие годы, когда Et Е, коэффициент Кб1 становится меньше К6, а если Ej Е, коэффициент Кбі увеличивается по сравнению с расчётным коэффициентом KQ. Коэффициент Кб может увеличиваться или уменьшаться до 10...15 % от среднего (расчётного).
Оросительная норма представляет собой сумму дефицитов водопо-требления за вегетационный период культуры. Полученные за годы исследований средние декадные и месячные значения дефицитов водопотребления кукурузы на силос и люцерны на сено, а также их внутрисезонное накопление, приведены в табл. 3.8 и 3.9.
В почвенно-климатических условиях региона средний дефицит водопотребления кукурузы за годы исследований составляет 298 мм.
При оптимальном водопотреблении 478 мм дефицит водопотребления (оросительная норма нетто) на землях с глубокими грунтовыми водами составляет 62,5 %, доля используемых атмосферных осадков -26%, а активные запасы влаги в почве - 11,5 %. По годам исследований оросительная норма кукурузы на оптимально орошаемых землях с глубокими грунтовыми водами изменялась от 203 мм до 369 мм, т.е. изменялась более чем в 1,8 раза, что свидетельствует о необходимости дифференцированного применения оросительной нормы в разные по влажности годы.
Оценка теплоэнергетических ресурсов климата, почвенно-мелиоративных условий и природной тепло, - влагообеспеченности территории региона
Для определения физических значений испаряемости (теплоэнергетических ресурсов климата), атмосферных осадков и коэффициента увлажнения Ку по приведенным в разделе 4.1 методике и расчётным моделям была сформирована база исходных данных.
Испаряемость рассчитана для каждой метеостанции за все годы наблюдений по декадным данным для тёплого периода с температурой воздуха выше: 5 С. По полученным данным для каждой метеорологической станции сформированы хронологические ряды и путём статистической обработки установлены средние многолетние и вероятностные (обеспеченные) значения испаряемости для разных по влажности лет - для влажного 5 %, средневлажного 25, среднего 50, среднесухого 75, и сухого года 95 % вероятности превышения.
Кроме вероятностных значений испаряемости, определена статистическая характеристика эмпирических рядов: єхо — точность среднемноголетнего значения ряда , %; Cv - коэффициент вариации (изменчивости) в долях от единицы, scv- средняя квадратичная ошибка C„ %.
Коэффициент вариации Cv испаряемости на Прииртышско - Кулундин-ской равнине изменяется в пределах 0,14...0,19, а его среднеквадратическая ошибка єСУне превышает 10... 12%, что свидетельствует о достаточности длины рядов исходных данных и достоверности кривой распределения их вероятностей. При этом ошибка определения среднемноголетнего ряда не превышает 2,6...3,3%. Территориальная изменчивость испаряемости представлена на рис. 4.1 изолиниями её средней многолетней величины за период с t воздуха выше 5 С. Районирование испаряемости по территории Прииртышско-Кулундинской равнины выполнено в следующей последовательности.
На карте выбранного масштаба с отображением физико-географической обстановки наносятся метеостанции, для которых вычислена испаряемость. Нанесённые на карту метеостанции (точки) соединяются между собой линиями по кратчайшим расстояниям (по треугольнику), на которых методом линейной интерполяции наносятся точки, характеризующие промежуточные между станциями значения испаряемости с шагом через 50 мм. Точки с одинаковыми значениями испаряемости соединяются плавными линиями. Пространственное положение этих линий в последующем уточняется с учётом рельефных, почвенных и геоботанических условий с использованием соответствующих карт в том же масштабе, что и выбранная исходная карта. Как видно из рис. 4.1, многолетняя средняя испаряемость территориально изменяется с северо-запада на юго-восток от 600 до 750 мм.
Из приведенной на рис. 4.1 таблицы видно, что во влажный год испаряемость на 30...40% ниже средней многолетней, а в сухой на 30...35% выше. Во влажный год испаряемость территориально изменяется от 430 до 600 мм, в средний от 600 до 800, а в сухой от 800 до 1020 мм. Оценка количественных значений испаряемости показывает, что обеспеченность территории теплоэнергетическими ресурсами достаточна для возделывания люцерны на сено и кукурузы на зелёный корм и зерно.
Естественная влагообеспеченность сельскохозяйственных угодий определяется главным образом атмосферными осадками, для оценки которых на территории Прииртышско-Кулундинской равнины использованы многолетние данные за 35...40-летний период наблюдений по тем же 10 метеорологическим станциям, которые перечислены ранее.
Территориальная изменчивость средних многолетних атмосферных осадков за период с t 5 С, приведена на рис. 4.2, а вероятностное значение осадков представлены в таблице на том же рисунке. Районирование осадков выполнено по методике, которая использована для районирования испаряемости.
Из рис. 4.2 видно, что территориально атмосферные осадки в северной части Прииртышско-Кулундинской равнины изменяются (уменьшаются) с севера на юг, а в юго-восточной части - с запада на восток. Если пространственная изменчивость атмосферных осадков не превышает 20 % (в средний год от
Количественная оценка средних многолетних и вероятностных значений атмосферных осадков за тёплый период года свидетельствует о том, что обеспеченность территории атмосферными ресурсами влаги совершенно недостаточна для высокопродуктивного сельскохозяйственного производства на территории Прииртышско-Кулундинской равнины. Даже во влажный год теплоэнергетические ресурсы климата в 1,5...1,7 раза превышают влагообеспеченность. В сухие годы испаряемость в 7...7,5 раз превышает сумму атмосферных осадков, что свидетельствует о чрезмерной засушливости климата и необходимости применения оросительных мелиорации.
Территориальная изменчивость коэффициента увлажнения Ку представлена на рис. 4.3, из которого видно, что изолинии Ку, характеризующие тепло- и влагообеспеченность территории равнины, изменяются с северо-северо-запада на юго-юго-восток, уменьшаясь от 0,45 до 0,30, т.е. в полтора раза. Вся территория равнины севернее изолинии 0,30 относится к степной, а южнее - к сухо-степной зоне.
Плавность территориального изменения изолиний Ку определяется рав-нинностью (Кулундинская степь, Барабинская низменность, Ишимо-Иртышская и Павлодарская равнины) и умеренной сменой климатических и почвенных условий. Основная часть рассматриваемой территории находится в степной зоне и только южная часть Павлодарского Прииртышья и юго-западная окраина Кулундинской степи расположены в зоне сухих степей. В степной зоне теплоэнергетические ресурсы климата из-за недостатка природного увлажнения реализуются не более, чем на 40...50 %, а в сухостепной зоне их реализация снижается до 25...35 % (особенно в сухие годы). Для повышения уровня использования теплоэнергетических ресурсов климата в сфере сельскохозяйственного производства необходимо восполнение дефицитов почвенной влаги и в первую очередь за счёт применения орошения.
