Режим орошения сельскохозяйственных культур

 

Для нормального роста и развития растений в почве необходимо обеспечить оптимальные водно-воздушный, световой, тепловой и питательный режимы.

Оросительные мелиорации направлены на создание и регулирование на полях водного режима, обеспечивающего получение проектного урожая сельскохозяйственных культур. Водный режим находится в прямой зависимости от климатических, почвенных, гидрогеологических и хозяйственных условий, биологических особенностей растения, его урожая, агротехники возделывания, а также от способа и техники полива.

Водный режим почвы регулирует и другие факторы, оказывающие на жизнь растения и формирование урожая. Так, вносимые удобрения, особенно в зоне недостаточного увлажнения, наиболее эффективны при орошении. Урожаи сельскохозяйственных культур на орошаемых землях в 2…3 раза и более выше, чем на неорошаемых при прочих равных условиях.

Тепловой режим почвы при орошении определяется как усиленным испарением с поверхности поля, так и температурой самой оросительной воды. В периоды с наиболее высокими температурами воздуха поливы снижают их, а в периоды с низкими температурами (ночные часы, раннеосенние и поздневесенние заморозки) повышают за счет большей теплоемкости воды и более высокой ее температуры по сравнению с воздухом.

Совокупность поливных норм, числа и сроки их проведения определяют поливной режим сельскохозяйственных культур.

Поливной режим можно установить по данным непосредственных полевых наблюдений или по экспериментальным данным научно-исследовательских учреждений с учетом опыта передовиков сельскохозяйственного производства.

В современной мелиоративной практике используют несколько методов расчета поливного режима. Наибольшее распространение получили графоаналитический метод А.Н. Костякова и графический метод с использованием кривой дефицита влаги в почве. Метод А.Н. Костякова, основанный на водобалансовых расчетах, заключается в предварительном определении для каждой культуры фактического и минимально допустимого запасов влаги в почве. Если , то полив не требуется. Зная величину осадков, водопотребление, оросительную норму, расчетный слой почвы, запасы влаги и и составляя водный баланс расчетного слоя почвы по декадам с учетом фаз развития, можно аналитически и графически найти поливные нормы, число и сроки проведения поливов. Когда фактические запасы влаги снижаются до , назначают полив, определяют поливную норму и среднюю дату полива (рис. 1.6).

Рис. 1.6 - Графоаналитический метод расчета поливного режима:

1 и 2 - кривые минимального и максимального запасов воды в расчетном слое почвы; 3 - кривая изменения фактического запаса влаги в расчетном слое;

4 - поливные нормы

 

Графический метод расчета поливного режима сельскохозяйственных культур с использованием кривой дефицита влаги в расчетном слое почвы базируется на предварительно рассчитанном дефиците водного баланса поля с использованием биоклиматического метода и построением интегральной кривой (рис. 1.7). Начало этой кривой должно соответствовать минимальному запасу влаги в почве на момент посева или возобновления вегетации. Для определения срока первого полива необходимо исходный запас вла­ги в почве сравнить с минимально допустимым . Если , то определяют продуктивный запас влаги - , по расходованию которого и назначают первый полив. Об этом будет свидетельствовать пересечение горизонтальной линии с интегральной кривой. Если , то сразу же после посева назначают полив, а дату очередного полива определяют аналогично предыдущему, но с учетом конкретного значения поливной нормы.

Полученные описанными методами сроки представляют средние даты поливов. Сроки их начала и окончания обусловливают продолжительность поливного периода t, которая зависит от уровня организации полива в хозяйстве. Обычно t составляет от 3 до 10 суток, а при влагозарядковых поливах - до 15.

 

Рис. 1.7 - Метод определения поливного режима по дефициту водного баланса:

1 - интегральная кривая дефицитов водного баланса; 2 - норма полива; W _исх и W_min - исходный и минимальный запас влаги в расчетном слое почвы

 

Поливные режимы сельскохозяйственных культур заданной обеспеченности для конкретных природных условий относятся к числу основных исходных показателей для проектирования орошения. Исходя из них, устанавливают расчетные расходы оросительной сети и сооружений на ней, оптимальную площадь орошения, потребность в поливной технике.

До недавнего времени задача установления с высокой вероятностью поливных режимов заданной обеспеченности надежному решению не поддавалась в связи с отсутствием точной методики расчетов и большой трудоемкости существующей.

В настоящее время, благодаря внедрению в практику проектирования биоклиматического метода А. М. и С. М. Алпатьевых, эту задачу успешно решают ЭВМ. Методика расчета на ЭВМ поливных режимов с использованием биоклиматического метода разработана сотрудниками УкрНИИГиМ, Укргипроводхоза и В/О «Союз-водпроект».

Особенности режима орошения риса. Рис - теплолюбивая культура. Он может произрастать в ра­йонах с суммой температур воздуха за летний период свыше 2000 ⁰С. В бывшем СССР рисосеяние получило широкое развитие на юге Украины, Северном Кавказе, Южном Поволжье, республиках Средней Азии и Закавказья, а также на Дальнем Востоке. Рисовые системы размещают в районах с достаточными водными ресурсами на территориях с уклоном до 0,005, в основном непригодных для возделывания других сельскохозяйственных культур (засоленные поймы и дельты южных рек).

В практике рисосеяния существуют различные способы возделывания риса: с затоплением, с периодическими поливами и без орошения.

Наиболее распространен способ орошения риса затоплением - постоянным, укороченным и прерывистым (рис. 1.8). Положительное влияние затопления заключается в том, что слой воды на рисовом поле угнетает и подавляет сорную растительность, сглаживает разницу дневных и ночных температур, увлажняет при­земный слой воздуха, способствует рассолению засоленных почв.

Постоянное затопление применяют на сильнозасоленных (более 2%) и засоленных почвах с фильтрацией менее 0,5 см/сут. При таком режиме всходы получают под слоем воды, поэтому они изрежены. Несмотря на значительную оросительную норму, достигающую 25 тыс. м³/га, урожайность риса составляет, как правило, 25... 35 ц/га.

Более благоприятным считают режим с укороченным затоплением, при котором в период всходов риса слой воды на поле отсутствует. Он используется на незаселенных и среднезасоленных (до 1%) почвах с фильтрацией более 0,5 см/сут. Оросительная норма при этом достигает 15... 20 тыс. м³/га, а урожайность - 50...60 ц/га и более.

Прерывистое затопление применяют на незасоленных почвах с фильтрацией более 2 см/сут. Оно позволяет значительно сократить оросительную норму. Оптимальная продолжительность чередования затопления с.его отсутствием составляет 5...6 дней.

Рис. 1.8 - Режимы орошения риса:

а - постоянное затопление; б - укороченное затопление; в - прерывистое за­топление; г - периодическое орошение

 

Величина оросительной нормы может быть определена по формулам

А.Н. Костякова или В. Б. Зайцева.

По А. Н. Костякову: (1.19)

По В.Б. Зайцеву:

М=(Е+Т–kP)+(W+F_в+F_o)+(S_пр+S_в+S_o), (1.20)

где Т в формуле А. Н. Костякова - водопотребление риса, а в формуле

В.Б. Зайцева - транспирация; Е — в формуле В. Б. Зайцева - испарение с водной поверхности рисового поля; W - насыщение почвогрунта; F- боковая и вертикальная фильтрация; - прочность; - плановые сбросы; -технические потери через затворы водовыпусков; Р - осадки; k - коэффициент использования осадков; - вертикальная фильтрация; - фильтрационный отток в дренажную сеть; - неорганизованные сбросы; - сброс осушения.

Все составляющие, кроме осадков, измеряются в метрах кубических на гектар. Элементы оросительной нормы можно определять экспериментально, по аналогам или расчетами. Величины Е и Т находят экспериментально или по одному из методов расчета водопотребления.

Объем воды, идущей на насыщение почвогрунтов, определяют по формуле

, (1.21)

где А - скважность почвогрунта в слое Н, %; Н - слой почвы от поверхности земли до уровня грунтовых вод, м; - полная влагоемкость почвы от скважности в слое Н, %; - наличная или предполивная влажность, %.

Объем воды, идущей на боковую и вертикальную фильтрацию, на однородных грунтах можно получить по формуле Дюпюи.

Остальные составляющие уравнений определяют экспериментально или принимают по рекомендациям (табл. 1.6).

Средние значения М для различных районов рисосеяния СНГ составляют тыс. м³/га: Приморский край - 10...14, низовья р. Кубань 10...18, бассейны рек Терек и Сулак 10...20, поймы р. Дон 15...18, низовья р. Амударья 19...22, низовья рек Волга и Сырдарья 20...25, поймы р. Дунай 21...27.

Рис возделывают в севообороте вместе с другими сельскохозяйственными культурами, которые называют сопутствующими. В качестве таких культур, способствующих активному восстановлению плодородия рисовых полей, чаще всего используют люцерну, зернобобовые, люпин. При расчете режима орошения со­путствующих культур используют общепринятые методы, описанные ранее.

 

Таблица 1.6 - Предельные значения элементов, составляющих оросительную норму риса, тыс. м³/га (по В.Б. Зайцеву)

	Потребность в воде
Элементы оросительной нормы	максималь-	минималь-
	ная	ная
Суммарное водопотребление	10,0	6,0
Первоначальное насыщение почвы	3,0	1,0
Фильтрация вертикальная игоризонтальная	10,0	1,0
Смена слоя воды (проточность) 5…20%	4,2	0,5
подачи
Осенний сброс воды перед уборкой урожая	1,5	0,5

 

Режим орошения севооборотного участка и его районирование

В севообороте возделывают несколько сельскохозяйственных культур, каждая из которых имеет свой поливной режим. Суммарный режим орошения определяет характер подачи воды на эту площадь в течение оросительного периода. Он должен учитывать, кроме режимов орошения отдельных культур, почвенные, гидрологические условия каждого поля севооборота, уровень агротехники и условия организации труда в хозяйстве, режим источника орошения.

Режим орошения культур в севообороте определяют суммированием режимов орошения отдельных полей и показывают в виде графика режима орошения или графика гидромодуля.

Для составления графика режима орошения необходимо знать площади, сроки и нормы полива отдельных культур. Расход воды в л/с, необходимый для орошения, получают по формуле

(1.22)

где ά - доля севооборотной площади, занятая культурой; -площадь севооборотного участка, га; т -поливная норма, м³/га; t - продолжительность полива, сут.

При составлении графика орошения поливные режимы отдельных культур последовательно накладывают с учетом доли площади , устанавливают продолжительность поливного периода t, в течение которого подается расчетная поливная норма т. Причем ординаты расходов всех культур при совпадении сроков полива суммируют. Но, как правило, график получается со значительно колеблющимися ординатами с перерывами в подаче воды. Такой график называют неукомплектованным, его необходимо укомплектовать, выровнять и уменьшить ординаты, ликвидировать кратковременные перерывы в подаче воды. Укомплектование производят за счет сдвигов средней даты полива (на 3... 5 дней), изменения поливного периода (3...15 сут.). Укомплектование графика позволяет снизить максимальный расход на 20...25 % и более.

В тех случаях, когда при проектировании площади севооборотов заранее неизвестны, строят графики гидромодуля. Гидромодуль - это расход воды (в л/с), отнесенный к I га орошаемой площади и вычисляемый по зависимости

(1.23)

где q - гидромодуль, л/с на 1 га; а - доля площади, занятая культурой в севообороте; т - поливная норма, м³/га; t - поливной период, сут.; 86,4 - переводной коэффициент, учитывающий число секунд в сутках.

По расчетным ординатам гидромодуля для каждой культуры строят графики, которые могут быть укомплектованными и неукомплектованными (рис. 7). Порядок укомплектования такой же, как и для графиков орошения.

Для построения графика гидромодуля при дождевании поливной период t вычисляют по формуле

(1.24)

где - сумма расходов дождевальных машин, работающих одновременно на одном поле; - коэффициент использования рабочего времени дождевальной машины за сутки; - коэффициент продолжительности работы дождевальной машины в течение суток, (n - количество часов работы машины в сутки); - площадь поля нетто, га.

Рис. 1.9 - График гидромодуля:

а - неукомплектованный; в - укомплектованный; 1-2 - люцерна; 3, 4 - озимая пшеница; 5 - горох на зерно и пожнивное просо на зерно; 6 - пожнивные злакобобовые; 7 - пожнивный посев люцерны

 

Гидромодуль риса. Поливной режим рисового поля характеризуется двумя периодами: первоначальным затоплением и поддержанием слоя воды на чеке. Они различаются величиной ординаты гидромодуля, которая в период первоначального затопления имеет максимальные значения

(1.25)

где - начальный запас влаги в зоне аэрации, мм; - слой воды на чеке, мм; - испарение с поверхности поля, мм; t_t - продолжительность периода, сут.

При определении гидромодуля для каждой фенологической фазы развития риса используют следующие уравнения.

Создание слоя воды на чеке (всходы-кущение):

(1.26)

Сброс воды с чека до h ₃и поддержание этого слоя (кущение):

(1.27)

Создание постоянного слоя затопления:

(1.28)

Поддержание слоя воды (кущение-созревание):

(1.29)

Сброс воды с чека перед уборкой урожая
:

(1.30)

Здесь h_n - глубина слоя затопления, см; t_n - продолжительность этапа (фазы), сут.; Е_п, Т_п, F_n, P_n - испарение, транспирация, фильтрация и осадки за соответствующие этапы, мм/сут.

Максимальные ординаты графиков гидромодуля и сброса являются расчетными. При орошении сопутствующих рису культур, входящих в севооборот, график гидромодуля для них составляют обычным порядком, как для сельскохозяйственных культур с периодическими поливами. Общий график гидромодуля рисового севооборота представляет собой сумму графиков гидромодуля риса и сопутствую­щих ему культур (рис. 1.10).

Расчетные значения ординаты графиков гидромодуля для основных типов севооборота составляют: л/с·га: для хлопкового 0,7...1; зернового 0,5...0,6; овощного 0,4...0,5; рисового 2...3.

Гидромодульное районирование. Для массивов орошения с большим разнообразием природно-хозяйственных условий проводится гидромодульное районирование. Для этого всю орошаемую территорию делят на районы с аналогичными условиями, определяющими характер графика гидромодуля. Для каждого из них составляют свой график с указанием расчетных ординат гидромодуля.

 

Рис. 1.10 - График гидромодуля риса:

1 - рис; 2 - сопутствующие культуры. Фазы вегетации: I - всходы; II - кущение; III - выход в трубку; IV - цветение; V - созревание