Анализ и обоснование методов к определению водопотребления сенокосно-пастбищной травосмеси в условиях орошения дождеванием

Forcitations: Dubenok N.N., Yalansky D.V., Mazhaysky Yu.A., Chernikova O.V., Dubrova Yu.N. Analysis and substantiation of methods for determining water consumption of haip-pasture herbs in conditions of irrigation by raining. Vegetable crops of Russia. 2021;(2):93-97. (In Russ.)

Р асчету водопотребления различных сельскохозяйственных культур посвящены многочисленные экспериментально-теоретические исследования. Вместе с тем в настоящее время проблему оперативного и приемлемо точного расчета водопотребления по легкодо- ступным агрометеопараметрам пока нельзя признать до конца решенной [5-8].

Путем непосредственных полевых измерений получают наиболее достоверные данные о водопотреблении растений. В этом случае необходимо проведение длительных и трудоемких наблюдений в различных почвенно-климатических и хозяйственных условиях. Если же отсутствуют такие опытные данные, то величины водопо-требления получают посредством расчетов, используя различные методы [9-11].

Цель исследования

Изложить результаты расчета режима орошения на примере сенокосно-пастбищной травосмеси за вегетационный период апрель-октябрь 2016-2018 годов, представить величины водопотребления культуры, средние значения биоклиматических и биотермических коэффициентов применительно кдерново-подзолистым суглинистым почвам в условиях северо-восточной зоны Республики Беларусь.

Материалы и методы исследования

В данной работе для расчета режима орошения (20162018 годы) с учетом метеорологических величин был задействован специально оборудованный метеопост, расположенный непосредственно на территории учебноопытного оросительного комплекса «Тушково-1», расположенного у поселка Чарны Горецкого района Могилевской области. В применяемых методах исследования применен статистический анализ, а также методы водного баланса и максимальных суточных температур воздуха к определению величин водопотребления культуры, представленные в трудах [9, 16].

Результаты исследования и их обсуждение

Схема проведения полевых опытов состояла из следующих вариантов по увлажнению:

─ вариант №1 ― контроль (без орошения);

─ вариант №2 ― орошение сенокосно-пастбищной травосмеси при снижении предполивной влажности до уровня 70% от наименьшей влагоемкости;

─ вариант №3 ― орошение сенокосно-пастбищной травосмеси при снижении предполивной влажности до уровня 80% от наименьшей влагоемкости.

Установление режима орошения и водопотребления сенокосно-пастбищной травосмеси заключалось в выполнении водобалансовых расчетов в вариантах опытного участка (без орошения, 70% от НВ и 80% от НВ). В качестве верхнего порога оптимального увлажнения корнеобитаемого слоя почвы была принята наименьшая вла-гоемкость. Отборы влажности почвы в течение периода вегетации культуры выполнялись через 5-7 дней, а также перед поливами, после проведения поливов и после выпадения обильных дождей [1, 3, 12, 13].

Для выполнения водобалансовых расчетов начальные (исходные) влагозапасы расчетного (корнеобитаемого) слоя почвы (0-40 см) в вариантах опыта были получены путем непосредственного измерения в полевых условиях опытного участка стандартным термостатно-весовым способом определения влажности корнеобитаемого слоя почвы.

Проведение поливов на опытном участке осуществляли при снижении влажности расчетного (корнеобитаемого) слоя почвы до нижнего (предполивного) порога, так в варианте №2 – до уровня 70% от НВ, в варианте №3 – до уровня 80% от НВ. Величины поливных норм на орошаемых вариантах были определены путем расчета по формуле (1) А.Н. Костякова, а окончательные значения норм полива были назначены с учетом ТКП [14].

Таким образом, величина поливной нормы на орошаемых вариантах с учётом водно-физических свойств почв определялась по следующей зависимости:

m = 0,1·h·ρ ( β вп ─ β нп),         (1)

где m ─ поливная норма, мм;

h ─ глубина расчетного (корнеобитаемого) слоя почвы, см;

ρ ─ плотность сложения расчетного слоя, г/см3;

β ВП ─ влажность при верхней границе оптимального увлажнения, % от массы сухой почвы;

β НП ─ влажность при нижней границе оптимального увлажнения, % от массы сухой почвы.

В связи с тем, что на орошаемом объекте отмечено глубокое залегание уровня грунтовых вод (УГВ) и зафиксированы малые величины поверхностного стока уравнение водного баланса было применено в следующем виде [12, 15-17]:

W k = W н + Р – Е+ m ─ C, мм,          (2)

где W к и W н – конечные и начальные влагозапасы в расчетном слое за рассматриваемый период, мм;

Р – осадки за расчетный период, мм;

E – водопотребление культуры при оптимальных влаго-запасах, мм;

m – поливная норма, мм;

C ‒ потери воды на внутрипочвенный сток из расчетного слоя, мм.

Максимальное водопотребление сенокосно-пастбищной травосмеси, зависящее от средней за расчетный период максимальной суточной температуры воздуха и биотермических коэффициентов, было найдено, исходя из следующей зависимости (3) согласно [12, 15-17]:

E m = K почв ·K t · t m ·n                                (3)

где K почв – коэффициент, учитывающий различие почв по водно-физическим и тепловым свойствам, влияющим на водопотребление из корнеобитаемого слоя (для песчаных почв равно 1,1, для супесчаных – 1,0, для суглинистых – 0,94);

K t – биотермический коэффициент, определяемый расчетным путем на основании водопотребления, полученного методом водного баланса и максимальных температур воздуха, мм/°С;

tm ─ максимальная суточная температура воздуха, средняя за расчетный период, °С n– количество суток.

Расчет биотермических коэффициентов применитель- но к сенокосно-пастбищнойтравосмеси был выполнен по уравнению (3) относительно величин биотермических коэффициентов.

Нормативным документом, регламентирующим проектирование оросительных систем в Беларуси, водопо-требление орошаемых культур рекомендовано определять по формуле [12, 15-17]:

E = 1,35·n·K б ·d^0,5,                   (4)

где 1,35 ─ эмпирический коэффициент;

n – число суток в расчетном периоде;

б ─ биоклиматический коэффициент, мм/мб;

d0,5 – среднесуточный дефицит влажности воздуха за расчетный период, мб.

Расчет биоклиматических коэффициентов применительно к сенокосно-пастбищной травосмеси был выполнен по уравнению (4) в соответствии с ТКП «Оросительные системы. Правила проектирования» относительно величин биоклиматических коэффициентов».

Полученные в результате расчета средние значения биоклиматических и биотермических коэффициентов за вегетационный период апрель-октябрь 2016 года приведены в таблице 1.

Таблица 1. Средние значения биоклиматических и биотермиче-ских коэффициентов сенокосно-пастбищной травосмеси за апрель-октябрь 2016 года в вариантах опытного участка Table 1. Average values of bioclimatic and biothermal coefficients of hay-pasture grass mixture for April-October 2016 in the variants of the experimental plot

Вариан опыта	Биоклиматический коэффициент	Биотермический коэффициент
70% от НВ	0,86	0,12
80% от НВ	0,88	0,13
Без орошения	0,71	0,09

Анализ таблицы 1 позволил установить, что полученные в результате расчета биоклиматические и биотерми-ческие коэффициенты за вегетационный период 2016 года в вариантах опыта существенно не изменяются. При этом наибольшие значения биоклиматического и биотер-мического коэффициентов за вегетационный период 2016 года зарегистрированы в варианте 80% от НВ ‒ 0,88 и 0,13, наименьшие – в варианте без орошения ‒ 0,71 и 0,09, соответственно.

Результаты расчетов водопотребления сенокоснопастбищной травосмеси для корнеобитаемого слоя

Таблица 2. Результаты расчетов водопотребления сенокоснопастбищной травосмеси для корнеобитаемого слоя 0 ‒ 40 см в вариантах опытного участка за апрель-октябрь 2016 года Table 2. Results of calculations of water consumption of hay-pasture grass mixture for the root layer of 0-40 cm in the variants of the experimental plot for April-October 2016

Вариант опыта E, мм (по методу водного баланса) E, мм (по методу максим. суточных температур) 70% от НВ 406,0 431,2 80% от НВ 423,0 439,4 Без орошения 334,0 318,7 методами водного баланса и максимальных суточных температур за период апрель-октябрь 2016 года применительно к дерново-подзолистой суглинистой почве в вариантах опытного участка приведены в таблице 2.

Проанализировав таблицу 2, можно сказать, что в результате расчета как по методу водного баланса, так и по методу максимальных суточных температур за вегетационный период 2016 года наибольшие значения водопо-требления наблюдаются в варианте 80% от НВ ‒ 423,0 и 439,4 мм, а наименьшие ‒ в варианте без орошения ‒ 334,0 и 318,7 мм, соответственно.

слой ОА м. ____слой 10 м.

•        4 - подобье zb. начало Вегетации укосы траВ

5осадки-----граница оптимального увлажнения

Рис.1.Динамика влажности почвы в вариантах 70 и 80% от НВ и слоях температур, осадков, поливов и укосов за вегетационный период в 2016 году

Fig.1.Dynamics ofsoil moisture in the variants of70 and 80% from ofthe lowestmoisture capacity and layers oftemperatures, precipitation, irrigation and mowing during the growing season in 2016

Динамика влажности, полученная путем измерения в полевых условиях корнеобитаемого и метрового слоя почвы, осадков, поливов, температур, а также укосов на примере вегетационного периода 2016 года в вариантах 70 и 80% от НВ представлена на рисунке 1.

Анализ данных рисунка 1 показывает, что на протяжении всего вегетационного периодатравосмеси регулирование водного режима поддерживалось в диапазоне от нижней до верхней границы оптимального увлажнения.

Полученные в результате расчета средние значения биоклиматических и биотермических коэффициентов за вегетационный период апрель-октябрь 2017 года представлены в таблице 3.

Анализ данных таблицы 3 позволил установить, что полученные в результате расчета биоклиматические и биотермические коэффициенты в вариантах опыта существенно не изменяются. При этом наибольшие значения биоклиматического и биотермического коэффициентов

Таблица 3. Средние значения биоклиматических и биотермиче-ских коэффициентов сенокосно-пастбищной травосмеси за апрель-октябрь 2017 года в вариантах опытного участка Table 3. Average values of bioclimatic and biothermal coefficients of hay-pasture grass mixture for April-October 2017 in the variants of the experimental plot

Вариант опыта	Биоклиматический коэффициент	Биотермический коэффициент
70% от НВ	0,71	0,14
80% от НВ	0,72	0,15
Без орошения	0,64	0,13

Таблица 6. Результаты расчетов водопотребления сенокоснопастбищной травосмеси для корнеобитаемого слоя 0 ‒ 40 см в вариантах опытного участка за апрель-октябрь 2018 года Table 6. Results of calculations of water consumption of hay-pasture grass mixture for the root layer of 0-40 cm in the variants of the experimental plot for April-October 2018

Вариант опыта E, мм (по методу водного баланса) E, мм (по методу максим. суточных температур) 70% от НВ 409,0 390,8 80% от НВ 440,0 432,2 Без орошения 331,0 325,7 за вегетационный период 2017 года зарегистрированы в варианте 80% от НВ ‒ 0,72 и 0,15, а наименьшие – в варианте без орошения ‒ 0,64 и 0,13, соответственно.

Результаты расчетов водопотребления сенокоснопастбищной травосмеси для корнеобитаемого слоя методами водного баланса и максимальных суточных температур за период апрель-октябрь 2017 года применительно к дерново-подзолистой суглинистой почве в вариантах опытного участка представлены в таблице 4.

Таблица 4. Результаты расчетов водопотребления сенокоснопастбищной травосмеси для корнеобитаемого слоя 0 ‒ 40 см в вариантах опытного участка за апрель-октябрь 2017 года Table 4. Results of calculations of water consumption of hay-pasture grass mixture for the root layer of 0-40 cm in the variants of the experimental plot for April-October 2017

Вариант опыта	E, мм (по методу водного баланса)	E, мм (по методу максим. суточных температур)
70% от НВ	443,0	399,3
80% от НВ	462,0	420,0
Без орошения	404,0	396,4

Анализ данных таблицы 4 показывает, что в результате расчета как по методу водного баланса, так и по методу максимальных суточных температур за вегетационный период 2017 года наибольшие значения водопотребле-ния наблюдаются в варианте 80% от НВ ‒ 462,0 и 420,0 мм, а наименьшие - в варианте без орошения 404,0 и 396,4 мм, соответственно.

Средние значения биоклиматических и биотермиче-ских коэффициентов за вегетационный период апрель-октябрь 2018 года приведены в таблице 5.

Таблица 5. Средние значения биоклиматических и биотермиче-ских коэффициентов сенокосно-пастбищной травосмеси за апрель-октябрь 2018 года в вариантах опытного участка Table 5. Average values of bioclimatic and biothermal coefficients of hay-pasture grass mixture for April-October 2018 in the variants of the experimental plot

Вариант опыта	Биоклиматический коэффициент	Биотермический коэффициент
70% от НВ	0,59	0,12
80% от НВ	0,66	0,15
Без орошения	0,50	0,10

На основании анализа данных таблицы 5 установлено, что наибольшие значения биоклиматического и биотер-мического коэффициентов за вегетационный период 2018 года зарегистрированы в варианте 80% от НВ ‒ 0,66 и 0,15, а наименьшие – в варианте без орошения ‒ 0,50 и 0,10, соответственно.

Результаты расчетов водопотребления сенокоснопастбищной травосмеси для корнеобитаемого слоя методами водного баланса и максимальных суточных температур за период апрель ‒ октябрь 2018 года применительно к дерново-подзолистой суглинистой почве в вариантах опытного участка показаны в таблице 6.

С учетом анализа таблицы 6 можно сделать вывод о том, что в результате расчета как по методу водного баланса, так и по методу максимальных суточных температур за вегетационный период 2018 года наибольшие значения водопотребления наблюдаются в варианте 80% от НВ ‒ 440,0 и 432,2 мм, а наименьшие - в варианте без орошения ‒ 331,0 и 325,7 мм, соответственно, что и подтверждает наиболее оптимальные условия водного режима сенокосно-пастбищной травосмеси в варианте 80% от НВ [12, 15, 16].

Динамика влажности, полученная путем измерения в полевых условиях корнеобитаемого и метрового слоя

Рис. 2.Динамика влажности почвы по вариантам опытов и слоям, температур, осадков, поливов и укосов за вегетационный период в 2017 году

Fig.2.Dynamics ofsoilmoisture by experimentalvariants and layers, temperatures, precipitation, irrigation and mowing during the growing season in 2017

почвы, осадков, поливов, температур, а также укосов на примере вегетационного периода 2017 года в вариантах 70 и 80% от НВ отражена на рисунке 2.

Анализ данных, представленных на рисунке 2, позволил установить, что в варианте с предполивным уровнем влажности 70% от НВ за вегетационный период 2017 года было проведено 2 полива сенокосно-пастбищной травосмеси, в то время как в варианте 80% от НВ их количество было равно 3, что говорит о большей потребности в увлажнении данного варианта опыта.

Заключение

На основании обзора литературных источников было установлено, что важнейшим элементом эксплуатационного режима орошения является правильное (своевременное) назначение и проведение сроков полива с учетом биологических особенностей культур, погодных условий и гранулометрического состава почвы [2, 4].

В результате расчета режима орошения за вегетационные периоды 2016 ‒ 2018 гг. применительно к дерново-подзолистым суглинистым почвам в условиях северо-восточной зоны Республики Беларусь получены величины биоклиматических и биотермических коэффициентов,наиболее полно учитывающих биологические особенности сенокоснопастбищной травосмеси, водно-физические свойства орошаемых почв и показатели гидрометеорологической зоны исследования. Определены значения водо-потребления сенокосно-пастбищной травосмеси методами водного баланса и максимальных суточных температур в вариантах опыта для корнеобитаемого (0-40 см) слоя почвы за вегетационные периоды 20162018 годов, представлены результаты регулирования влажности почвы в вариантах опыта, а также динамика температур, осадков, поливов и укосов на примере конкретных лет.

Об авторе:

Aboutthe author:

Nikolay N. Dubenok – Academician of the Russian Academy of Sciences, Doc. Sci. (Agriculture), Professor, Professor of the Department of Agricultural Reclamation, Forestry and Land Management, ,

Dmitry V. Yalansky – graduate student, ,

Yuri A. Mazhaysky – Doc. Sci. (Agriculture), Professor of the Department of Logistics of the Penitentiary System, ,

Olga V. Chernikova – Cand. Sci. (Biology), Senior Lecturer of the Department of Logistics Support of the Penitentiary System, Senior Lieutenant of the Internal Service, ,

Yuri N. Dubrova – Cand. Sci. (Agriculture), Associate Professor, Dean of the Faculty of Reclamation and Construction, ,

• • Литература

  • 1.Вихров В.И. Оценка климатических норм сезонного водопотребления орошаемых культур. Вестник Белорус. гос. с.-х. акад. 2015;(2):140–143.

• 2.    Судницын И.И. Движение почвенной влаги и водопотребление растений. М.: Изд-во МГУ, 1979. 254 с.

• 3.    Голченко М.Г., Емельяненко Д.А., Яланский Д.В. Способы и устройства для совершенствования оперативного управления эксплуатационными режимами орошения дождеванием. Мелиорация. 2016;1(75):21-25.

• 4.    Мажайский Ю.А. и др. Внутрипочвенный влагообмен, водопотребление и водо-обеспеченность многолетних культурных травостоев: монография. Рязань: ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2013. 300 с.

• 5.    Брыкина И.Г. Определение биоклиматических коэффициентов для расчета элементов режима орошения. Аграрная наука сельскому хозяйству: материалы VII Междунар. конф., Барнаул, 2–3 февр. 2012 г. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2012;(2):296–297.

• 6.    Ягудин Н.В. Оперативное планирование эксплуатационных режимов орошения при использовании широкозахватных дождевальных машин. М., 1987. 20 с.

• 7.    Лихацевич А.П., Стельмах Е.А. Оценка факторов, формирующих неустойчивую влагообеспеченность сельскохозяйственных культур в гумидной зоне (на примере Беларуси, Центрального и Волго-Вятского регионов Российской Федерации). Минск: ООО «Белпринт», 2002. 212 с.

• 8.    Белясов В.И. Водопотребление и режим орошения суходольных культурных пастбищ в условиях Северо-Восточной части БССР. Минск, 1981. 22 с.

• 9.    Лихацевич, А.П. Дождевание сельскохозяйственных культур. Основы режима при неустойчивой естественной влагообеспеченности. Минск: Бел. наука. 2005. 278 с.

• 10.    Беляева Т.В., В.Б Местечкин Опыт математического моделирования водопо-требления в орошаемом земледелии. М.: ВНИИТЭИСХ, 1983. 72 с.

• 11.    Волчек, А.А. Пространственно-временные колебания суммарного испарения на территории Беларуси. Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика, экология: Вестник БПИ. Брест. 2000;(2):17-23.

• 12.    Григоров М.С., Хохлов А.И. Расчет суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур для условий Поволжья. Мелиорация и водное хозяйство. 1993;(4):32-33.

• 13.    Циприс Д.Б., Евтушенко Э.Г. Расчет водопотребления по метеоданным. Гидротехника и мелиорация. 1980;(9):40-42.

• 14.    ТКП 45–3.04–178–2009 Оросительные системы. Правила проектирования. Минск: Минстройархитектуры, 2010. 70 с.

• 15.    Вихров В.И. Методологические принципы построения адаптивной корреляционной модели суточного водопотребления трав. Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2013;(2):110–115.

• 16.    Лихацевич А.П., Голченко М.Г. Орошаемое плодоовощеводство. Минск: ИВЦ Минфина, 2017. 287 с.

• 17.    Лихацевич А.П., Латушкина Г.В. Выбор показателя для оценки эффективности способов орошения сельскохозяйственных культур. Мелиорация. 2016;2(76):16-24.

• • References

  • 1.    Vikhrov V.I. Assessment of climatic norms of seasonal water consumption of irrigated crops. Bulletin of the Belarusian State Agricultural Academy. 2015;(2):140-143. (In Russ.) 2. Sudnitsyn I.I. The movement of soil moisture and water consumption of plants. Moscow: MSU Publishing House, 1979. 254 p. (In Russ.)

• 3.    Golchenko M.G., Emelianenko D.A., Yalansky D.V. Methods and devices for improving operational management of operational modes of irrigation by sprinkling. Land reclamation . 2016;1(75):21-25. (In Russ.)

• 4.    Mazhaysky Yu.A. et al. Intra-soil moisture exchange, water consumption and water availability of perennial cultivated herb stands: monograph. Ryazan: FGBOU VPO RGATU, 2013. 300 p. (In Russ.)

• 5.    Brykina I.G. Determination of bioclimatic coefficients for calculating elements of the irrigation regime. Agrarian science to agriculture: proceedings of the VII International Conference, Barnaul, February 2-3, 2012. Barnaul: ASAU Publishing House, 2012;(2):296-297. (In Russ.)

• 6.    Yagudin N.V. Operational planning of operational modes of irrigation when using wide-span sprinklers. M., 1987. 20 p. (In Russ.)

• 7.    Likhatsevich A.P., Stelmakh E.A. Assessment of factors forming unstable moisture supply of agricultural crops in the humid zone (on the example of Belarus, the Central and Volga-Vyatka regions of the Russian Federation). Minsk: LLC "Belprint", 2002. 212 p. (In Russ.)

• 8.    Belyasov V. I. Water consumption and irrigation regime of dry-land cultural pastures in the conditions of the North-Eastern part of the BSSR. Minsk, 1981. 22 p. (In Russ.)

• 9.    Likhatsevich, A.P. Sprinkling of agricultural crops. Fundamentals of the regime with unstable natural moisture supply. Minsk: Bel. nauka. 2005. 278 p. (In Russ.)

• 10.    Belyaeva T.V., Mestechkin V.B. Experience of mathematical modeling of water consumption in irrigated agriculture. Moscow: VNIITEISH, 1983. 72 p. (In Russ.)

• 11.    Volchek, A.A. Space-time fluctuations of total evaporation on the territory of Belarus. Water management construction, heat power engineering, ecology: Bulletin of the BPI. Brest. 2000;(2):17-23. (In Russ.)

• 12.    Grigorov M.S., Khokhlov A.I. Calculation of total water consumption of agricultural crops for the conditions of the Volga region. Land reclamation and water management. 1993;(4):32-33. (In Russ.)

• 13.    Tsipris D.B., Yevtushenko E.G. Calculation of water consumption based on meteorological data. Hydraulic engineering and land reclamation. 1980;(9):40-42. (In Russ.)

• 14.    TKP 45-3. 04-178-2009 Irrigation systems. Design rules. Minsk: Minstroiarchitektury, 2010. 70 p. (In Russ.)

• 15.    Vikhrov V.I. Methodological principles of constructing an adaptive correlation model of daily water consumption of herbs. Bulletin of the Belarusian State Agricultural Academy. 2013;(2):110-115. (In Russ.)

• 16.    Likhatsevich A.P., Golchenko M.G. Irrigated fruit and vegetable growing. Minsk: IVC of the Ministry of Finance, 2017. 287 p. (In Russ.)

• 17.    Likhatsevich A.P., Latushkina G.V. The choice of indicator for evaluating the efficiency of irrigation method in agriculture. Land Reclamation. 2016;2(76):16-24. (In Russ.)