3.3. Оросительные мелиорации
Оросительные мелиорации нужны на сельскохозяйственных землях, где наблюдается постоянный или периодический недостаток влаги для развития культурных растений. Помимо этого орошение влияет на температурный режим почв, несколько их остужая; на баланс питательных веществ и гумуса в почве, так как усиливает промываемость почвенного слоя; на воздушный режим почв. Орошение оказывает влияние на микроклимат, поверхностные и подземные воды, растительность и животный мир орошаемых и окружающих земель. При орошении крупных массивов могут существенно измениться местный климат и все компоненты природы на больших площадях. Поэтому при проектировании оросительных систем необходимы прогнозы влияния орошения на природные условия.
Орошение может быть регулярным и одноразовым. Регулярное орошение восполняет недостаток влаги в течение всего вегетационного периода. Одноразовое орошение проводят как весеннюю влагозарядку паводковыми и талыми водами.
3.3.1. Режим орошения земель. Суммарное водопотребление. Оросительная норма
Под режимом орошения понимают объемы и сроки подачи воды растениям. Он должен:
- обеспечивать потребность растений в воде во все фазы их развития;
- способствовать наилучшему сочетанию водного, воздушного, теплового, питательного и солевого режимов в корнеобитаемом слое почвы и приземном слое воздуха, т. е. получению высокого урожая возделываемых культур;
- способствовать повышению плодородия почв, не допускать их переувлажнения, заболачивания, засоления, размыва;
- не оказывать неблагоприятного влияния на прилегающие земли и водные объекты.
Иными словами, режим орошения должен обеспечивать благоприятный мелиоративный режим территории, назначать его надо, соблюдая принципы природообустройства.
На режим орошения растений влияют природные, биологические, хозяйственные, экономические факторы. К природным факторам относят климатические, почвенные, гидрогеологические условия, вид источника орошения, качество поливной воды. Биологическими факторами являются вид растений, их сорт, качество семян. К хозяйственным, мелиоративным, экономическим факторам относят уровень агротехники, оснащенность хозяйства, наличие трудовых ресурсов и их квалификацию, тип оросительной сети, способ и технику полива, производительность труда на поливе, требуемые капитальные и эксплуатационные затраты на осуществление намеченного режима. Режим орошения является основой для проектирования оросительных систем. Поэтому обоснование режима орошения - важная составная часть задачи оптимизации мелиоративного режима на орошаемых землях.
Климатические условия значительно изменяются по годам, следовательно, и режимы орошения растений в разные годы будут различными.
При составлении проектов оросительных систем режимы орошения разрабатывают для лет различной обеспеченности дефицита естественного увлажнения D, т. е. разности между потенциальным суммарным водопотреблением растений Епот и количеством атмосферных осадков Ос:
D=EпотОс. (3.3.1)
Для сухих лет потребуются большие объемы оросительной воды, соответственно оросительная система для подачи этой воды будет дороже, зато прибавка урожая от орошения будет больше. Для выбора расчетного года проводят технико-экономическое сравнение вариантов проекта оросительной системы, составленных для разных лет. Более высокая обеспеченность орошения экономически целесообразна для влаголюбивых и ценных культур.
Режим орошения для условий расчетного года называют проектным. В период эксплуатации оросительной системы изменения климатических, мелиоративных, хозяйственных условий учитывают в эксплуатационных режимах орошения, которые составляют при сезонном и оперативном планировании водопользования на предстоящий сезон, декаду, неделю.
Основой для разработки режимов орошения служит суммарное водопотребление выращиваемых культур.
Суммарным водопотреблением (суммарным испарением) называют количество воды, расходуемой на транспирацию растениями и испарение почвой за расчетный период. Эту величину измеряют в кубометрах на 1 га или в миллиметрах слоя воды за период вегетации, месяц, декаду, неделю, сутки. В различных условиях и для разных культур суммарное водопотребление составляет 250... 1000 мм за вегетацию.
Суммарное водопотребление зависит от метеорологических условий, вида и фазы развития растений, состояния почвы, ее затененности листьями, уровня агротехники, обеспеченности элементами питания, степени оптимальности водного, теплового, солевого, воздушного режимов. С улучшением условий произрастания растения используют воду более экономно.
Показателем продуктивности использования воды растениями служит коэффициент водопотребления - количество воды, затраченной на транспирацию растениями и испарение почвой для образования единицы массы основной продукции. Он изменяется от 10 до 100 мм/т. При повышении плодородия почвы и улучшении агротехники суммарное водопотребление увеличивается медленнее, чем урожайность. Увеличение урожайности за счет повышения обеспеченности растений водой возможно лишь до определенного предела, дальше для повышения продуктивности земель требуется новый уровень агротехники и плодородия почвы. Так, при увеличении урожайности овощей в 2,9...3,2 раза суммарное водопотребление возрастает лишь на 17...25 %, а коэффициент водопотребления уменьшается в 2,4...2,7 раза.
Суммарное водопотребление определяют несколькими методами (полевыми, аналоговыми, расчетными), ориентировочные его значения можно найти в справочниках.
Суммарное водопотребление обеспечивается за счет природных факторов (запасов почвенной влаги, осадков, подпитывания грунтовыми водами). При недостаточности естественного увлажнения подают оросительную воду.
Количество воды, подаваемой на единицу орошаемой площади за вегетационный период с целью поддержания требуемой влажности почвы в расчетном слое, называют оросительной нормой. Ее измеряют в м3/га или в мм слоя воды.
При определении оросительной нормы расчетный слой принимают равным активному слою в конце вегетации (слою, содержащему 90 % корней), м: для зерновых и зерновых бобовых он равен 0,7...0,9; овощей - 0,5...0,6; картофеля - 0,7; капусты - 0,6; сахарной и кормовой свеклы - 0,8...0,9; многолетних трав - 0,9; хлопчатника - 1; плодовых деревьев - 2,0...2,5.
По предложению А. Н. Костякова оросительную норму определяют как дефицит водопотребления растений из уравнения водного баланса для расчетного слоя почвы за период вегетации. Схема элементов водного баланса в расчетном слое h показана на рис. 3.3.1. Изменение запасов влаги в расчетном слое за период вегетации при орошении:
ΔW=Wнач – Wкон =Е – αОс – М -gор; (3.3.2)
где ΔW- количество воды, используемой растениями из запасов почвенной влаги, накопленной к началу вегетации; Wнач и Wкон - запасы влаги в расчетном слое в начале и в конце вегетации; Е - суммарное водопотребление растений за период вегетации года расчетной обеспеченности; α - доля осадков, впитавшихся в почву; Ос - осадки за период вегетации расчетного года; М - оросительная норма; gоp - водообмен между расчетным и подстилающим слоями за период вегетации при орошении; при gop > 0 наблюдается переток влаги из грунтовых вод в почву, при gop< 0 - нисходящий переток влаги из почвы в подстилающий слой или в грунтовые воды.
Рис. 3.3.1. Схема элементов водного баланса в расчетном слое увлажнения h
Оросительные нормы для разных климатических зон, культур, почв, гидрогеологических условий различны. Так, для засушливой зоны М = 500... 1000 мм, для зоны неустойчивого естественного увлажнения М=300...500 мм, для зоны достаточного увлажнения М=50...200 мм. Меньшие значения оросительной нормы относятся к засухоустойчивым культурам с коротким периодом вегетации.