4.1 Поливной режим сельскохозяйственных культур

Поливной режим представляет собой научно обоснованный порядок подачи воды на севооборотный участок в течение оросительного периода, в котором известными являются величины оросительной, поливных норм, число и сроки проведения поливов.

Он должен пополнить разрыв между количеством воды, потребным для жизни растений, и практическим ее количеством в почве, то есть покрыть дефицит влагообеспеченности.

Для установления поливного режима необходимо знать режимы орошения сельскохозяйственных культур.

Режим орошения сельскохозяйственных культур - это совокупность норм, числа и сроков полива каждой культуры в орошаемом севообороте в соответствии с климатическими, почвенными, агротехническими, гидрогеологическими условиями географической зоны. Он должен соответствовать потребностям растений в воде во все периоды роста и развития с учетом требований агротехники культуры; осуществлять оптимальное регулирование водного и связанных с ним питательного, солевого и теплового режимов почвы; способствовать повышению плодородия почвы; быть увязанным с техникой и технологией полива.

Для установления режима орошения сельскохозяйственной культуры необходимо знать:

- общее количество воды, необходимое растению для создания планируемого урожая;

- количество осадков и грунтовых вод, используемых растением за период вегетации;

- общее количество воды, которое необходимо подать растениям при поливах в течение оросительного периода, то есть оросительную норму.

Выделяют следующие режимы орошения: биологически оптимальный, экономически обоснованный, экономически целесообразный, хозяйственно возможный и под программируемый урожай.

Биологически оптимальный - это такой режим орошения, который обеспечивает оптимальный водный, воздушный, тепловой и солевой режимы почв для получения максимально возможной урожайности в определенных природных условиях и при определенном способе полива.

Экономически обоснованный режим орошения обосновывается технико-экономическими расчетами и разрабатывается для проектируемых оросительных систем с целью оптимизации их параметров, обоснования площадей и объемов воды для орошения.

Экономически целесообразные режимы орошения имеют

место тогда, когда лимитирующим фактором являются водные ресурсы, но орошение все еще экономически целесообразно.

Хозяйственный режим орошения формируется с учетом наличия трудовых ресурсов, оснащенности хозяйств техникой и характеризуется, как правило, заниженным количеством поливов. Он не должен быть меньше экономически целесообразного.

Режим орошения может быть разработан также исходя из конкретной величины программируемого урожая.

4.2 Оросительные нормы

Оросительная норма или дефицит влагообеспеченности - это количество воды определенного качества, которое необходимо за весь оросительный период подать на один гектар орошаемой площади, дополнительно к естественным запасам ее в почве, чтобы получить запланированную урожайность в конкретных природных и технико-экономических условиях.

Измеряется оросительная норма в м³/га или мм слоя оросительной воды.

Оросительную норму , мм или м³/га, можно определить расчетным (воднобалансовым) методом по уравнению А.Н. Костякова:

(1)

где - суммарное водопотребление сельхозкультуры за расчетный

период, мм или м³/га;

- эффективные атмосферные осадки за расчетный период заданной обеспеченности, мм или м³/га;

- соответственно запасы влаги на начало и конец вегетационного периода, мм или м³/га;

- влагозапасы, используемые растениями из грунтовых вод, мм или м³/га.

Для определения запасов влаги в почве надо знать влажность почвы в расчетном слое. Влажностью любого вещества называется относительное количество содержащейся в нем воды, выраженное в процентах. Применительно к почве существуют три вида выражения влажности: влажность от сухой массы, влажность от скважности, влажность в процентах от наименьшей влагоемкости.

Для определения запасов влаги в почве в объемных мерах (м³/га) рассмотрим пример.

Представим себе огромный монолит - 1 гектар (10000 м²) поверхности почвы занятой культурой. Чтобы определить запасы влаги в почве необходимо знать объемную массу почвы и величину расчетного слоя почвы .

Влажность от массы сухой почвы

Запишем объем нашего монолита почвы , м³:

, (2)

где - площадь монолита, м²;

- величина расчетного слоя почвы, м.

Вычислим массу этого монолита почвы , т:

, (3)

где - плотность объемного сложения почвы, т/м³.

Тогда запас влаги (влагозапасов) , м³, в монолите почвы будет равен:

, (4)

где - влажность почвы, % от массы сухой почвы.

Влажность от скважности

Так как скважность почвы нам известна, то мы легко можем вычислить и абсолютный объем скважин в толще корнеобитаемого слоя почвы , м³. Он равен:

, (5)

где - скважность почвы (суммарный объем промежутков между

твердыми частицами почвами, выраженный в % от внешнего

объема).

Запас влаги в почвенном монолите , м3, можно вычислить по формуле:

(6)

где - влажность почвы, % от скважности.

Запасы воды , которые используются растениями в результате подпитывания пресными грунтовыми водами, зависят от глубины их залегания . Примерное количество используемых грунтовых вод составляет:

3000-3500 м³/га при =1,5 м;

2000 м³/га при =2,0 м;

1000 м³/га при =3,0 м.

При глубине их залегания более 3 м оно равно нулю.

Если влажность почвы на начало и конец вегетационного периода неизвестна, то величина оросительной нормы , мм или м³/га, может быть определена по следующей зависимости:

, (7)

где - эффективные атмосферные осадки заданной процентной обеспеченности соответственно за вегетационный, не вегетационный периоды, м³/га.

Распределение оросительной нормы в течение вегетационного периода осуществляется в соответствии с потребностями растений в воде в разные фазы их развития и в связи с метеорологическими условиями года отдельными частями - поливными нормами.

При определении оросительной нормы , мм или м³/га, по биоклиматическому методу А.М. и С.М. Алпатьевых используют уравнение:

, (8)

где - оросительная норма нетто, мм или м³/га;

=0,85-1,00 - коэффициент, учитывающий подпитывание корневой системы растения влагозапасами за счет грунтовых вод;

- биологический коэффициент, характеризующий роль растения, определяется опытным путем, мб/мм;

- сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за расчетный период, мб;

- эффективные атмосферные осадки за расчетный период, мм или м³/га.

В процессе полива неизбежны непроизводительные потери воды непосредственно в оросительной сети и на поливном участке. Их необходимо учитывать. Суммарные потери воды на внутрихозяйственных оросительных системах оцениваются коэффициентом полезного действия =0,80-0,95. Поэтому оросительную норму брутто , мм или м³/га, определяют по зависимости:

(9)

Для севооборотного участка средневзвешенная оросительная норма , мм или м³/га, определяется по следующей зависимости:

(10)

где - оросительные нормы для конкретных сельскохозяйственных культур, мм или м³/га;

- процент площади, занятой данной культурой, от площади орошаемого севооборотного участка.

Оросительные нормы не остаются постоянными из года в год. Изменчивость оросительной нормы по годам характеризуется коэффициентом вариации . Чем засушливее территория, тем меньше . В степной зоне коэффициент вариации оросительных норм составляет 0,3-0,5, в лесостепной - 0,6-0,8, в лесной - 0,8-1,0, в пустынной - 0,05-0,1. При разработке проектов оросительных систем необходимо знать оросительные нормы для лет различной обеспеченности или повторяемости. До недавнего времени выбор года расчетной обеспеченности (при известном проценте обеспеченности) производился по сумме осадков за вегетационный период. Очень сухой год - обеспеченность осадками 95 %, средне сухой – 75 %, средний – 50 %, средневлажный – 25 %, влажный – 10 %, очень влажный – 5 %. Однако в годы с одинаковым количеством осадков оросительные нормы могут значительно различаться между собой. Это связано с тем, что величина оросительной нормы культуры зависит не только от осадков, но и от условий, определяющих величину водопотребления (биологические свойства растений, испаряемость, влагозапасы почвы). Поэтому выбирать год расчетной обеспеченности наиболее правильно не по осадкам, а по дефициту водного баланса.

По дефициту водного баланса годы характеризуются следующим образом: очень сухой год - 5 % обеспеченности, средне сухой - 25 %, средний - 50 %, средневлажный - 75 %, влажный - 90 %, очень влажный - 95 %. Выбор года расчетной обеспеченности по дефициту водного баланса проводится по результатам водобалансовых расчетов за многолетний период, в процессе которых определяется оросительная норма для конкретной культуры в каждый реальный год. По полученным значениям оросительных норм строятся эмпирические кривые обеспеченности и по известным уравнениям устанавливаются их статистические параметры. Подбирается теоретическая кривая обеспеченности и по ней находится расчетная величина дефицита водного баланса. На основании последней выбирается конкретно один год или несколько расчетных лет.

В последние годы за расчетный принимается средне сухой год 75 % обеспеченности по осадкам или 25 % обеспеченности по дефициту водного баланса. Чем выше процент обеспеченности водоподачи, тем больше количество лет будет обеспечено поливной водой, но потребуется большая пропускная способность каналов или трубопроводов, более дорогие сооружения на них и в конечном итоге большие затраты средств и материалов на строительство и эксплуатацию оросительных систем.