Теоретическое
предпосылки по регулированию водного режима поливных земель целью эффективного
использования их в Азербайджане
Институт
Эрозия и Орошения НАН Азерб. Республики
к.с.х.н.,
доц. Алиев З.Г.
Аннотация: Воздействовать на поступление к растением света и
тепла сложнее , но, в известной степени
, можно повышать или понижать температуру приземного слоя воздуха и верхних
слоев почвы. Оптимальное водообеспечение
позволяет растениям формировать большую листовую поверхность, а
вследствие высокой оводненности и
тургесценции листьев лучше
ориентировать их к свету. В комплексе это позволяет повысить эффективность
использования инсоляции
Ключевые
слова: режим орошения, вегетация,
нитраты, концентрация, водопотребление, и др.
Abstract: To address the supply of light and heat plant complex,
but to a certain extent, you can raise or lower the temperature of the surface
air layer and the upper layers of the soil. Optimal water supply to the plants
form large leaf surface, and due to the high water content of leaves and
turgestsentsii better orient them to the light. The complex it allows more efficient use of insolation
Keywords: irrigation
regime, vegetation, nitrate concentration, water consumption, and others
При орошении водное и минеральное питание, включая
обеспечение углекислым газом и
воздухом, поддается целенаправленному
регулированию путем изменения способов, норм и число поливов, внесением минеральных
и органических удобрений, обработкой почвы и т.д.
Орошение имеет большое влияние на почвенные процессы и
микроклимат. Переход от неполивного к орошаемому земледелию оказывает большое
влияние на почву. Оросительная вода способствует повышению почвенного
плодородия. Она растворяет питательные вещества, делает их более подвижными и
усваиваемыми для растений. Чем ближе к оптимуму запасы почвенной влаги, тем
сильнее положительное влияние орошения на почву, тем выше ее эффективное
плодородие. И только чрезмерное увлажнение почвы поливами может со временем
вызвать отрицательные явления: подъем грунтовых вод, засоление и заболачивание
почвы, падение ее плодородия. Поэтому следует правильно соблюдать водный режим
почвы.. Когда эти изменения не влияют отрицательно на рост и развитие растений,
водный режим считается положительным, а при интенсивном развитии растений –
оптимальным. Если колебания влажности почвы тормозят нормальный рост растений,
водный режим почвы неблагоприятен. Он часто наблюдается под неорошаемыми
культурами в зонах с недостаточным количеством осадков, где запасы влаги
активного слоя почвы в любую фазу развития могут опускаться до влажности завядания, а амплитуда их
колебаний достигает максимума. При орошении водный режим активного слоя почвы приобретает
иной характер. За счет регулярных поливов он удерживается в течение всего
вегетационного периода, а при влагозарядке и в вегетационный период на высоком
уровне, близком к оптимальному, для роста и развития растений.
Следует отметить, что для нормального роста и развития
растений имеет большое значение воздушный режим почвы. Воздух занимает в почве
все свободные от воды поры. Кроме того, небольшое его количество адсорбируется
на поверхности почвенных частиц и растворяется в почвенной воде. Чем больше
влажность почвы, тем меньше в ней содержится воздуха. После полива почти все
почвенные поры заполняются водой. При влажности, соответствующей НВ, лишь около
20% почвенных пор занято воздухом. Его состав неоднороден и сильно отличается
от атмосферного. Почвенный воздух всегда более насыщен водяными парами до
90-100%. Содержание в нем кислорода уменьшается, а углекислого газа
увеличивается при разложении органических соединений и активизации
нитрификационного процесса.
Содержание кислорода уменьшается и в связи с большим
потреблением его корнями растений из-за их усиленного роста, а также при
интенсивном течении микробиологической деятельности в почве. Углекислого газа в
почвенном воздухе при слабой аэрации под сомкнутым покровом посева и в
уплотненной почве нередко содержится 1,5-2%, тогда как в атмосферном воздухе –
0,03%. Оптимальная концентрация углекислого газа менее 1%. Под влиянием
газообмена между почвенным и атмосферным воздухом концентрация кислорода в
почвенном воздухе увеличивается, а углекислого газа уменьшается. Интенсивность
газообмена изменяется под влиянием суточных колебаний температур, атмосферного
давления, под воздействием дождей, ветра, диффузии поливной воды и других
причин.
Обязательное условие регулирования воздушного режима –
правильное нормирование поливов, предупреждение переувлажнения почвы,
образования и длительного стояния луж. Активно улучшает аэрацию почвы глубокое
рыхление, щелевание, а также окучивание. Не смачиваемые с поверхности, между
бороздами и под внутрипочвенными увлажнителями они легко пропускают атмосферный
воздух к корням растений.
Аэрацию
усиливают периодические рыхления после полива и атмосферных осадков. Следует
также отметить, что для
жизнедеятельности растений необходим тепловой и питательный режим почвы.
Влажная почва способствует притоку тепла из нижних
непромерзающих горизонтов, при замерзании влаги выделяется скрытая теплота фазового перехода, вследствие этого
температура почвы зимой не опускается так низко, как без подзимнего полива и
медленнее повышается весной.
Благодаря этому плодовые деревья позже зацветают и
уходят от весенних заморозков. Кроме того, орошение сильно изменяет условия
питания растений. Нитраты, передвигаясь в зону деятельности активной корневой
системы, улучшают питание растений. Однако поливы чрезмерно большими нормами
вымывают нитраты за пределы этой зоны, и тогда азотное питание растений
ухудшается.
Многочисленными исследованиями выявлено, что в
плодовом саду было установлено скопление нитратного азота в слое 80-100 см до
30-40 мг на 1 кг почвы в результате систематического увлажнения ее на глубину
100-120 см, в то время как в верхних горизонтах содержание его не превышает
10-15 мг.
Растворимые соединения фосфора и калия менее подвижны,
но и они могут вымываться на глубину, что способствует окультуриванию ниже
расположенных слоев.
Многолетние опыты показывают, что содержание калия в
почвенном растворе в зависимости от влажности изменяется заметнее. Концентрация
калия в дерново-подзолистой почве при влажности 16,5% составляла 5,2, при 25,2
– 1,5 мг/л.
Орошение изменяет и условия поступления в растения
микроэлементов, особенно когда оно ухудшает аэрацию, образующиеся закисные
соединения железа плохо усваиваются растениями, затрудняется поступление бора,
меди и других микроэлементов. Сама поливная вода часто содержит значительное
количество питательных веществ и обогащает ими почву.
Исходя из вышеизложенного, находим критерии
воздействия орошения на физическое состояние пахотного слоя.
Оптимально увлажненная почва обладает наилучшей
рыхлостью, меньшей твердостью и удельным сопротивлением, меньше распыляется при
обработке и ветром. Однако сохранить эти свойства при многолетнем орошении
можно лишь соблюдением ряда условий: применением в севообороте комплекса
агротехнических приемов, соответствующих способов и техники полива, строго
нормированной подачи поливной воды. Искаженный режим орошения отрицательно
воздействует на физические свойства почвы: увеличивается плотность, уменьшается
скважность и водопроницаемость, ухудшается структура, развивается ирригационная
эрозия.
Под влиянием орошения нередко изменяется механический
состав по профилю почвы – илистые фракции из пахотного слоя перемещаются в
нижние горизонты. В результате, на глубине 30-80 см у тяжелых и на глубине 1,5-3
м у легких почв образуется уплотненная прослойка, затрудняющая рост корней,
проникновение воздуха и воды. На тяжелых почвах она обычно формируется на
глубине вспашки. Механический состав почвы часто улучшается благодаря илистым
частицам, приносимым поливной водой.
На водовоздушный и питательный режим почвы значительно
влияет ее структура. Севооборот и правильная агротехника даже при длительном
применении поливов позволяют сохранить структуру почвы.
Необходимо отметить, что, кроме вышеуказанного, регулярное
поступление оросительной воды снижает концентрацию почвенного раствора,
способствуя тем самым растворению минеральных веществ. В зависимости от
поливных норм и фильтрационной способности почвы эти соли скапливаются на
определенной глубине или выносятся грунтовой водой за пределы орошаемого поля.
Орошение изменяет и качественный состав растворимых
солей, реакцию почвенного раствора. Благодаря своему гидролизующему действию
вода расщепляет находящиеся в почве соли сильных кислот и слабых оснований.
Известно, что орошение создает более благоприятные
условия для почвенных микроорганизмов. Оптимальная влажность для них и растений
примерно одинакова. Следовательно, деятельности микроорганизмов, обеспечивающих
растений азотным питанием, благоприятствует поддержание влажности на уровне не
ниже 50-60% для легких песчаных и 70-80% НВ для тяжелых глинистых почв.
Оптимальная влажность почвы усиливает деятельность и
клубеньковых бактерий. При недостатке почвенной влаги на корнях бобовых
растений их поселяется мало, и нередко они не только не усваивают газообразный
азот, но и питаются азотом за счет растений.
Для повышения плодородия и продуктивности растений
необходимо учесть микроклимат. Орошение – самое активное средство воздействия
на микроклимат поля: температуру почвы и приземного слоя воздуха, относительную
влажность воздуха, силу ветра и радиационный баланс. Изменение температуры
почвы под влиянием полива тесно связано с изменением ее теплоемкости и
теплопроводности, а также с испарением почвенной влаги. К тому же, большая
часть тепла, притекающего к поверхности сухой почвы, затрачивается на ее
направление, а на увлажненной почве на испарение.
Разность температур неорошаемой и орошаемой почвы
особенно резко увеличивается на солнце в ее верхних слоях в дневные часы. Так,
в Ширванской степи среднесуточная температура поверхности почвы во время
цветения – плодообразования на хлопковом поле была на 16-17оС ниже,
чем на контрольном, неорошаемом, участке с естественной растительностью, причем
с поливами при 70% НВ она была на 3-5оС ниже, чем с поливами при 65%
НВ.
Результатами исследований выявлено, что уменьшение
температурных колебаний почвы под влиянием орошения имеет большое
агротехническое значение. Летом снижение температуры почвы усиливает рост
корней и клубней, а повышение ее осенью улучшает рост и развитие озимой
пшеницы.
Микроклимат орошаемого поля отличается более умеренной
температурой и повышенной влажностью приземного слоя воздуха. Например, на
посеве орошаемой яровой пшеницы после колошения в приземном полуметровом слое
воздуха температура была в среднем на 1,2-1,6оС ниже, относительная
влажность на 6-12% выше, скорость ветра втрое меньше, чем без орошения.
Относительная влажность на хлопковом поле в Ширванской
степи после первого вегетационного полива увеличилась на 13-15% по сравнению с
контролем, а период цветения – плодообразования – на 20%.
Температура воздуха на неполивном участке достигает
максимума в непосредственной близости с почвой, что указывает на излучение
тепла перегретой землей. На поливных участках этот же слой воздуха (0-10 см)
имеет самую низкую температуру. Суточные изменения температуры воздуха над
орошаемым полем намного меньше, чем без орошения.
Интенсивность транспирации растений, продуктивность
фотосинтеза во многом зависят от метеорологических факторов. Например,
насыщенность воздуха влагой и влажность почвы определяют темпы транспирации,
предотвращают перегрев поверхности листьев, повышают интенсивность фотосинтеза.
Даже в условиях одинаковой влагообеспеченности растений при влажности воздуха
32% более мощное развитие растений при поливах выступает как вторичный фактор,
положительно влияющий на микроклимат.
Орошение влияет на радиационный баланс поля. На
участке хлопчатника в фазе цветения – плодообразования он составил: с орошением
при 70% НВ – 71-85%, при 65% НВ – 63-77%, а на неорошаемом участке естественной
растительностью – 56-64% суммарной солнечной радиации.
Вода – наиболее доступное средство и в борьбе с
заморозками.
Увлажненная почва и приземные слои воздуха медленнее
охлаждаются, а конденсирующиеся водяные пары образуют туман, росу, которые
уменьшают потери тепла на излучение.
Простой и эффективный способ защиты растений от
весенних и осенних заморозков – дождевание непосредственно в период опасных для
растений понижений температур. Его применяют на ягодных, плодовых, овощных и
других культурах. Пока растения окружены водной пленкой, их температура не
опускается ниже нуля. Очень важно вести дождевание непрерывно, поскольку даже
кратковременное прекращение льдообразования приводит к резкому снижению
температуры обледеневших растений. Таким образом, орошение положительно
воздействует и на водоснабжение растений, и на окружающую их среду обитания.
Количество содержащейся в растениях воды зависит от их
вида, возраста и физиологической активности. Вода играет существенную роль в
сохранении формы и структуры травянистых растений, поддерживая их клетки в
тургорном состоянии.
Тургорное давление обеспечивает не только механическую
прочность тканей растений, но и регуляцию транспирации и газообмена через
устьица. Тургорное давление определяет процесс роста, способствую растяжению
молодых клеток.
Вода не только среда, но и участник всех
ферментативных процессов клетки, прежде всего фотосинтеза, в ходе которого на
образование углеводов расходуется 0,2-0,3% ее общего потребления.
Состояние воды – один из факторов, регулирующих ход
физиологических процессов, и это необходимо учитывать при разработке
биологических основ орошаемого земледелия.
Расчетные величины соответствуют фактическому расходу
воды по зонам, полученному А.М. Алпатьевым. Используя установленные
закономерности, можно определить
количество поглощенной солнечной энергии, строить график необходимого
увлажнения растений и роста листовой поверхности.
Важнейшая особенность транспирации растений при
орошении – ее устойчивость, тогда как на неорошаемых полях транспирация сильно
изменяется не только по периодам вегетации, но и в течение дня.
Вышеуказанные параметры служат для регулирования
водного режима почвы. Расход воды на испарение с поверхности почвы и на
транспирацию растений называется суммарным испарением (водопотреблением) и
выражается в м3/га или мм слоя. Суммарное испарение, приходящееся на
единицу основной продукции, называется коэффициентом водопотребления (Кв).
Е = УКв
(1).
Где Е – суммарное испарение одним сектором поля;
У –
урожай.
Суммарное испарение служит исходной величиной в
расчетах режима орошения – системы поливов, в которой для каждой культуры и
района ее возделывания определены виды, нормы, сроки и число поливов.
Существует несколько методов определения суммарного
водопотреб-ления. Широко применяется расчет методом водного баланса активного
слоя почвы. Обычно методы и расчеты водопотребления ведут по формуле А.Н.
Костякова
Е = WH – WK + 10Aa + M (2).
Где WH и WK – запас влаги в начале и конце вегетации, м3/га;
А
– сумма продуктивных осадков, мм. Осадки менее 5 мм непродук-тивны и в расчет
не принимаются;
a - коэффициент использования осадков, равный 0,6-0,7;
10 – множитель для перевода мм в м3/га;
М – оросительная норма, м3/га.
При близком залегании грунтовых вод водопотребление
происходит и за их счет. Тогда формула дополняется слагаемым lгр и принимает
вид
Е = WH – WK + 10Aa + M + lгр ( 3).
Водопотребление из грунтовых вод зависит от глубины
залегания, степени минерализации, механического состава почвогрунтов,
биологической особенности культур и других условий.
Теоретически наиболее обоснован энергетический метод
определения суммарного испарения, или метод теплового баланса, который
выражается формулой
R = lE + B + (4).
Где R – количество тепла, поступившее на деятельную
поверхность, Дж/(см2 × ч);
l – удельная теплота испарения (251,21 Дж/см3);
В – теплообмен между деятельной поверхностью и нижележащими слоями
Дж/(см2 ×
ч);
Р – затраты тепла на турбулентный обмен, Дж/(см2 × ч).
Отсюда суммарное испарение в мм/ч:
(5).
Таким образом, измерив величины l, P и B, можно с
большой точностью определить суммарное испарение.
Алиев Б.Г и Носенко В.Ф установили, что при
поддержании влажности почвы на уровне не ниже 65% НВ существует функциональная
связь между валовым расходом воды полем и дефицитом влажности воздуха с учетом
биологических особенностей культуры и фаз ее развития. Они предложили формулу
расчета суммарного испарения и назвали ее биоклиматическим методом
Е =
КSd (6).
Где К –
биоклиматический коэффициент, мм/мб;
Sd – сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха,
мб.
Биоклиматический коэффициент показывает количество
испаряющейся воды в мм на мб дефицита влажности воздуха. Он имеет различные
показатели как для разных культур, так и для одной в отдельные фазы ее
вегетации. По С.М. Алпатьеву самые низкие значения меняются в пределах
(0,2-0,3). Эти значения определяют в начале и конце вегетации растений. Самое
высокое значение – К = 0,5 – в период,
когда листовая поверхность достигает наибольшей величины.
Для изучения технологии полива и режима орошения
крайне необходимо знать оросительные и поливные нормы. Оросительную норму можно
определить как разность между суммарным водопотреблением и естественной влагой
по следующей формуле
М = Е – (WH –
WK) – 10Aa - lгр (7).
Из формулы
очевидно, что чем больше естественные ресурсы влаги, тем меньше в суммарном
водопотреблении растений доля оросительной нормы. Необходимо отметить, что
значение оросительной нормы в зависимости от почвенно-климатических и
гидрогеологических условий при выращивании поздноспелых сортов с
продолжительным периодом вегетации изменяется. Отсюда следует, что оросительная
норма изменяется под влиянием многих факторов, более полный учет которых
повышает ее эффективность. Для определения критерия режима орошения необходимо
знать роль значимости поливной нормы. Поливная норма – количество воды,
расходуемой при одном поливе на 1 га, определяется разностью запасов влаги при
НВ и перед поливом:
m = WHB – W0
(8).
Где m – поливная норма, м3/га;
WHB – W0 – запас влаги при НВ и перед поливом, м3/га.
WHB – W0 = 100hz(gHB – g0) (9).
Где h – глубина активного слоя почвы, м;
z –
объемная масса в том же слое, г/см3;
gHB –
влажность расчетного слоя при НВ, % от абсолютно сухой почвы;
g0 – влажность того же слоя перед поливом, % от
абсолютно сухой почвы;
100 – переводной множитель.
Из отношения оросительной нормы к поливной норме
устанавливают число поливов (n):
(10).
Режим орошения и техника полива как категории,
определяющие интенсивность и длительность воздействия оросительных мероприятий
на растение и среду его обитания (почва, приземный слой воздуха), тесно и
нераз-рывно связанные друг с другом. Взаимовлияние их многогранно...
Под руководством Б.Г.Алиевым выполнен обобщенный
анализ влияния дефицита эвапотранспирации на коэффициент урожайности растений.
Экспериментально установлены точные связи (рис. 1) между коэффициентом снижения
урожайности 1- у¢/уmax и
дефицитом эвапотранспирации 1- Е/Е0
или суммарном водопотреблении, включающим расходы воды на растения.
Здесь Е и Е0 соответственно фактическая
и максимальная эвапотранспи-рация;
у¢ - валовой прирост сухого вещества;
уmax –
максимальная урожайность.
Рис. 1. Влияние дефицита эвапотранспирации на
коэффициент урожайности растений: а) яровой пшеницы; b) кукурузы; с) капусты при различных фазах их
развития. 1-цветения; 2-вегетации; 3-зрелости; 4-формирования урожая; 5-роста.
На
рисунках Ку – отношение коэффициента
снижения урожайности к дефициту
водопотребления.
Литературный
источник:
1.
Алиев Б.Г, Алиев И.Н.. Техника и технология малоинтенсивного орошения в
условиях Азербайжана. Изд-во «Эдлм» Баку-1999 г. 220 с.
2.
Костяков А.Н. Основы мелиорации. Изд-во Сельхозиздат. Москва. 1961г 376 с
3.
Алимов А.К. и др. Гидрологические основы регулирования водно-солевого режима
орошаемых земель аридной зоны. Изд-во «Элм». Баку-1993 г. 218 с.
4.Бондаренко
Н.Ф. и др. Моделирование продуктивности агроэкосистем. Л.Гидро-метиздат., 1982
г. 338 с.
5.Колоботский
Б.А. Динамика воды в почве. Изд-во «Наука» Ленинград .1984 г. 118 с.
6.
Носенко и др. Воздействие СД на развитие многолетних насаждений и среду их
обитания. Доклады ВАСХНИЛ, № 3. Москва. 1980 г. 11 с.
7.Нерпин
С.В. и др. Зависимость водопотребления растений от физических факторов среды. Л.»Наука» 1978 г.
SUMMARY
ON ARTICLE TO: EFFICIENCY OF USE IRRIGATION AREAS IN
AZERBAIJAN.
At irrigation water
and mineral feeding, including provision by carbon dioxide and air, yields to
the goal-directed regulation by change the ways, rates and number an
irrigation, contributing mineral and organic fertilizers, processing of ground
and etc. Act Upon include to plant of light and heats complex, but, in the
known degrees, possible raise or lower the temperature surface layer air and
upper layers of ground. Optimum water supply allows the plants to form the
greater sheet surface, but in consequence sheets better to orientate them to
light. In complex this allows to raise efficiency of use an insolyasia.
The Irrigation has
the greater influence upon soil processes and microclimate. Transition from
without irrigated to irrigate husbandry renders the greater influence upon
ground. Irrigation water promotes increasing of soil fertility. It dissolves
the nutrients, does their more rolling and adopted for plants. Than closer to
optimum spares soil humidity, that strong positive influence of irrigation on
ground, that above its efficient fertility. And only overweening moistening of
ground irrigation water can since time to cause the negative phenomena’s:
ascent of underground water, get salty and swamping ground, fall of its
fertility. So follows correct to keep the water mode of ground. When these
change do not affect on growing negatively and development of plants, water
mode is considered positive, but under intensive development of plants -
optimum. If fluctuations to moisture of ground hold up the normal growing of
plants, water mode of ground is disadvantage.