Мустафаев Ж.С., Калашников П.А.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, Республика Казахстан

Казахский НИИ водного хозяйства, Республика Казахстан

 

АГРОКЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ

ТЕРРИТОРИИ ЮГА КАЗАХСТАНА И РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ

ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

 

Южный Казахстан занимает обширную территорию, включающую Кызылординскую, Южно-Казахстанскую, Жамбылскую, Алматинскую области. Западная граница его проходит по северо-западному побережью Аральского моря, восточная – по Алакольской впадине и Джунгарским Воротам, южная совпадает с административной границей между Казахстаном и Узбекистаном и Кыргыстаном. На севере граница проходит по климатическому рубежу примерно на 48-й параллели, где наблюдается переход от весеннего максимума осадков к летнему (рисунок 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1 – Схематическая карта увлажненности южного региона

Республики Казахстан

 

Южный Казахстан расположен далеко от Мирового океана, в глубине Евроазиатского материка, что обусловливает резкую континентальность и засушливость его климата. Регион отличается высоким термическим фоном. Зимой происходит чередование холодных вторжений и вынос с юга теплых масс воздуха, температурный режим неустойчив. Средние температуры января могут изменяться на 13-14оС на юге и на 19-21оС на северо-западе. Суровость зимы и ее продолжительность возрастают к северо-востоку. Средняя месячная температура воздуха в январе изменяется от -4оС на юге до -16оС на северо-востоке территории Южного Казахстана. Летом термический режим устойчив. Высокие температуры воздуха, продолжительное лето обеспечивают значительные термические ресурсы территории. Средняя месячная температура воздуха в июле изменяется от 30оС на юге до 12оС на северо-востоке территории.

Для Южного Казахстана типичны засушливость и пространственно-временная изменчивость осадков, резко выраженная их сезонность и преобладание на большей части территории весеннего максимума. Регион отличается большой изменчивостью сумм осадков, как годовых, так и месячных. Разница между максимальными и минимальными годовыми суммами осадков превышает 200-400 мм. Среднее годовое количество осадков изменяется от 100 мм на юго-западе и в центральной части до 500 мм в предгорьях юга и северо-востока.

Характерны небольшая высота снежного покрова, его неустойчивость и сравнительно малая продолжительность. Это связано не только с минимальным количеством осадков и короткой зимой, но и с оттепелями и частым выпадением осадков и зимой в жидком виде.

Разнообразие климатических условий, свойственное Южному Казахстану, создает условия для формирования множества климатических регионов, имеющих значительные отличия по основным климатическим показателям.

При районировании территории юга республики по степени естественной увлажненности за основу принят коэффициент увлажненности (Ку), определяемый отношением естественной влагообеспеченности за биологически активный период (сумма атмосферных осадков и доступных для растений почвенных запасов влаги) к испаряемости за тот же период.[1]

По вычисленным значениям коэффициентов увлажненности с учетом природно-географических особенностей территории республики выделены агроклиматические зоны (таблица 1) с учетом коэффициента увлажненности.

 

Таблица 1 – Агроклиматические зоны увлажненности территории Казахстана

 

Коэффициент

увлажненности, Ку

Зоны

увлажненности

Природные зоны

Основные типы почв

05-0,3

засушливая

степь

южные черноземы, темно-каштановые, каштановые

0,3-0,2

сухая

полупустыня

светло-каштановые

0,2-0,1-0,2

очень сухая

пустыня северная и южная

бурые, серо-бурые, светлые сероземы

0,2-0,3

сухая

предгорная

предгорные

полупустыни

сероземы, темные сероземы

0,3-0,5

засушливая горная

предгорные степи

темно-каштановые

свыше 0,5

умеренно-засушливая и влажная горная

горные степи и леса

горные типы почв

 

 

Суммарное водопотребление (эвапотранспирация) – объем воды, расходуемый сельскохозяйственным полем на транспирацию растениями и испарение с почвы рассчитывается биоклиматическим способом по зависимости

 

(1)

 

где: ЕТcrop- эвапотранспирация, мм;   Ко–микроклиматический коэффициент; Кb- биологический коэффициент, характеризующий роль растений; Е- испаряемость за месячные интервалы времени по Н.Н. Иванову.

 


(2)

 

где: t - температура воздуха, оС; a - относительная влажность воздуха, %.

 

Численные значения эвапотранспирации озимой пшеницы в различные по уровню естественной влагообеспеченности годы по природным зонам юга Казахстана приведены в таблице 2.

Оросительная норма – объем воды, подаваемый на гектар орошаемой площади за вегетационный период, является производной частью климатических условий и биологических свойств возделываемых культур.

 

Таблица 2 – Суммарное водопотребление (эвапотранспирация) озимой пшеницы по природным зонам юга Казахстана

 

Природная зона

Ку

Уровень вероятности превышения, %

50

75

95

Степь

0,45-0,40

1750

2100

2500

0,40-0,35

1850

2150

2600

0,35-0,30

1950

2300

2750

Полупустыня

0,30-0,25

2050

2450

3000

0,25-0,20

2200

2600

3250

Пустыня северная

0,20-0,15

2500

2950

3450

0,15-0,10

2850

3150

3800

Пустыня южная

0,05-0,10

3550

3850

4600

0,10-0,15

3400

3650

4300

 

0,15-0,20

3300

3450

3950

Предгорная

полупустыня

0,20-0,25

3150

3300

3750

0,25-0,30

3100

3200

3650

Предгорная степь

0,30-0,35

3050

3100

3500

0,35-0,40

3000

3050

3250

 

Размеры оросительных норм (м3/га) существенно изменяются территориально и по годам.

Величина биоклиматической оросительной нормы устанавливается по зависимости

(3)

 

где: Мнт – оросительная норма (нетто), м3/га; Wп - продуктивные запасы почвенной влаги, которые используются растениями м3/га; Pef – атмосферные осадки, выпавшие за вегетационный период, м3/га.

Запасы продуктивной влаги в почве на начало вегетации принимаются по данным агрометеостанций и опытно-хозяйственных станций. При отсутствии таких данных почвенные влагозапасы определяются по количеству вневегетационных осадков с учетом характера их накопления и сохранения в почве

 


(4)

 


где:          - количество вневегетационных осадков, м3/га; μ - коэффициент накопления и сохранения осадков в почве к началу вегетации (степная зона – 0,50-0,65; полупустынная и пустынная – 0,60-0,70; предгорье и степная – 0,4-0,50).

 

 

Изменчивость оросительной нормы озимой пшеницы по зонам естественной увлажненности и по годам показана в таблице 3. Приведена биоклиматическая норма-нетто в средний (вероятность превышения – 50%), среднесухой (75%) и сухой (95%) годы. Приведенные оросительные нормы обеспечивают поддержание в корнеобитаемом слое почвы влажности, оптимальной для роста и развития растений и формирования высоких (близких к максимальным) урожаев озимой пшеницы.

Биоклиматические оросительные нормы (нетто) озимой пшеницы установлены для мелиоративно-благополучных земель с глубоким (более 3 м) залеганием грунтовых вод, незасоленных, средних по механическому составу и водопроницаемости почв.

 

Таблица 3 – Биоклиматические оросительные нормы озимой пшеницы на юге

Казахстана, м3/га

 

Природная зона

Ку

Уровень вероятности превышения, %

50

75

95

Степь

0,45-0,40

950

1350

2050

0,40-0,35

1050

1500

2300

0,35-0,30

1250

1650

2550

Полупустыня

0,30-0,25

1450

1950

2750

0,25-0,20

1650

2150

3000

Пустыня северная

0,20-0,15

2100

2500

3250

0,15-0,10

2400

2900

3500

Пустыня южная

0,05-0,10

2850

3350

4150

0,10-0,15

2500

2950

3650

0,15-0,20

2200

2650

3350

Предгорная

полупустыня

0,20-0,25

1900

2350

3100

0,25-0,30

1650

2050

2850

Предгорная степь

0,30-0,35

1400

1800

2650

0,35-0,40

1050

1500

2250

 

В Казахстане более трети орошаемой пашни находится в неблагоприятном мелиоративном состоянии. Поэтому оросительные нормы устанавливались на основе почвенно-мелиоративного и гидромодульного районирования орошаемых территорий, учитывающего весь комплекс существующих условий почвообразования и их изменений во времени. Определение оросительных норм брутто-поля, с учетом потерь воды на поле, проведено на основе районирования орошаемой территории по основным природным факторам (уклон поля, водопроницаемость почвы).

При гидромодульном районировании (ГМР) учитываются агроклиматические условия, литолого-геоморфологическое строение, гидрогеологические и мелиоративно-хозяйственные условия, определяющие направленность почвообразовательных процессов.

На основе агроклиматического районирования территория Казахстана разделена на агроклиматические зоны (таблица 3). В пределах агроклиматических зон выделены почвенно-гидрогеологические области:

-автоморфная - территория с глубоким залеганием грунтовых вод (ниже 3 м), которые не влияют на почвообразование и эвапотранспирацию сельскохозяйственных культур;

-полугидроморфная - территория с глубиной залегания грунтовых вод 2-3 м, которые оказывают определенное влияние на почвообразовательный процесс и умеренно (до 20%) участвуют в эвапотранспирации сельскохозяйственных культур;

-гидроморфная - территория с грунтовыми водами на глубине 1-2 м, которые оказывают значительное влияние на почвообразование и существенно (до 80%) расходуются на эвапотранспирацию сельскохозяйственных культур.

В зависимости от литологического состава почвообразующих пород, глубины залегания грунтовых вод, почвы группируются в девять гидромодульных районов, характеристика которых приводится в таблице 4.

Величина оросительной нормы (Мбр.поля), учитывающая почвенно-мелиоративные и гидрогеологические условия, потери воды на поле, устанавливается по следующей зависимости

 

 


(5)

 

где: Мбр.поля - оросительная норма брутто-поля, обеспечивающая мелиоративное благополучие на орошаемых землях, м3/га;  Мо         - оросительная норма-нетто на незасоленных почвах при  глубоком (3,0 м) залегании грунтовых вод, м3/га; Кг - коэффициент допустимого использования грунтовых вод на субирригацию; Км - коэффициент, учитывающий степень засоления и солеотдачи почв зоны аэрации; Кпв - коэффициент потерь воды на поле.

Таблица 4 - Показатели гидромодульных районов

 

ГМР

Характеристика почв

Автоморфные (УГВ>3 м)

I

Маломощные различного гранулометрического состава на песчано-галечниковых отложениях и на гипсах, а также песках

II

Среднемощные, слабокаменистые, разные по гранулометрическому составу на песчано-галечниковых отложениях и гипсах, мощные супесчаные и легко-суглинистые

III

Мощные средне- и тяжелосуглинистые, глинистые

Полугидроморфные (УГВ – 2-3 м)

IV

Мощные, песчаные и супесчаные, а также мало- и среднемощные разного гранулометрического состава

V

Мощные, легко- и среднесуглинистые однородные, тяжелосуглинистые, облегчающиеся к низу

VI

Мощные, тяжелосуглинистые и глинистые плотные, однородные разные по гранулометрическому составу, слоистые по строению

Гидроморфные (УГВ – 1-2 м)

VII

Мощные, песчаные и супесчаные, а также мало- и среднемощные разного гранулометрического состава

VIII

Мощные и легко-среднесуглинистые однородные, тяжелосуглинистые, облегчающиеся к низу

IX

Мощные, тяжелосуглинистые и глинистые плотные, однородные, разные по гранулометрическому составу, слоистые по строению.

 

 

Поправочный коэффициент (Кг) учитывает объемы допустимого (иногда возможного) участия грунтовых вод в эвапотранспирации (таблица 5). Количественные показатели устанавливаются на основе обобщения научных разработок и производственного опыта. При определении объемов использования грунтовых вод на эвапотранспирацию (субирригацию) применяют критерии стабилизации соленого режима почв, то есть размеры выноса солей фильтрационными водами (поливы, осадки) должны соответствовать уровню сезонного соленакопления в почвах. Объемы использования пресных грунтовых вод (1 г/л) на эвапотранспирацию регламентируются глубиной их залегания и водно-физическими свойствами почв. Пределы ограничений по использованию минерализованных грунтовых вод на эвапотранспирацию определяются степенью их засоления. Поэтому размеры оросительных норм должны устанавливаться с учетом допустимого использования грунтовых вод (Кг) на эвапотранспирацию.

 

Таблица 5 – Коэффициенты допустимого использования грунтовых вод на эвапотранспирацию (субирригацию)

 

Минерализация грунтовых вод, г/л

Глубина залегания грунтовых вод, м

Эвапотранспирация, тыс. м3/га

3-4

4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

>9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Тяжелые почвы

1-3

1,0-2,0

0,35

0,37

0,39

0,41

0,43

0,44

0,45

2,0-3,0

0,23

0,25

0,27

0,29

0,31

0,32

0,33

>3,0

0,02

0,04

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

3-5

1,0-2,0

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,20

0,21

2,0-3,0

0,18

0,19

0,20

0,21

0,22

0,23

0,24

>3,0

0,02

0,04

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

5-7

1,0-2,0

0

0

0

0,02

0,03

0,04

0,05

2,0-3,0

0

0

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

>3,0

0

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

Средние почвы

1-3

1,0-2,0

0,38

0,40

0,42

0,44

0,46

0,47

0,48

2,0-3,0

0,21

0,23

0,25

0,27

0,29

0,30

0,31

>3,0

0

0

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

3-5

1,0-2,0

0,16

0,17

0,18

0,19

0,20

0,21

0,22

2,0-3,0

0,19

0,20

0,21

0,22

0,23

0,24

0,25

>3,0

0

0

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

5-7

1,0-2,0

0

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

2,0-3,0

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

>3,0

0

0

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

Легкие почвы

1-3

1,0-2,0

0,40

0,42

0,44

0,46

0,48

0,49

0,50

2,0-3,0

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

0,27

0,28

>3,0

0

0

0

0

0

0

0

3-5

1,0-2,0

0,18

0,20

0,21

0,22

0,23

0,24

0,25

2,0-3,0

0,18

0,20

0,22

0,23

0,24

0,25

0,26

>3,0

0

0

0

0

0

0

0

5-7

1,0-2,0

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

2,0-3,0

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

>3,0

0

0

0

0

0

0

0

Примечание – Минерализованные грунтовые воды (>7 г/л) нецелесообразно использовать

                          на субирригацию.

 

Участие минерализованных грунтовых вод (>7 г/л) в эвапотранспирации неизбежно приводит к засолению почв. При высокой минерализации грунтовых вод применяются мероприятия по снижению их участия в эвапотранспирации. Это достигается путем увеличения порога предполивной влажности почв, размеров оросительных норм или снижения уровня грунтовых вод до З м. Последний вариант обеспечивает мелиоративное благополучие на орошаемых землях и экономное использование водных ресурсов.

Мелиоративный коэффициент (Км) предусматривает стабилизацию соленого режима почв, за счет фильтрации на орошаемых землях при вегетационных поливах и осадках. На основе оптимизации процессов влаго- и солеобмена между зоной аэрации и грунтовыми водами определены пределы необходимого повышения расчетных значений оросительных норм. Для различного уровня засоления почв размеры оросительных норм определяются путем введения в расчетную зависимость поправочного коэффициента (таблица 6).

 

Таблица 6 - Изменения мелиоративного коэффициента (Км) от степени засоления и солеотдачи почв, глубины залегания грунтовых вод

 

Глубина залегания грунтовых вод, м

Характеристика почв

тяжелые

средние

легкие

*1

**2

*1

**2

*1

**2

1,0-2,0

0,85

0,80

0,88

0,83

0,92

0,87

2,0-3,0

0,90

0,85

0,93

0,88

0,97

0,92

>3,0

0,95

0,90

0,97

0,92

1,0

0,95

Примечание: 1. *1 – склонные к засолению, **2 – слабозасоленные.

               2. Коэффициенты приведены для хлоридно-сульфатного типа засоления почв;

                   при сульфатном типе засоления они повышаются на 0,05;

                   при хлоридном снижаются на 0,05.

 

При среднем и сильном засолении почв продуктивность орошаемых земель снижается в 2 и более раза. На таких землях, как правило, проводят промывки. Величины промывных норм, выбор технологии промывок, время их проведения предопределяются почвенно-мелиоративными и хозяйственными условиями, наличием водных ресурсов. Для обоснования рациональной технологии промывок используют нормативные документы.

При поливах неизбежны потери воды на поле. При поверхностных поливах потери на фильтрацию (за пределы корнеобитаемого слоя) и поверхностные сбросы составляют 15-35 % от водоподачи на поле (таблица 9).

Оросительные нормы озимой пшеницы представлены по трем водохозяйственным бассейнам юга республики, где размещены основные орошаемые площади: Арало-Сырдарьинскому, Шу-Таласскому и Балхаш-Алакольскому.

Значения оросительных норм (брутто-поля) озимой пшеницы разработаны для автоморфных, полугидроморфных, гидроморфных средне суглинистых почв (ГМР - III, V и VIII) и дифференцированы по природным зонам по уровню влагообеспеченности. Размеры оросительных норм установлены для незасоленных почв, где минерализация грунтовых вод колеблется в пределах 1-З г/л (таблица 8).

 

Таблица 7 – Коэффициент потерь воды на поле (Кпв)

 

Условия проведения поливов

Поверхностный полив

по бороздам и полосам

без арматуры

с арматурой

Хорошие (хорошая спланированность поля, оптимальные уклоны, спокойный рельеф, почвы средние по водопроницаемости)

1,18-1,22

1,15-1,20

Средние (удовлетворительная спланированность поля, средние уклоны, спокойный рельеф, водопроницаемость почв ниже и выше средней)

1,25-1,30

1,22-1,25

Сложные (неудовлетворительная спланированность поля, большие и малые уклоны, сложный рельеф, почвы высокой и очень низкой водопроницаемости)

1,35-1,45

1,25-1,32

 

Таблица 8 – Оросительные нормы (брутто-поля) озимой пшеницы, м3/га

 

Ку

Почвенно-гидрогеологические области

автоморфные

полугидроморфные

гидроморфные

уровень вероятности превышения, %

50

75

95

50

75

95

50

75

95

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Арало-Сырдарьинский бассейн

Кызылординская область

0,05-0,10

4050

4750

5800

2900

3500

4350

2100

2600

3300

Южно-Казахстанская область

0,05-0,25

3500

4000

4950

2450

2900

3650

1700

2100

2650

Значения, дифференцированные по зонам увлажнения

0,05-0,10

3900

4550

5600

2800

3350

4200

2000

2500

3150

0,10-0,15

3500

4000

4950

2450

2900

3650

1700

2100

2650

0,15-0,20

3050

3600

4550

2100

2650

3450

1400

1900

2550

0,20-0,25

2550

3200

4200

1700

2300

3150

1000

1550

2350

Шу-Таласский бассейн

Жамбылская область

0,05-0,30

2550

3150

4150

1650

2200

3100

950

1450

2250

 

Продолжение таблицы 8

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Значения, дифференцированные по зонам увлажнения

0,05-0,10

2800

4450

5550

2700

3300

4100

1900

2400

3100

0,10-0,15

3350

3950

4850

2300

2800

3550

1500

2000

2550

0,15-0,20

2950

3550

4450

2000

2550

3350

1250

1800

2450

0,20-0,25

2550

3150

4150

1650

2200

3100

950

1450

2250

0,25-0,30

2200

2750

3800

1350

1850

2800

650

1100

1950

Балхаш-Алакольский бассейн

 

Предгорья Заилийского Алатау (бывшая Алматинская область)

 

0,05-0,40

2400

3000

3950

1500

2100

2900

800

1350

2050

 

Значения, дифференцированные по зонам увлажнения

 

0,05-0,10

3650

4350

5350

2600

3150

3900

1750

2300

2900

 

0,10-0,15

3200

3850

4650

2150

2750

3350

1400

1900

2350

 

0,15-0,20

2750

3400

4250

1800

2450

3150

1050

1650

2250

 

0,20-0,25

2400

3000

3950

1500

2100

2900

800

1350

2050

 

0,25-0,30

2050

2600

3650

1200

1700

2650

500

1000

1800

 

0,30-0,35

1750

2250

3400

900

1400

2400

200

700

1650

 

0,35-0,40

1400

2000

3000

550

1150

2100

0

450

1350

 

Предгорья Джунгарского Алатау (бывшая Талдыкорганская область)

0,10-0,45

2350

3000

3950

1450

2100

2900

750

1350

2050

Значения, дифференцированные по зонам увлажнения

0,10-0,15

3200

3850

4650

2150

2750

3350

1400

1900

2350

0,15-0,20

2800

3400

4250

1900

2450

3150

1150

1650

2250

0,20-0,25

2350

3000

3950

1450

2100

2900

750

1350

2050

0,25-0,30

2050

2600

3600

1200

1700

2600

500

1000

1750

0,30-0,35

1650

2250

3200

800

1400

2200

100

700

1450

0,35-0,40

1400

2000

3050

550

1150

2150

0

450

1400

 

Литература

1.Кван Р.А., Вышпольский Ф.Ф., Аяпбергенов А.А. и др. Рекомендации по определению оросительных норм сельскохозяйственных культур на орошаемых землях Казахстана. –Астана, 2001. -81с.

2. Кван Р.А., Парамонов А.И., Цхай М.Б., Калдарова С.М. Затраты воды при различных способах орошения сельскохозяйственных культур /Водное хозяйство Казахстана, - 2007, №4. –с. 2-5.

3. Отраслевые нормативы удельных затрат воды при регулярном и лиманном орошении по водохозяйственным бассейнам Республики Казахстан /Нормативно-методическое обеспечение развития отраслей АПК. –Астана: КВР МСХ РК, 2008.-70 с.**