МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ОРОШЕНИЯ

Балгабаев Н.Н. д.с-х.н., Бекбаев Р.К. д.т.н.

Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства

Введение. Территория Казахстана характеризуется исключительным разнообразием природных условий и расположена в лесостепной, степной, сухостепной и пустынной зонах. В этих природных зонах формируются основные - степные и пустынные, и переходные - лесостепные, сухостепные зональные экосистемы. В указанных экосистемах, почвоведами [1, 2] выделены следующие виды почв: черноземы, каштановые почвы, бурые и серо-бурые почвы, сероземы.

Анализ природно-хозяйственных условий Казахстана указывает на необходимость развития орошаемого земледелия. Это обеспечивает получение гарантированного урожая сельскохозяйственных культур. Например, до 90-х годов прошедшего века орошаемое земледелие в сельскохозяйственном производстве Казахстана играло ведущую роль – 5 % пашни (2,3 млн. га) обеспечивало более 30 % всей продукции земледелия в стоимостном выражении [3]. Однако, начиная с 90-х годов, из-за экономического кризиса в республике, началось постоянное снижение орошаемых площадей и соответственно объемов сельскохозяйственной продукции. В настоящее время наблюдается некоторый рост орошаемых земель, общий фонд которых по данным МСХ РК составляет 1294,63 тыс.га.

Объекты и методика исследований. Изучение почвенно-экологических процессов осуществлялось путем физического моделирования почвенно-экологических процессов при различных технологиях орошения и уровнях залегания грунтовых вод.

Методом физического моделирования, изучалось влияние технологии орошения сельскохозяйственных культур на объемы инфильтрационных потерь оросительных вод и интенсивность подпитки грунтовых вод в зоны аэрации в межполивной период. Объемы инфильтрационных потерь устанавливались при следующих технологиях орошения: 1 вариант – поливы осуществлялись нормой 750-800 м³/га при пороге предполивной влажности 60-65% от НВ; 2 вариант – то же, нормой 500-600 м³/га при пороге предполивной влажности 70-75% от НВ; 3 вариант – то же, нормой 350-400 м³/га при пороге предполивной влажности 80-85% от НВ; 4 вариант – то же нормой 200-250 м³/га при пороге предполивной влажности 90-95% от НВ.

Интенсивность подпитки грунтовых вод в зону аэрации в межполивной период устанавливалась при различных уровнях их залегания: 1,0 м, 1,5 м, 2,0 м и 3,0 м.

Для изучения почвенно-экологических процессов при различных технологиях увлажнения почв лизиметры заряжались на глубокосолончаковатых черноземах (Северный Казахстан), каштановых почвах Центрального Казахстана и сероземах Южного Казахстана.

Результаты исследований. Результаты исследований показали, что объем и скорость инфильтрации поливной воды, независимо от типа почв, зависят от режима орошения сельскохозяйственных культур и глубины залегания грунтовых вод. Минимальные значения потерь оросительных вод на инфильтрацию получены при поливе нормой 200 м³/га. Скорость движения инфильтрационных вод имеет затухающий колебательный вид. Амплитуда колебаний предопределилась технологией орошения, продолжительностью вегетационного периода и химизмом почвогрунтов.

На основе установленных закономерностей миграции влаги, разработана математическая модель для мониторинга динамики влажности почв в межполивной период путем использования математической связи между влажностью (b) почв и эвапотранспирацией (E_v):

b_min=b_max ехр (-s E_v), (1)

где: s - коэффициент пропорциональности, учитывающий темпы расходования влаги на испарение и транспирацию.

В прогнозной модели (1), количество воды, расходуемой орошаемым полем на испарение и транспирацию, определяем по формуле:

E_v= E · к_о · к_б, (2)

где Е - испаряемость, определяемая по формуле Н.Н. Иванова; к_о - микроклиматический коэффициент, характеризующий изменение метеорологического режима на сельскохозяйственном поле под влиянием орошения; к_б - биологический коэффициент, учитывающий роль растений в общем объеме расхода сельскохозяйственным полем.

Расчет суточных изменений влажности почв в расчетной толще производился по формуле:

, (3)

где: Т_i - продолжительность межполивного периода, сут.

Математическая модель (3) по мониторингу динамики влажности почв, учитывает климатические факторы, технологию возделывания сельскохозяйственных культур и водно-физические свойства почв. Последний фактор учитывается через НВ и коэффициент пропорциональности «s», который определяет способность почвы отдавать влагу на испарение и транспирацию (таблица 1).

Исследованиями установлено, что расход грунтовых вод в зону аэрации (на эвапотранспирацию) зависит не только от термического режима орошаемой территории, фазы развития возделываемых культур, глубины залегания грунтовых вод, но и динамики влагозапасов в корнеобитаемом слое почв (проводимых поливов, выпадения осадков). Однако в существующих расчетных формулах влияние влагозапасов на величину расхода грунтовых вод в зону аэрации не учитывается.

Таблица 1 - Значения коэффициента s для различных почв Казахстана, м^-1

Почвы	Механический состав
	легкие	средние	тяжелые
Сероземные	4,96´10^-4	3,64´10^-4	3,01´10^-4
Каштановые	4,05´10^-4	3,21´10^-4	2,91´10^-4
Черноземные	3,78´10^-4	3,02´10^-4	2,82´10^-4

При разработке математической модели, решая дифференциальное уравнение первого порядка, получена зависимость для прогноза расхода грунтовых вод в зону аэрации с учетом изменения уровня их залегания и активных запасов влаги в толще почв:

(4)

где: q_т –расход грунтовых вод в зону аэрации, мм/сут; Н_х – уровень грунтовых вод, равный 1 м; Н – фактический уровень залегания грунтовых вод (Н³1 м); b_max - влажность почвы, равная НВ, %; m - параметр, учитывающий влияние механического состава почв на расход грунтовых вод в зону аэрации, сут/мм; b_т-влажность почвы в момент времени t, %.

Данная формула обеспечивает установление объемов использования грунтовых вод на субирригацию для различного уровня увлажнения почв. Для оценки надежности определения расхода грунтовых вод по формуле (4) на эвапотранспирацию использовался сравнительный метод результатов экспериментальных данных с расчетными показателями, полученными по формулам С.Ф.Аверьянова, С.И. Харченко, КазНИИВХ (таблица 2).

Анализ экспериментальных и расчетных данных показывает, что математическая зависимость КазНИИВХ (4) позволяет наиболее высокой точностью устанавливать объемы использования грунтовых вод на эвапотранспирацию и корректировать оросительные нормы с учетом изменения порога предполивной влажности почв и уровня залегания грунтовых вод.

Таблица 2 - Экспериментальные и расчетные данные по расходу грунтовых вод в зону аэрации за вегетационный период, м³/га [5]

Годы	Экспериментальные	Расчетные
		Аверьянов С.Ф.		Харченко С.И.		КазНИИВХ
		мм	% отклонения	мм	% отклонения	мм	% отклонения
2002	1787	1626	-9,0	1560	-12,7	1687	-5,6
	2346	1626	-30,7	1560	-33,5	2415	2,9
Примечание: числитель - порог предполивной влажности 70 -75%от НВ; знаменатель - порог предполивной влажности 60 -65% от НВ.

Выводы. На черноземных и каштановых почвах, для которых характерно присутствие солевого пояса на глубине 1 м, и отсутствие соленых прослоек их в верхних горизонтах, главной проблемой при орошении является осолонцевание почвогрунтов, вымыв питательных элементов и органических веществ. Поэтому при орошении в данной зоне необходимо стремиться к максимальному снижению объемов инфильтрационных потерь.

Использованные источники

1. Фатьянов А.С., Тайчинов М. Почвоведение. Москва: Колос. 1972. - 480 с.

2. Дурасов А.М., Тазабеков Т.Т. Почвы Казахстана. Алма-Ата: Кайнар. 1981. - 151с.

3. Мухамеджанов В.Н., Мусекенов М.М. Современное состояние и пути повышения эффективности орошаемого земледелия // Рациональное использование водных ресурсов при орошении, водоснабжении и использование водных ресурсов при орошении, водоснабжении и обводнении /Сборник научных трудов. Тараз: ИЦ КазНИИВХ, 1999. - С.5-11.

4. Бекбаев Р.К. Моделирование мелиоративных процессов на орошаемых землях. –Тараз: ИЦ «АКВА». 2002. - 226 с.

5. Вышпольский Ф.Ф., Бекбаев Р.К., Мухамеджанов Х.В., Бекбаев У.К. Совершенствование метода расчета расхода грунтовых вод на эвапотраеспирацию //Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана, 2003, № 8. –С.44-47.