Севрюгин В.К.

Доктор технических наук

Лекция № 10

ВЛИЯНИЯ РАВНОМЕРНОСТИ ПОЛИВА И ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА УРОЖАЙНОСТЬ ХЛОПЧАТНИКА

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.       Коэффициент равномерности полива.

2.      Связь между равномерностью полива, режимом увлажнения орошаемого поля и урожайностью хлопчатника.

3.      Влияние испарения во время полива на режим орошения и урожайность.

4.      Значения коэффициентов ущерба от  недополива для различной техники орошения.

5. Литература.

 

 

До настоящего времени эффективность способов полива оценивалась исключительно по сумме капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с внедрением конкретной техники полива и строительством под нее необходимой оросительной сети. При этом использовалась методика ВТР-0-4-81 [ 1 ], утвержденная ММиВХ СССР. В этой и других, ныне используемых методиках, не оценивается влияние качества полива на урожайность сельхозкультур, ради чего, в первую очередь, и внедряется техника. Она оценивает лишь возможности повышения производительности труда. Поэтому машины, позволяющие оператору управлять большими расходами воды, оказываются наиболее эффективными. Практика показала, что такая оценка способствовала гигантомании, а качество полива не повышалось.

Под качеством полива в первую очередь подразумевается равномерность. Именно неравномерность приводит к тому, что на разных участках поля складывается различный водно-воздушный режим почвы. Первая попытка официального учета влияния неравномерности полива на урожай была предпринята в 1979 г Ф.И. Колесником [2]. Его рекомендации были приняты Госкомсельхозтехникой и распространены в качестве обязательных при оценке эффективности дождевальной техники при ее испытаниях на МИС. Суть их сводилась к тому, что парабола урожайности, построенная им по экспериментальным данным для пшеницы, увязывалась с коэффициентом эффективного полива Кэф. При этом для каждого значения Кэф. менее единицы определялся коэффициент снижения урожайности Ку. Поскольку при этом не учитывался режим влажности корнеобитаемого слоя, то оценить в чистом виде влияние неравномерности не удавалось.

Аналогичные опыты, выполненные в производственных условиях на НИСТО, были выполнены в 1982 году Севрюгиным В.К. [ 3 ]. При этом был учтен режим влажности почвы в слое, рекомендуемом для данного сорта хлопчатника. На поле, орошаемом дождевальной машиной ДДФ-100, было обустроено 14 наблюдаемых площадок, по которым велся учет предполивной и послеполивной влажности в течение всего вегетационного периода. Поливные нормы по каждой площадке фиксировались дождемерами, по сумме которых определялась оросительная норма. По каждой фазе развития определялись отклонения фактической влажности от оптимальной  (рекомендованной УзНИИХ). Отклонения в большую и меньшую сторону фиксировались отдельно. При этом они суммировались за весь период вегетации и устанавливалась статистическая связь между отклонениями по влажности почвы и снижением урожая от недобора или избытка влаги по отношению к рекомендованному. Опыты показали, что урожайность снижалась как при отклонении в меньшую, так и большую сторону [ 4 ]. В среднем 1% отклонения влажности приводил к снижению урожайности на 0,65%. То есть, на той части поля, где был выдержан рекомендованный (оптимальный) режим влажности, наблюдался максимальный урожай (Умак). Но этой части коэффициент равномерности Кп был равен 1, поскольку все отклонения по выданному слою осадков (h) размещался в области  hср± 0,25hср. При коэффициенте равномерности меньше единицы (например, Кп= 0,8), - равномерно поливалось лишь 80% от орошаемой площади. На остальной части поля - (1-Кп ) - 20%, наблюдалось снижение урожайности. В целом по полю урожайность (Уф) в зависимости от равномерности (Кп) определялась уравнением:

                             Уфак = Умак [Kп+ (1-Кп)*k]                                             (1)

После подстановки k = 0,65, получим:

                             Уфак = Умак [ 0.35 Кп + 0,65 ]                                           (2)

Коэффициент ущерба от неравномерности при этом будет равен:

                     Кущ.₃ = 1- [0,35 Кп + 0,65]= 0,35(1-Кп)                                   (3)

Следует отметить, что коэффициент равномерности полива Кп (или, как его называют, коэффициент эффективного полива), складывается из произведения двух коэффициентов: равномерности по длине поля (Кд)  и равномерности по ширине поля (Кш). Для разной техники полива они различны и достаточно хорошо изучены. Оценка этих коэффициентов по литературным источникам показана нами в таблице 1.

 

Таблица 1 Значения коэффициента равномерности полива

 

		Наименование	Коэффициенты равномерности
			Кд	Кш	Кп
Типы дождевальной техники
	Стационарные и шланговые
		Стационарные системы	-	-	0,6
		Аэрозольные, импульсные	-	-	0,6
		Барабанные шланговые установки	0,83	0,84	0,7
	Факел перемещается фронтально
		ДФД-80	1,0	0,7	0,7
		ДДА-100МА	1,0	0,8	0,8
		Кубань 2м, Валлей	1,0	0,9	0,9
	Факел неподвижен
		Днепр	0,86	0,83	0,72
		Волжанка	0,9	0,83	0,75
		ДНК-80	0,86	0,83	0,72
	Факел вращается
		Фрегат	-	-	0,87
		ДДН-100	-	-	0,6
		ДДН-70	-	-	0,5
Техника бороздкового полива
	Ручной
		Ручной полив	0,5	0,4	0,2
	Арматура
		Трубочки, сифоны	0,5	0,6	0,3
		Шланги, трубопроводы	0,5	0,65	0,325
	Машины
		Дискретный полив	0,75	0,8	0,6
		Полив переменной струей	0,85	0,82	0,7
		Полив в движении	0,9	0,8	0,72
Капельное орошение
	Очаг
		С очаговыми увлажнителями	-	-	0,9
	Капельница
		С трубчатыми увлажнителями вдоль поля	0,8	0,8	0,64
Внутрипочвенное орошение
	Очаг
		С очаговыми увлажнителями	-	-	0,8
	Увлажнитель
		С трубчатыми увлажнителями вдоль	0,8	0,8	0,64

 

 Из нее видно, что ручной немеханизированный бороздковый полив имеет самую низкую равномерность Кп= 0,2, а самую высокую - машины для бороздкового полива в движении (Кпр - 0,72) и дождевальные широкозахватные машины типа «Кубань, «Валлей» (Кп = 0,9). Естественно, что орошение посредством этих механизмов обеспечит максимальную урожайность.

 

2. Рассмотрим теперь влияние природно-климатических условий на урожайность.

О том, что структурный состав почвы и связанные с ним водно-физические свойства влияют на урожайность, известно. Объясняется это преимущественно тем, что почвенная влага доступная растениям, зависит от объемной массы (g) и предельной полевой влагоемкости. Именно они определяют величину поливной нормы, необходимой для поддержания оптимального режима влажности. Этот режим обычно устанавливается для каждого сорта культуры и задается в пределах от нижнего допустимого порога влажности (НДП) до верхнего (ППВ). Разница: Db = ППВ-НДП - предопределяют объем влаги (поливную норму), который может разместиться в расчетном слое почвы (Н).

                              mнт = 100 g H (Db)                                                        (4)

Однако влить эту норму моментально нельзя. В зависимости от типа поливной техники и технологии полива для этого требуется различное время (Т). Оно зависит от водно-физических свойств и, в частности, от скорости впитывания.

                         Кср = К₁ / (1- a) Т^a = Ко / Т^a                                             (5)

где: Кср, Ко, К₁, a - известные почвенные параметры впитывания.

Одновременно с процессом впитывания во время полива идет испарение. И если за период полива (Т) средняя скорость испарения равна ecrop , то относительная величина испарения  ( d ) в долях, будет равна

                                  d = ecrop / Кср.                                                          (6)

То есть, на эту долю в конце полива расчетный слой почвы недоувлажнится. Эта часть (Dm)  будет равна:

                                      Dm =  m _*d                                                             (7)

При этом почва недоувлажнится на величину d, выраженную в долях от ППВ:

                   d = Dm / 100 g H = m d / 100 g H                                         (8)

или в %:                       d¹ =  m d ППВ/ 100 g H                                                 (9)

Если значение d  заменить выражением (6), то получим:

                     d¹ =  m ecrop (ППВ) / 100 g H Кср.                                    (10)

Но это снижение влажности (как уже отмечалось выше) приведет к снижению урожайности пропорционально k = 0,65.

При этом урожайность (в %) снизится на величину  d¹ k, или в долях - на величину d¹ k/100.

Таким образом, коэффициент ущерба, связанный с испарением во время полива составит:

               Кущ.1 = [1- (m ecrop ППВ k / Кср 10000 g H ]                          (11)

Как видно, он напрямую связан с водно-физическими свойствами почв (g, ППВ иКср.), а также со скоростью водопотребления культуры, которая зависит от климатических условий. Таким образом, полученное уравнением позволяет не экспертным, а аналитическим путем учесть влияние природно-климатических условий на урожайность.

3. Рассмотрим теперь возможность снижения урожайности от несоблюдения заданного режима орошения.

Если известен оптимальный предполивной режим влажности или среднее значение влажности в межполивной период, то отклонение от этого режима на  d,%, в любую сторону снизит опять-таки урожай в d¹ k/100 раз.

Коэффициент ущерба от этого можно определить по формуле:

                          Кущ.2 = [1- (d¹ ППВ k) /100 ]                                        (12)

4. Заданный режим влажности будет нарушен, если мы не уложимся в требуемые сроки полива и время Т будет растянуто. И поскольку Т = m / Кср., то ущерб, связанный с простоем во время полива (из-за поломки механизма, или нехватки воды), можно определить из выражения:

                Кущ.4 =  [1-(ecrop Tф.ППВ k / 10000 g H ],                             (13)

где:  Tф - фактическое время полива.

Для обоснования эффективности техники полива ущербы, связанные с бесхозяйственностью, мы учитывать не рекомендуем. Однако надо иметь в виду, что они могут быть весьма существенными.

В таблице 2 нами приведены расчетные данные ущерба по сумме двух коэффициентов Кущ.1  и Кущ.3 для конкретной климатической зоны ( метеостанция Янгиер) и почв средней водопроницаемости (В). Для этих условий исходные данные показаны в нижней части таблицы. Используя имеющуюся у нас базу данных, нетрудно показать ущербность от неравномерности полива, обусловленную применением любой техники в любых природно-климатических условиях РУз.

 

Таблица 2. Значения коэффициентов ущерба для различной техники полива

 

	Наименование	Коэффициенты ущерба
		К ущ.1	Кущ.2	Итого	Кущ.3	Всего
Типы дождевальной техники
	Стационарные системы	0,0532	0	0,0532	0,14	0,192
	Аэрозольные, импульсные	0,0532	0	0,0532	0,14	0,192
	Барабанные шланговые установки	0,0532	0	0,0532	0,105	0,158
	ДФД-80	0,0532	0	0,0532	0,105	0,158
	ДДА-100МА	0,0532	0	0,0532	0,07	0,123
	Кубань 2м, Валлей	0,0532	0	0,0532	0,035	0,088
	Днепр	0,0532	0	0,0532	0,098	0,151
	Волжанка	0,0532	0	0,0532	0,0875	0,14
	ДНК-80	0,0532	0	0,0532	0,098	0,151
	Фрегат	0,0532	0	0,0532	0,045	0,098
	ДДН-100	0,0532	0	0,0532	0,14	0,192
	ДДН-70	0,0532	0	0,0532	0,175	0,228
Техника бороздкового полива
	Ручной полив	0,0532	0	0,0532	0,28	0,33
	Трубочки, сифоны	0,0532	0	0,0532	0,245	0,3
	Шланги, трубопроводы	0,0532	0	0,0532	0,236	0,29
	Дискретный полив	0,0532	0	0,0532	0,14	0,192
	Полив переменной струей	0,0532	0	0,0532	0,105	0,158
	Полив в движении	0,0532	0	0,0532	0,098	0,151
Капельное орошение
	С очаговыми увлажнителямим	0,0532	0	0,0532	0,035	0,088
	С трубчатыми увлажнителями вдоль поля	0,0532	0	0,0532	0,126	0,18
Внутрипочвенное орошение
	С очаговыми увлажнителями	0,0532	0	0,0532	0,07	0,123
	С трубчатыми увлажнителями вдоль поля	0,0532	0	0,0532	0,126	0,18
В расчете приняты следующие параметры (почва «В», зона Янгиера): g = 1.3г/см3, ППВ-23%, М-895 м3/га, Кср=5.8 мм/час, б=0, ecrop = 0,3 мм/час, d = 0,3/5,8=0,052 Куш.1= 1-[ 895*0,3*23*0,65/5,8*10000*1,3]=0,0532

 

Из данных расчета следует, что наибольший ущерб возникает при использовании ручного немеханизированного бороздкового полива, которым ныне орошается практически 100% всей территории РУз. Потери урожая составят 33% от максимально возможного в данных условиях. Переход на дождевание позволит снизить ущерб на 8,8%, то есть, поднять урожайность хлопчатника в РУз в среднем на 25%. Все другие способы полива обеспечат меньшую прибавку урожая. Зная ее, возможно оценить фактическую эффективность конкретной техники полива не только по сумме капитальных и эксплуатационных затрат, а в целом. Такой метод оценки нами представляется правильным и им следует заинтересоваться водохозяйственным организациям и иностранным инвесторам, предлагающим для использования в РУз свою технику полива

 

Литература.

1.   Руководство по определению экономической эффективности новой поливной техники. ВТР-0-4-81.ММиВХ СССР, М., 1981.

2.   Колесник Ф.И. Мелиоративные основы повышения качества работы и эффективности дождевальных машин. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. М., 1979.

3.   Севрюгин В.К. НТО САНИИРИ по теме 2.2.5-1 « Разработать водосберегающую почвозащитную технологию полива зерновых, хлопчатника и культур хлопкового комплекса, осуществить подбор поливной техники для различных природных условий Узбекистана». Ташкент, 1999 г..

4.   Самограй Н.С., Севрюгин В.К. НТО САНИИРИ. Д2/82 «Оценка эффективности            использования водных ресурсов в условиях их дефицита при различных        способах полива в условиях Средней Азии». Ташкент, 1982 г.

5.      : Севрюгин В.К. , Морозов А.Н. Ж. "Экономический вестник Узбекистана "               № 6, 2000г. стр.17.

Как с нами связаться

Вернуться на главную страницу