ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ, ЗЕМЕЛЬНЫХ И ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ЦЕНТРАЛЬНО-АЗИАТСКОГО РЕГИОНА
Морозов Александр Николаевич


Морозов А.Н.

Лекция 13. Нормы отдельных поливов


Если вы можете измерить то, о чем говорите, и выразить это в цифрах - значит, вы что-то об этом предмете знаете. Но если вы не можете выразить это количественно, ваши знания крайне ограничены и неудовлетворительны. Может это начальный этап, но это не уровень подлинного научного знания.
ТОМСОН

 

 

 


 

Результатом противоположных созидательных действий является хаос
ХАББАРД

 

 

 

Теперь, зная, сколько всего воды требуется за вегетацию на орошение, можно подумать, какими порциями и когда её надо подать.
Растение потребляет влагу постоянно, правда, иногда с небольшим перерывом на ночной "сон" (посмотрите ещё раз рисунок 7.8 в лекции № 7). Но это не везде. Если в вашей местности очень засушливый климат, то и ночью растение будет нуждаться в воде, но в меньшем количестве, чем днём.

А попадает влага в почву из атмосферы, обычно, периодически.
В природе источник этих поступлений: дожди, тающий снег, роса. Более или менее постоянно вода может поступать в почву подземным путём. Но Вы сами понимаете, на земле никогда не бывает, чтоб дождь шёл круглосуточно всё лето, снег таял постоянно и не растаивал, а роса выпадала весь летний сезон, а вот подземные воды могут подпитывать почву постоянно. Может же вода из родника вытекать постоянно! Важно при этом знать откуда эта вода, и какого она качества, то есть какие растворимые соли она содержит.
На наших орошаемых полях источником, дополняющим природное поступление влаги, является поливная вода, тем или иным способом доставляемая нами к растениям из источников.

Почва, обладая свойствами впитывать и удерживать влагу, является прекрасным аккумулятором, "заряжаемым" этими естественными или (и) искусственными источниками и "разряжаемым" испарением с её поверхности, транспирацией растениями и подземным оттоком (естественным или искусственным, то есть - дренажём).
Искуственно можно "заряжать" почву влагой периодически поливая её, а можно постоянно!

Технически, до изобретения дождевалок и капельниц, было проще пополнять влажность почвы периодически - залил поле "с головой", и голова не боли! Ведь каждый полив - это достаточно трудоёмкая работа, требующая определённого навыка, внимания и затрат труда и средств.
С появлением совершенных средств полива (особенно, мелкодисперсного импульсного дождевания и капельной технологии полива), стало возможным подавать воду постоянно (или почти постоянно), в соответствии с её расходом полем.
Как вы думаете, что это даёт? Прежде всего, в десятки раз уменьшается потребная пропускная способность подводящих к полю устройств (а значит, примерно втрое сокращает диаметр труб, и почти настолько же, их вес, ну и цена, соответственно).

Действительно, если вы поливаете поле один раз в десять дней в течении 1 дня, то всю десятидневную затрату влаги полем вы должны будете компенсировать в один день, значит подводящая сеть должна иметь пропускную способность в 10 раз больше, чем если бы она подавала воду все десять дней! Не хило?

А вы как сами предпочитаете питаться и кормить своих детей? Раз в десять дней или три раза в день и каждый день? Правда, говорят, что разгрузочные дни очень улучшают здоровье, но когда речь идёт об урожае сельскохозяйственных культур, то на этот вопрос (как и первый, кстати!) имеются очень разноречивые ответы… Одно ясно: самые лучшие фрукты и овощи произрастают в тех садах и огородах, где их регулярно поливают (но в меру!), и не пересушивают почву до такого состояния, что растения прекращают рост. Лук, например, подсушенный один раз, дальше вообще прекращает рост и срочно "готовится" к засухе, одевая луковицы в шелуху из подсохших наружных чешуй (слоёв).

Величина поливной нормы, то есть разовой порции воды для полива, зависит от допустимых для нормального развития растений:

  • глубины промачаемого слоя;
  • влажности почвы до полива;
  • и влажности после полива.

То есть от влажности корнеобитаемог слоя в конце предыдущего межполивного периода и допустимой влажности после полива. Кроме того, следует учитывать потребностей растений в текущем и последующем периодах развития, а ещё и степень засоления почвы. На практике, для обоснования режима поливов либо принимают рекомендации ближайшего к вашим полям зонального научно-исследовательского института, либо пользуются своими наблюдениями, накопленным опытом и долгосрочными прогнозами гидрометеослужбы, (а лучше всего, сочетать первое со вторым!).

В Израиле, Нидерландах, США и других странах существуют компьютеризированные системы управления поливами, которые автоматически вычисляют сроки и нормы подачи воды, чтобы получить самый выгодный по стоимости урожай. Но и без компьютера можно довольно точно определить, сколько и когда подать воды на орошение. Тут главное, знать особенности развития растений, которые вы выращиваете, чтобы не засушить их в критическую фазу развития, и не "испортить кашу маслом", то есть, не переполить, тогда, когда это может помешать созреванию урожая или повредить почве.

В лекции № 8, на рисунках 8.1…8.4 мы показали некоторые типичные закономерности формирования профиля влажности для почв, с глубоким и близким залеганием грунтовых вод, а также привели данные натурных измерений влажности в разных условиях (для разных субстратов при различной глубине грунтовых вод).

Обращаем Ваше внимание, что от глубины залегания грунтовых вод очень существенно зависит режим влажности почвы и об этом мы расскажем подробнее в последующих лекциях. Причём степень этой зависимости существенно связана со свойствами почвенного субстрата.

В классическом почвоведении начала прошлого века есть понятие наименьшая влагоёмкость (НВ, или иначе, синоним - "полевая влагоёмкость" - ПВ), под которым понимается влажность, при которой прекращается свободное стекание воды из обильно политой почвы в нижележащие горизонты (опыты по определению этого показателя проводятся при закрытой от испарения поверхности почвы).

Так вот, если для автоморфных условий (то есть, при устойчиво глубоких грунтовых водах) это понятие не лишено физического смысла, то для гидроморфных условий (при устойчиво близких грунтовых водах) и для условий переходных от автоморфных к гидроморфным (так называемых - полуавтоморфных) оно вносит больше путаницы и прямой дезориентации, чем пользы.

Итак, первая рекомендация: в автоморфных условиях размер поливной нормы не желательно повышать выше некоторой равновесной влажности, близкой к классической "полевой влагоёмкости", так как большая часть лишней воды всё равно стечёт, вместе с питательными элементами вниз, "захватывая с собой" ваши деньги, потраченные на доставку воды, проведение полива излишней нормой, и большую часть удобрений.
Размер поливной нормы определится по классической формуле (не пугайтесь формул,так как ниже, в таблице 13.1, даются готовые результаты расчётов по ней):

m = 100 * H * (НВ - ВЛп)
(13.1)

Где:

  • m - поливная норма, м3/га.;
  • НВ - наименьшая (полевая) влагоёмкость почвы, в %;
  • ВЛп - предполивная влажность почвы в %, в слое желательного увлажнения почвы (Н в метрах).

В формуле 13.1 ВЛп принимается по значению ВЛmin - минимально допустимой предполивной влажности в % от объёма почвы, которая может быть принята для суглинистых почв раной 0,7 * НВ, а для песчаных почв - 0,6 * НВ.

Таблица 13.1. Расчётные поливные нормы увлажнения слоя Н = 0,5, 0,75 и 1,00 м
(для глубоких грунтовых вод)

Субстрат
ПВ, %
НВ - ВЗР, %
Поливная норма (м3/га) при желаемом слое промачивания, м
Свободная ёмкость до глубины 3,0 м
0,50
0,75
1,00
3,00
Песок
42,0
12,0
600
900
1200
8300
Супесь
46,0
10,0
500
750
1000
4500
Суглинок легкий
50,0
12,0
500
750
1000
3500
Суглинок средний
48,0
9,0
450
675
900
3490
Суглинок тяжелый
46,0
8,0
400
600
800
3200
Глина легкая
44,0
7,0
350
525
700
1950

Примечание:

  • заливкой светло зелёным цветом показаны нормы, которые влить без совершенной техники полива невозможно;
  • заливкой желтым цветом - нормы, которые можно, сильно постаравшись, влить по бороздам, полосам или затоплением делянок, без особых потерь от неравномерности полива.

Кто не привык желаемое принимать за действительное, сразу засомневается, а как дозировать поливную воду при поливе значительных площадей? При поливе по бороздам, напуском и затоплением распределить такую поливную норму равномерно по полю практически невозможно. Следует обратить внимание, что свободная ёмкость почвы и подпочвенных горизонтов при глубине грунтовых вод более 3 метров значительно превышает расчётные поливные нормы, а это значит, что в эту ёмкость может "провалиться" очень много воды, если мы не в состоянии её нормировать. Имеются данные наблюдений, что эти потери могут достигать 400 % (мы не оговорились, именно 400%, а в большинстве случаев при даже при очень аккуратном поливе 200 % !) и более, от величины потребной нормы!!!

Теперь поговорим о нормах полива при близких грунтовых водах.

Всё дело в том, что в почве, при близких грунтовых водах, удерживание влаги зависит не только от её свойств, но и от положения грунтовых вод.

Действительно, представим себе высокий (3...5 м) цилиндр, заполненный почвой с дном из мелкой сетки, установленный так, что лишняя вода может стекать из него беспрепятственно. Если мы почву в цилиндре насытим влагой до равновесного состояния, то стекать она из него по определению не будет (равновесное, ведь состояние, - сколько может почва удержать, столько и держит!). А вот если пару капель воды добавим сверху ещё, то произойдёт "капиллярный сброс" (см. лекцию № 8) и эта лишняя пара капель вытечет снизу.

Теперь закроем дно цилиндра герметичной крышкой и продолжим насыщение почвы водой, следя заодно, как будет повышаться в нём уровень грунтовых вод. И пока мы не насытим почву водой, то есть, не заменим водой весь воздух в почве, влажность почвы в цилиндре будет увеличиваться, а уровень грунтовых вод подниматься, вплоть до поверхности почвы.

Теперь вопрос "на засыпку" - какую влажность принимать в этом случае за "полевую влагоёмкость" и как её измерить?

На поле с близкими грунтовыми водами, при определении ПВ в натурных условиях, этот вопрос решить ещё сложнее. Если насыщается почва на всём поле, то это, практически, равносильно тому, что мы проделали мысленно с цилиндром с герметичным дном, заполненным почвой, поскольку отток влаги с поля будет существенно ограничен. Если же для определения "полевой влагоёмкости" заливается небольшая делянка, то не удерживаемая в равновесии с почвенным субстратом вода сможет растекаться во все стороны, коль с боков её ничего не удерживает, а снизу её удерживают грунтовые воды, вместо герметичной крышки в нашем мысленном опыте. При разной глубине грунтовых вод, на одном и том же поле мы будем в каждом случае получать разные "полевые влагоёмкости" в диапазоне от равновесной влажности до полного насыщения. И какую полученную влажность принимать за истинную "полевую влагоёмкость"?

Молчит старая наука!

Для простоты, в гидроморфных условиях лучше и надёжнее рассматривать в качестве предельно допустимой влажности такую степень насыщенности, которая не вредит растениям и почвенной живности.

По литературным данным, эта насыщенность не должна превышать ~ 85 % от ёмкости почвенного корнеобитаемого слоя, из соображений "не утопления", а лучше сказать, "не удушения" почвенной живности, ведь и ей и корням растений нужен для жизни и развития воздух. То есть, ~ 85 % от "полной влагоёмкости", или порозности (не путать с ПВ и НВ!). Эту величину мы далее будем обозначать, во избежании путаницы, - ПОР).

Теперь посмотрим таблицу 13.2 в которой показан объём свободной порозности в летний период, в зависимости от положения достаточно близких грунтовых вод, то есть, в гидроморфных условиях.

Эти данные в очередной раз заставляют нас задуматься над целым рядом очень непростых вопросов:

    1. Зачем мы поливаем наши поля, когда влажность почвы при близких грунтовых водах достаточно высока?
    2. Как дозировать поливную воду, если до уровня грунтовых вод, залегающих на глубине 1 метр нужны очень маленькие поливные нормы, а при грунтовых водах уже свыше 1,5 метров может, по факту, проваливаться значительно больше, чем нужно растениям?
    3. Полезны ли для почвы поливные нормы, большие, чем расчётные, и как они отражается на окружающую территорию?
    4. В каких случаях нужно орошать, а в каких приемлемы другие приёмы?

На первый вопрос мировая практика в течении 100 лет не отвечает однозначно, хотя примеры такого, причём, высокопроизводительного и экономного хозяйствования демонстрируются все эти 100 лет практиками и учёными.

На второй вопрос мировая практика отвечает однозначно - только применением совершенных поливных устройств (дождевание или капельное орошение, другого пока не изобретено, кроме того, что сказано в предыдущем абзаце).

Третий вопрос не так прост: с одной стороны большие поливные нормы уносят питательные элементы из почвы в глубокие горизонты, с другой избавляют почву от вредных солей, если они имеют тенденцию накапливаться в верхних слоях почвы из-за того, что часть испаряющейся влаги (и достаточно минерализованной!) приходит в почву снизу, а формируется потерями из оросительных каналов и потерями при поливах, то есть, глубинными сбросами, о которых мы поговорим в лекции № 14. И ещё, - если местность мало уклонная или безуклонная, то заполняя свободную ёмкость до возможного предела, мы можем сильно сократить число поливов и даже не подтопив сильно соседей и самих себя (см. рисунок 9.4), но… при одном условии: если грунтовые воды очень пресные и за вегетацию не происходит накопление солей в верхних слоях почвы. А вот при больших уклонах местности, мы точно "подсиропим" соседям (см. рисунок 15.1).

Чтобы разобраться с четвёртым вопросом, заглянем снова в лекцию № 8 и внимательно ещё раз посмотрим рисунки 8.3 и 8.4, они характеризуют изменение влажности на разной глубине почвы по сезонам и в межполивной период при близких грунтовых водах. Так вот, влажность в легко досягаемом для корней слое почвы (от 20 до 50 см.) в этом случае не опускается ниже 20 % от объёма - опасного передела для средних суглинков, ниже которого растения начинают остро нуждаться в воде (заметьте, что на рисунках 8.3 и 8.4 приведены данные из Центральной Азии, где климат значительно засушливей, чем в Украине, на Ставрополье, в Краснодарском крае, и уж тем более, в Черноземье России). Становится понятно, почему у И.Е. Овсинского (о работах которого очень подробно рассказано в книге Н.И.Курдюмова - "Мастерство плодородия"), растения не слишком страдали от засухи и успевали дать урожай. Всё дело в ненарушенности структуры почвы глубже 5 см, отсутствии плужной подошвы на глубине 25…40 см, и мульчирующем рыхлом слое почвы на поверхности (те самые 5 см, да ещё с органикой!). К этому вопросу, в виду его чрезвычайной важности, мы ещё вернёмся в одной из последующих лекций и попробуем разобраться с ним, используя не очень даже современную теорию влагопереноса в почвах.

Определим теперь допустимые поливные нормы исходя из условий "неудушения" растений (однако, кроме риса и ему подобных, которые снабжают свои корни воздухом через стебель, поэтому им затопление не страшно!)

Для гидроморфных почв предельный размер поливной нормы можно рассчитать по формуле:

m = 100 * (0,85 *СЁ - ВЛmin)
(13.2)

Где:

  • m - размер поливной нормы, м3/га.
  • СЁ - свободная ёмкость почвы при определённом уровне близких грунтовых вод (как правило, в пределах 1,0…2,0 м приведена в таблице 13.2);
  • ВЛmin - минимально допустимая предполивная влажность - может быть принята в условиях гидроморфных почв такой же, как и в автоморфных условиях.

    Расчётные допустимые нормы полива, определённые по формуле 13.2 даны в таблице 13.3, то есть, сколько воды можно спокойно влить, не "утопив" почвенных жителей.

    Таблица 13.2. Допустимые, из условий непереувлажнения, нормы поливов в гидроморфных и полугидроморфных условиях

    Субстрат
    ПВ %
    Глубина грунтовых вод, м
    0,50
    1,00
    1,50
    2,00
    2,50
    3,00
    Песок
    44.0
    500
    1175
    2500
    4000
    5500
    6800
    Супесь
    44.0
    175
    500
    1200
    2000
    3000
    4000
    Суглинок легкий
    44.0
    110
    350
    1000
    1500
    2100
    3000
    Суглинок средний
    46.0
    125
    400
    1000
    1800
    2500
    3300
    Суглинок тяжелый
    45.0
    100
    300
    800
    1500
    2100
    2900
    Глина легкая
    46.0
    70
    250
    650
    1000
    1500
    2000


    Примечание:

  • заливкой светло зелёным цветом показаны нормы, которые влить без совершенной техники полива невозможно;
  • заливкой желтым цветом - нормы, которые можно, сильно постаравшись, влить по бороздам, полосам или затоплением делянок, без особых потерь от неравномерности полива;
  • заливкой серым цветом - нормы, которые топят, наверняка, ваших соседей и прямо из вашего кармана выносят плодородие и деньги за воду.

Итак, рекомендация вторая: при относительно близких грунтовых водах, обычно глубже метра (так как при грунтовых водах ближе метра смысла что-либо орошать, практически нет, а достаточно умело сохранять влагу в почве), можно также смело вливать воды значительно больше, чем при глубоких грунтовых водах без риска потерять её безвозвратно для своего поля, но при условиях, что:

  • Вы не топите свои поля,
  • поля своих соседей,
  • не боитесь засоления (которое почему-то называется учёными "вторичным", хотя делается оно своими руками)
  • и Вам глубоко… "всё равно", сколько питательных элементов вынесет оросительная вода в глубокие горизонты субстрата.

Короче, хотя в гидроморфных условиях потерять лишнюю воду, влитую в почву, очень трудно, тем не менее, из-за перечисленных последствий, всё же стоит придерживаться "золотой середины" - не подавать за один полив более полуторной нормы, указанной в таблице 13.2, хотя в почву можно поместить в некоторых случаях (как это видно в таблице 13.3) намного больше.

А теперь приведём таблицу, с которой, пожалуй, следовало начинать разговор о поливных нормах, но, чтобы немного разобраться с терминами "наименьшая влагоемкость", она же - "полевая", а так же с термином "полная влагоемкость" - то есть - порозность, нам захотелось построить материал лекции таким именно образом.

Под свободной порозностью принято понимать объём почвы и подстилающих её горизонтов, свободный от влаги.

Таблица 13.3 Свободная порозность, или ёмкость субстрата почвы, в летний период, в зависимости от положения грунтовых вод, м3/га (примерные данные, мы сделали рассчёты на самое начало вегетации, когда почвенная влага находится в состоянии, близком к равновесному, учтите, что верхние горизонты почвы могут быть существенно суше, если выпадало мало осенне-зимних осадков, и тогда свободная порозность (ёмкость) будет ещё больше).

  • Субстрат
    ПВ %
    Глубина грунтовых вод, м
    0,50
    1,00
    1,50
    2,00
    2,50
    3,00
    Песок
    44,0
    500
    1750
    2500
    4000
    5500
    6800
    Супесь
    44,0
    175
    500
    1200
    2000
    3000
    4000
    Суглинок легкий
    44,0
    110
    350
    1000
    1500
    2100
    3000
    Суглинок средний
    46,0
    125
    400
    1000
    1800
    2500
    3300
    Суглинок тяжелый
    45,0
    100
    300
    800
    1500
    2100
    2900
    Глина легкая
    46,0
    70
    250
    650
    1000
    1500
    2000


    Примечание:

  • заливкой светло зелёным цветом показаны ёмкости, в которые влить нормы, превышающие разумные пределы невозможно при любой технике полива;
  • заливкой желтым цветом - показаны ёмкости, которые не превышают разумные пределы даже при несовершенной технике полива;
  • заливкой малиновым цветом обозначены ёмкости, которые способны при несовершенной технике полива вместить воды значительно больше, чем требуется;
  • оранжевым цветом показаны ёмкости в двое и более превышающие разумные нормы полива.

Таблица 13.3 иллюстрирует, сколько всего воды возможно поместить в почву и подпочву при разном положении грунтовых вод, то есть, провалить при поливе, если им не управлять.

Итак, попробуем подвести итоги всему сказанному в этой и предыдущей лекции.

1. Мы установили желательные нормы полива исходя из целесообразности увлажнения почвы, в зависимости от почвенного субстрата и положения уровня грунтовых вод, и поняли, что осуществить полив на поле такими нормами достаточно проблематично.

2. Определили величину возможных потерь при ненормированном, или слабо нормированном поливе (затоплением, напуском и по бороздам) в зависимости от почвенного субстрата и положения уровня грунтовых вод и поняли, что размеры потерь могут достигать огромных величин.

3. Установили, что при близких грунтовых водах мы в реальных условиях верхнюю часть поля при поливе по бороздам и напуском переполиваем, а нижнюю, как правило, недополиваем, а при поливе затоплением не горизонтальных делянок - наоборот.

4. Установили, что при глубоких грунтовых водах мы в реальных условиях можем терять и теряем огромные объёмы воды.

5. Значит на части поля мы будем иметь потери урожая от переполива, а на другой - от недополива. Теперь осталось выяснить, количественно, каковы размеры этих потерь урожая и сопоставимы ли они со стоимостью совершенных средств полива. Эти вопросы мы рассмотрим в лекции № 16.

Как связаться с нами

Вернуться на главную страницу

Вернуться к содержанию раздела



Сайт создан в системе uCoz