Широкова Ю.И.

Морозов А.Н.

САНИИРИ им. В.Д. Журина

О РОЛИ ВЛАГОЗАРЯДКОВЫХ ПОЛИВОВ В ПОВЫШЕНИИ ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ ОРОШАЕМЫХ ПОЛЕЙ

(Статья в более полном виде опубликована в сб.: Водные ресурсы Центральной Азии. Алматы, 2002, с. 312 - 320)

Изменение режима работы каскада водохранилищ многолетнего регулирования в бассейне реки Сырдарьи и частично в бассейне реки Амударьи в последние десятилетия в связи с переходом их с ирригационного на энергетический график попусков вызывает напряженность в проведении вегетационных поливов, особенно в годы средней и малой водности. Сельскохозяйственные производители испытывают существенный недостаток оросительной воды в самые сухие и жаркие месяцы вегетации - июнь и июль. Как оптимально можно было бы построить график поливов сельскохозяйственных культур, чтобы смягчить дефицит поливной воды в эти месяцы, желательно без потери урожая?

Настоящая статья не затрагивает вопросов экономии воды с применением противофильтрационных мероприятий на каналах, рациональных способов техники и технологии проведения поливов, которые является большими, очень важными и самостоятельными разделами, а целиком посвящена способам формирования водно-солевого режима почв имеющимися в распоряжении земледельцев приёмами - регулированием сроков и норм поливов.

Опыт земледельцев на оросительных системах, имеющих водозабор из малых рек, паводок которых проходит ранней весной и заканчивается в самом начале лета, говорит о необходимости проведения влагозарядковых, а на землях подверженных засолению - влагозарядково-профилактических поливов. В какие сроки эффективнее и экономнее проводить эти мероприятия в различных климатических зонах Республики в условиях измененного (энергетического) графика работы водохранилищ? Какова эффективность этих мероприятий для разных по гидроморфности почв? Как добиться наиболее эффективного использования ограниченных ресурсов оросительной воды?

Доступность почвенной влаги определяется как её наличием в нужный для растений период в корнеобитаемом слое почвы, так и её "качеством", то есть степенью минерализации.

Рассмотрим каким образом эффективнее использовать имеющиеся в избытке осенне-зимне-весенние водные ресурсы в условиях автоморфных, полуавтоморфных и гидроморфных почв, где влияние минерализации грунтовых вод либо совершенно не сказывается на режиме орошения (автоморфные условия), либо сказывается слабо (полу автоморфные условия) и поэтому без прогнозов трудно определить степень целесообразности этого агротехнического приёма, либо сказывается весьма существенно (гидроморфные условия).

Как уже упоминалось в начале статьи, для нормального развития растений имеет значение не только количество влаги в почве, но и её минерализация. Чтобы оценить количественно эффект профилактических поливов в рассматриваемой ситуации используем прогнозирование водно-солевого режима почвы на апробированной для условий Средней Азии модели [1]. Модель прогнозирует влаго-соле перенос при режиме орошения в вегетационный период строящимся автоматически, исходя из агротехнических требований по влажности и солесодержанию корнеобитаемого слоя той или иной культуры. Для того, чтобы правильно оценить совокупное влияние этих двух факторов на рост и развитие растений в модели использована существующая гипотеза, по которой действие осмотической составляющей полного потенциала влаги в почве равнозначно действию капиллярно-сорбционной составляющей [2-4]. Это условие записывается в следующем виде:

Рс = Р + Ро (1)

где:
Рс -полный (суммарный) потенциал влаги в почве;
Р - капиллярно-сорбционный потенциал в почве;
Ро - осмотический потенциал воды в почве.

Осмотическое давление почвенного раствора, содержащего смесь ионов различных солей, рассчитать точно невозможно, а прямое экспериментальное определение в достаточной степени затруднительно. Для целей инженерных расчетов можно пользоваться косвенным способом определения осмотического давления по удельной электропроводности раствора с использованием эмпирической зависимости, предложенной в работе [2] проверенной на экспериментальных материалах [5]:

Ро = 0.365 & (2)

где:

Ро - осмотический потенциал почвенного раствора, бар;
& - удельная электропроводность раствора, ммо/см.

Критические значения (допустимые пределы) полного потенциала воды в почве (суммарного давления влаги в почве) для определения сроков полива в модели контроля состояния почвенного корнеобитаемого слоя и управления режимом поливов установлены нами по обработке материалов по опытным данным [6]. Для этого, по установленным нами кривым pF = f(O) для почв различного гранулометрического состава: песка, супеси, лёгкого суглинка, среднего суглинка, тяжёлого суглинка, лёгкой глины, были определены значения капиллярно-сорбционного потенциала влаги в почве, не изучавшиеся в опытах [6]. Далее, эти значения были просуммированы с фактическими, полученными в этих опытах значениями осмотического потенциала (давления), измеренными при наименьшей влагоемкости и приведенными нами к предполивной влажности, равной 0.7 НВ.

По результатам сопоставления полученных расчетом данных с относительной урожайностью в опытах (за 100% принята урожайность на незасоленном фоне) получены значения критического потенциала влаги в почве, находящиеся для хлопчатника в диапазоне 4-6 атм и практически не зависящие от состава солей и фона удобрений. При низкой обеспеченности питательными элементами избыточная концентрация почвенных растворов даже приводит к некоторому относительному повышению урожайности. Этот критерий и был принят при назначении полива в модельном эксперименте. То есть, очередной полив назначался по достижению критического давления почвенной влаги в корнеобитаемом слое вне зависимости от того, чем обусловлено это давление - матричным или осмотическим потенциалом влаги.

Для примера сравним прогнозы установившиеся в многолетнем разрезе режимов орошения хлопчатника на почвах среднесуглинистого гранулометрического состава для центральной климатической зоны, поддерживающих в многолетнем разрезе стабильный водно-солевой режим зоны аэрации, полностью соответствующий современным агротехническим требованиям, для пяти случаев:

•    без профилактических поливов;
•    при весенних профилактических поливах;
•    при осенних профилактических поливах;
•    при осенних профилактических поливах повышенными нормами;
•    при весенних и осенних профилактических поливах.

Прогнозы, проведенные для центральной климатической зоны (Ц-II-A по классификации Средазгипроводхлопка) для типичных, по гранулометрическому составу, почв в автоморфных, полугидроморфных и гидроморфных условиях, подверженных и не подверженных засолению, позволяют сделать вывод, что профилактические поливы могут способствовать сокращению вегетационного водопотребления от 11 до 77%, в зависимости от природных условий.

На рисунке 1, 2, 3 сравниваются режимы влагосодержания и солесодержания в метровом слое почвы в прогнозируемых ситуациях. Нужно отметить, что эти два показателя, взятые по отдельности, мало что говорят о том, нарушались ли агротехнические требования в корнеобитаемом слое или нет. Для более детального анализа на рисунке еще сравниваются показатели полного потенциала почвенной влаги с заданным агротехническими требованиями.

Рис.1. Прогнозные режимы влаги и солей без весенней и осенней влагозарядки

Рис.2. Прогнозные режимы влаги и солей при весенней влагозарядке

Рис.3. Прогнозные режимы влаги и солей при весенней и осенней влагозарядке

(Условные обозначения на графиках: ВЗ1, СЗ1 - влагозапас и солезапас метрового слоя почвы;
СД - расчетное суммарное и НД - нормативное давление почвенной влаги).

Как видно на рис. 1 - 3 и в таблицах 1 и 3, как весенние, так и осенние профилактические поливы дают возможность сократить число вегетационных поливов без нарушения агротехнических условий, рекомендованных для вегетационного периода, в основном, за счет поданной в невегетационный период воды и понижения концентрации почвенных растворов в связи с этим. Применение и весенних и осенних профилактических поливов одновременно даёт еще больший эффект по сокращению норм вегетационных поливов.

Таблица 1. Результаты прогнозов в потребности воды для обеспечения агротехнических требований
для суглинистых почв при различных сроках профилактических поливов

Таблица 2. Результаты прогнозов потребности воды для обеспечения агротехнических требований для суглинистых почв при различных нормах и сроках профилактических поливов для гидроморфных условий при минерализации грунтовых вод С=20 г/л.

Таблица 3. Результаты прогнозов в потребности воды для обеспечения агротехнических требований для супесчаных почв при различных сроках профилактических поливов

Эти прогнозы однозначно позволяют сделать ряд выводов:

•    что возможно несколько альтернативных сценариев распределения воды в течении года, при которых режим влаги и солей в течении вегетации не выходит за рамки агротехнических требований;
•    проведение профилактических поливов во всех рассмотренных прогнозных случаях оказалось эффективно с точки зрения экономии воды в вегетационный период;
  
•    на землях с близкими, пресными грунтовыми водами это прием дает несколько меньший эффект, нежели на гидроморфных почвах с минерализованными грунтовыми водами;
  
•    увеличение норм профилактических поливов до некоторого разумного предела (табл. 2) дает определенный положительный эффект в экономии воды вегетационного периода, однако не следует забывать, что на практике, для того чтобы подать норму в 3,0 -4,0 тыс м3/га нетто-поле, потребуется почти вдвое больше воды (брутто-поле), не говоря о норме в голове системы, которая еще удвоится, за счет потерь на фильтрацию из каналов.

В дополнение к рассмотренным приемам конечно повсеместно должны быть использованы известные земледельцам приемы "закрытия" влаги путем рыхления верхнего слоя почвы, желательно после каждого полива и даже сильного дождя, вплоть до смыкания растительного покрова над поверхностью почвы, когда доля испарения с её поверхности становится несущественной.

Сроки проведения профилактических поливов, в зависимости от климатических условий того или другого региона должны быть дифференцированы. Так, в южных зонах, где влага осенних профилактических поливов, хуже сохраняется до начала вегетации, более эффективны ранне-весенние поливы. В северных зонах более эффективны поздне-осенние профилактические поливы, где зимние атмосферные осадки усиливают эффект промывки. Для центральной зоны время проведения профилактических поливов (весной или осенью) не имеет существенного значения.

Рекомендованные приёмы, таким образом, могут в существенной мере помочь использовать оптимально водные ресурсы сбрасываемые в невегетационный период из водохранилищ для энергетических целей.

Литература:

1. Морозов А. Н., Злотник В. А. Оценка применимости вод повышенной минерализации для орошения хлопчатника. Сб. научн. тр. САНИИРИ и ин-та Средазгипроводхлопок, Ташкент, 1983, с.80-90.

2. Сampbell R. B., Bower C. A., Richards L. A., Change of electrical conductivity with temperature and the relation of osmotic pressure to electrical conductivity and ion concentration for soil extracts, Proc. Soil Sci. Am., 13, 1949 p.66-69.

3. Р. Слейчер. Водный режим растений. М., Мир, 1970, с.365.

4. К. А. Блэк. Растение и почва. М., Колос, 1973, с.503.

5. Теоретические основы процессов засоления-рассоления почв. Алма-Ата: "Наука", 1981, 296 с.

6. С. Н. Рыжов. Развитие и урожайность хлопчатника при различной концентрации почвенного раствора. В сб.: Использование минерализованных вод для орошения. М.,: "Колос", 1973, с.26-45.

22 февраля. 2004 года

Вернуться на главную страницу