CC BY
15
3. Использование в качестве весов коэффициентов детерминации, полученных при корреляционно-регрессионном анализе влияния факторов производства на результаты производственной деятельности сельскохозяйственных организаций, позволяет рассчитать общие индексы сравнительной оценки производственного потенциала как средневзвешенные значения частных индексов по отдельным его составляющим.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волков, С. Н. Землеустройство: в 9 т. / С. Н. Волков. - М.: Колос, 2001. - Т. 4: Экономико-математические методы и модели. - 696 с.
2. Белько, И. В. Теория вероятностей и математическая статистика. Примеры и задачи / И. В. Белько, Г. П. Свирид; под ред. К. К. Кузьмича. - 2-е изд. - Минск: Новое знание, 2004. - 287 с.
3. Колмыков, В. Ф. Эффективное использование земель и организация территории в АПК / В. Ф. Колмыков - Белорус. сельскохоз. акад. - Горки, 2003. - 184 с.
4. Математическая статистика / Е. Н. Крючков [и др.].- Горки 2007, 47 с.
5. Национальный доклад о состоянии, использовании и охране земельных ресурсов Республики Беларусь (по состоянию на 1 января 2011 г.) / Государственный комитет по имуществу Республики Беларусь; под ред. Г. И. Кузнецова. - Минск, 2011. - 184 с.
6. Национальная стратегия устойчивого социально-экономического развития Республики Беларусь на период до 2020 г. // [Электронный ресурс]. - Минск. - Режим доступа: Ьйр//^^^. есопоту^оу.Ьу>(!а11уШе8/001251...NSUR2020.doc -Дата доступа: 13.02.2015.
11. Удачин, С. А. Землеустроительное проектирование / С. А. Удачин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М., 1951. - 117 с.
12. Чаянов, А. В. Краткий курс кооперации / А. В. Чаянов. - М.: Кооперативное издательство, 1925. - 80 с.
УДК 631.671:556.131.18
В. И. ВИХРОВ
ОЦЕНКА КЛИМАТИЧЕСКИХ НОРМ СЕЗОННОГО ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ ОРОШАЕМЫХ КУЛЬТУР
(Поступила в редакцию 09.04.2015)
В статье рассмотрены различные модификации биокли- The article examines various modifications of bioclimatic
матического метода расчета водопотребления орошаемых method of calculating water consumption of irrigated crops
культур, рекомендуемые их авторами для использования в recommended by the authors for use in Belarus. On the basis of
условиях Беларуси. На основе 70-летней базы метеорологиче- 70-year-old weather database and a computer program we have
ских данных и компьютерной программы выполнены расчеты calculated the average for many years values of water consump-
среднемноголетних величин водопотребления и его изменчиво- tion and its variability for individual examined bioclimatic mod-
сти для отдельных рассматриваемых биоклиматических мо- els. For these versions we have conducted comparison of climat-
делей. Для указанных модификаций выполнено сравнение кли- ic norms and coefficients of variation of water consumption of
матических норм и коэффициентов вариации водопотребле- two successive 35-year periods. We have shown examples of
ния двух последовательных 35-летних периодов. Приведены charts of long-term fluctuations of water consumption ofpasture
примеры графиков многолетних колебаний водопотребления for the regional meteorological stations of Belarus. пастбища для областных метеостанций Беларуси.
Введение
Водопотребление сельскохозяйственных культур является основной расходной составляющей водного баланса почвы, в связи с чем его определение занимает центральное место в водобалансовых расчетах и существенно влияет на их обоснованность [1, 2]. При проектировании оросительных систем используются многолетние устойчивые показатели водопотребления орошаемых культур (Е) в виде его климатических норм (среднемноголетних значений Еср) и величин различной обеспеченности (вероятности превышения). Для получения таких данных необходимы ретроспективные расчеты Е по декадам календарных вегетационных периодов с использованием разработанных региональных моделей водопотребления [3].
В данной работе решались две основные задачи:
1) сравнительная оценка имеющихся биоклиматических моделей водопотребления орошаемых культур в ретроспективных расчетах;
2) анализ климатических норм водопотребления, рассчитанных для двух последовательных 35-летних периодов.
Анализ источников
Среди большого числа существующих методов расчета водопотребления сельскохозяйственных культур широкое практическое применение находят методы, основанные на эмпирическом учете его
основных внешних и внутренних факторов. В Беларуси разработаны и могут использоваться ряд модификаций [1-7] биоклиматического метода, обоснованного для условий оптимального увлажнения почв. При выборе методов расчета Е для их сравнительной оценки в ретроспективном водобалансовом моделировании водного режима почв учитывались следующие основные принципы: приемлемая точность расчета, обоснованная практической апробацией метода; наличие биологических коэффициентов и других параметров для ряда основных культур; использование в расчетных формулах доступных метеорологических параметров (в данном случае - температуры и дефицита влажности воздуха). С учетом изложенного в алгоритм ретроспективных водобалансовых расчетов программы «RETRO-2» [3] включены в качестве отдельных вариантов следующие методы расчета водопотребления:
Вариант 1 - метод ТКП [2]:
Е = 135пКйё 0,5 ; (1)
Вариант 2 - метод Института мелиорации [6]:
Е, = 1, МпК^й 0 44; (2)
Вариант 3 - метод Института мелиорации -2 [7]:
Е = км 0'74-(Ш18''; (3)
Вариант 4 - метод БГСХА [6]:
Е = (0'31г+; (4)
Вариант 5 - метод БГСХА-2 [8] (для сенокоса):
[Е = паКлй"-"К, ; (5)
[Кй = 11,84[(Д° )2,5 (ехр - 2,5Г°) + 0,04],
где Е - водопотребление культуры за расчетную декаду, мм; Кб, К1 - биоклиматические коэффициенты культур; - среднесуточный дефицит влажности воздуха расчетной декады, мб; п -число суток в декаде; Е - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за расчетную декаду, мб; Кср,Ес1ср - среднемноголетние значения биоклиматического коэффициента и суммы среднесуточных дефицитов влажности воздуха (мб) расчетной декады; Ку - параметр урожайности трав; Е10 - относительная сумма накопленных температур воздуха.
В приведенных биоклиматических моделях Е основным фактором метеоусловий принят дефицит влажности воздуха. В этих моделях (кроме варианта 4) форма связи Е = Дё) представлена степенной функцией вида Е = аёь при Ь<1, что с удовлетворительной для проектных расчетов точностью
отражает данную нелинейную зависимость. Что касается формулы (4), то после ее корректного преобразования (упрощения) она приводится к виду:
Е, = °,3КядЕЛяд + 0,7 К„М = а + ЬЕЛ,, (6)
где а = 0,3КсрЕёср, Ь = 0,7Кср - постоянные для отдельной фазы развития культуры (декады) эмпирические коэффициенты, отражающие линейную связь Е с дефицитом влажности воздуха.
Методы исследования
Для получения климатических норм водопотребления орошаемых культур на основе программы «RETRO-2» выполнены ретроспективные расчеты Е по декадам календарных вегетационных периодов за 70-летний период с 1945 по 2014 гг. При выполнении таких расчетов учитывалось, что реальные годы расчетного многолетнего ряда характеризуются существенно различной теплообеспеченностью вегетационного периода, в результате чего фазы развития сельскохозяйственных культур смещаются относительно их среднемноголетних дат. Поэтому для зависимостей (1)-(4) в данной программе вместо календарной шкалы биоклиматических коэффициентов использована ранее разработанная автором температурная шкала в виде полиномов 4-й степени [4].
К = ао + а ¡То + а2То2 + а3То3 + а^о4; (7)
Т0 = 0,001 (Е^ + + ...+ 0,5 ад, (8)
где К - аппроксимируемый биоклиматический коэффициент; аа а1, а2, а3, а4 - эмпирические коэффициенты культуры; Т0 - уменьшенная в 103 раз сумма среднесуточных температур воздуха, накопленная от начала вегетации к середине расчетной декады; Е^, Е^ - суммы среднесуточных температур воздуха 1-й и >й расчетных декад, °С.
В корреляционной модели (5) температурная шкала учтена изначально в виде кинетической функции, отражающей известный «-образный закон биологического развития сельскохозяйственных культур [8].
Расчеты выполнены по многолетним метеорологическим данным метеостанции Минск для шести видов орошаемых культур и приведенных выше пяти расчетных формул (1)-(5). Климатические нормы Еср рассчитаны как среднемноголетние значения сезонного водопотребления с учетом конкретной продолжительности вегетационного периода каждой отдельной культуры. Кроме Еср рассчитаны также соответствующие каждому варианту коэффициенты вариации сезонного водопотребления Су.
Основная часть
Результаты расчетов климатических норм и коэффициентов вариации водопотребления по вариантам его биоклиматических моделей и двум 35-летним периодам приведены в таблице. Данные таблицы показывают, что в целом рассматриваемые биоклиматические модели дают относительно близкие величины среднемноголетних значений сезонного водопотребления. Вместе с тем для большинства видов орошаемых культур (кроме сенокоса) наиболее устойчивые результаты по значениям Еср и Су обеспечивает расчетный метод ТКП (вариант 1). Для сенокоса трехукосного использования наиболее приемлемым является метод БГСХА-2 (вариант 5). Наибольшая вариация значений Еср и С характерна для варианта 4, что можно объяснить менее адекватной аппроксимацией нелинейной связи Е = Дф) указанной выше линейной функцией (6). Сравнительный анализ данных, полученных по двум последовательным 35-летним периодам, указывает на незначительный в целом рост величин Еср и С в последнем периоде, однако особенно заметный и устойчивый для показателя изменчивости водопотребления Сч.
Среднемноголетнее сезонное водопотребление орошаемых культур (Еср, мм) и коэффициенты вариации водопотребления (Су), рассчитанные для метеостанции Минск за два последовательных 35-летних периода
по разным биоклиматическим моделям
№ Вариант расчетной модели водопотребления
п/п. Культура, период вегетации период, годы 1 (ТКП) 2 (ИМ) 3 (ИМ-2) 4 (БГСХА) 5 (БГСХА-2)
Еср Су Еср Су Еср Су Еср Су Еср Су
1 Пастбище 1945-1979 436 0,06 427 0,06 430 0,08 452 0,11
01.05-30.09 (15 декад) 1980-2014 442 0,07 432 0,06 438 0,09 466 0,12
2 Сенокос 1945-1979 485 0,06 474 0,06 428 0,07 382 0,12 411 0,09
01.05-20.09 (14 декад) 1980-2014 486 0,07 474 0,06 429 0,08 394 0,13 410 0,10
3 Капуста поздняя 1945-1979 382 0,07 374 0,06 351 0,10 359 0,12
01.06-30.09 (12 декад) 1980-2014 384 0,08 375 0,07 362 0,11 370 0,14
4 Картофель 1945-1979 297 0,08 289 0,07 245 0,12 298 0,13
01.06-31.08 (9 декад) 1980-2014 300 0,09 291 0,08 258 0,13 307 0,14
5 Свекла столовая 1945-1979 328 0,08 320 0,06 317 0,10 346 0,13
21.05-10.09 (11 декад) 1980-2014 333 0,09 324 0,07 328 0,10 359 0,15
6 Зерновые 1945-1979 329 0,06 320 0,06 319 0,07 287 0,11
11.05-20.08 (10 декад) 1980-2014 329 0,07 319 0,06 317 0,08 290 0,12
Примечание: Метод БГСХА-2 (вариант 5) разработан только для сенокоса.
Для дальнейшей оценки климатической изменчивости норм водопотребления по территории республики выполнены компьютерные расчеты с использованием программы «КЕТЯО-2» по ряду других метеостанций. На рисунке приведены примеры многолетних колебаний сезонного водопотребле-ния орошаемого пастбища, рассчитанного по методу ТКП [2], а также линии нелинейного тренда этих колебаний в виде полинома 4-й степени.
Приведенные графики показывают качественно разную динамику климатической изменчивости сезонного водопотребления по отдельным зонам республики. Наиболее выраженный положительный тренд Е отмечается для южной зоны республики (Гомель, Брест), а также для метеостанции Витебск.
Для остальных станций (Гродно, Минск, Могилев) характерно отсутствие устойчивого монотонного тренда Е. Особенно заметное прекращение ранее наблюдавшегося здесь роста сезонного водопотребления отмечается после аномально теплого и засушливого лета 2002 г.
Е
500
440
, , , , . . . . 1 , , , , , , , , , , , годы
К--" 1950 1555 1960 1955
1970 1975 1950 1955 1990
Гродно
1995 2000 7СС5 2010 2С15
1945 195С 1955 1960 15Й5 19"С 1Г5 193С 1955 1990 1955 2000 7СС5 НОЮ 7С15
Могилев
Е :
... 1
1 ,,,, 1,,, Ч1, и, мм
-с с
15-5 1950 1555 1ЁСС 19?5 1?7[ 197* 1930 1935 1990 1595 2ССС 2005
Рис. Многолетние колебания сезонного водопотребления орошаемого пастбища за 1945-2014 гг., рассчитанного по методу ТКП для областных метеостанций, и линии его нелинейного тренда
Заключение
Приведенные выше данные, полученные на примере метеостанции Минск, а также аналогичные исследования с подобными результатами по ряду других метеостанций республики, позволяют отметить следующее.
1. Для ретроспективных расчетов норм сезонного водопотребления орошаемых культур (пастбище, овощи, зерновые) целесообразно использовать метод ТКП (вариант 1). Для трав сенокосного использования рекомендуется метод БГСХА-2 (вариант 5).
2. Отмечается факт климатической изменчивости норм (Еср) и коэффициентов вариации (Су) сезонного водопотребления орошаемых культур, неоднородной по территории Республики Беларусь.
3. При обосновании норм сезонного водопотребления орошаемых культур необходимо учитывать указанную выше их климатическую изменчивость. В соответствии с этим нормы водопотребления следует принимать в виде его среднемноголетних значений, рассчитанных за последние 30-40 лет.
4. Для дальнейшего территориального обоснования норм сезонного водопотребления орошаемых культур необходимы соответствующие ретроспективные расчеты по более плотной сети опорных метеостанций Республики Беларусь.
ЛИТЕРАТУРА
1. Л и х а ц е в и ч, А. П. Оценка факторов, формирующих неустойчивую влагообеспеченность сельскохозяйственных культур в гумидной зоне (на примере Беларуси, Центрального и Волго-Вятского регионов Российской федерации) /
A. П. Лихацевич, Е. А. Стельмах. - Минск: ООО «Белпринт», 2002. - 212 с.
2. Оросительные системы. Правила проектирования. ТКП 45-3.04-8-2005 (02250). - Минск, 2010. - 110 с.
3. В и х р о в, В. И. Ретроспективные расчеты водного баланса почв и неблагоприятных водных явлений с применением ПЭВМ. Лекция для студентов специальности 1-74 05 01. Часть 1. / В. И. Вихров. - Горки, 2006. - 28 с.
4. В и х р о в, В. И. Адаптация биоклиматических моделей водопотребления сельскохозяйственных культур для ретроспективных воднобалансовых расчетов с применением ПЭВМ / В. И. Вихров // Вестник БГСХА. - 2004. - № 3. - С. 72-75.
5. В и х р о в, В. И. Методологические принципы построения адаптивной корреляционной модели суточного водопо-требления трав / В. И. Вихров // Вестник БГСХА. - 2013. - № 2. - С. 110-115.
6. Справочник по орошению дождеванием / М. Г. Голченко [и др.]; под ред. М.Г. Голченко, А.И. Михальцевича. -Минск: Ураджай, 1993. - 247 с.
7. М и х а л ь ц е в и ч А. И. Расчет испарения с орошаемых площадей // Научные основы проектирования и строительства гидромелиоративных систем. - Минск, 1981. - С. 34-41.
8. В и х р о в В. И. Учет скорости ветра и величины урожая в биоклиматическом методе расчета водопотребления орошаемых трав // НТИ Мелиор. и вод. хоз-во. Вып. 7. - Минск: Урожай, 1985. - С. 16-19.
9. В и х р о в, В. И. Климатические тренды водного и гидромелиоративного режимов почв на территории Беларуси /
B. И. Вихров // Природообустройство. - 2009. - № 2. - С.48-53 .
