CC BY
230
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.674:634.11
КОНТУРЫ УВЛАЖНЕНИЯ ПОЧВЫ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ
А.Д. Ахмедов, доктор технических наук, профессор Е.Ю. Г алиуллина, аспирант
Волгоградский государственный аграрный университет
Рассмотрено формирование контура увлажнения при капельном поливе в зависимости от предполивной влажности почвы и величины поливной нормы. Установлено, что при этом оптимальным является поддержанием влажности почвы не ниже 70% НВ.
Ключевые слова: капельное орошение, форма контура увлажнения, поливная норма, почва, передвижение влаги, капельница.
Капельное орошение - один из наиболее прогрессивных способов полива -находит всё большее распространение в нашей стане и за рубежом. Его применение позволяет создать оптимальный водно-воздушный режим в почвенном слое, сохранить его структуру, улучшить аэрацию. То есть обеспечить благоприятное для растений увлажнение почвы. В результате этого урожайность сельскохозяйственных культур возрастает на 30...50 % при меньших затратах труда и поливной воды на 25.40 % по сравнению с дождеванием.
До тех пор, пока вода течёт по какому-либо руслу, вне зависимости от его размеров, она остаётся недоступной для непосредственного усвоения растениями. Лишь тогда, когда совершится её качественный переход в форму запаса влаги в почве, наступает в качественное превращение воды из недоступной растениям в доступную.
Все способы полива в первую очередь должны обеспечить равномерное распределение воды по полю, и эта вода в форме запаса почвенной влаги должна быть размещена в слое активного водопотребления. Поглощение воды почвой, превращение её в фактор почвенного плодородия и глубина увлажнения почвогрунта зависят от водно-физических свойств почвы. При любом способе полива, независимо от принципа распределения воды по полю, процессы впитывания и формирования запасов почвенной влаги определяются свойствами данной почвы [1, 3].
Каждому способу орошения присущи определённое устройство оросительной сети и соответствующая техника полива, т.е. способы переведения подаваемой воды из состояния свободного потока в оросительной сети в состоянии почвенной влаги. Поступление, передвижение и распределение её в почве имеют большое значение для жизни растения.
При капельном орошении вода поступает в почву в форме капель, впитываясь в почву, она становится составной частью последней и далее передвигается по законам, общим для всех способов полива.
Вода, поступающая из капельницы под действием капиллярных сил, проходит определённое расстояние, при этом создаётся постоянная зона увлажнения почвы, величина и конфигурация которой зависят от почвы и поливной нормы. Остаётся не ясным, на сколько изменяется контур увлажнения при различных поливных нормах, как распределяется влага в почве после полива. Эти вопросы связаны, прежде всего, с оптимизацией капельного способа полива.
Поскольку вопрос о распределении влаги в почве имеет большое значение, нами изучались контуры увлажнения почвы при капельном орошении на процесс распределения влаги в почве после поливов в зависимости от поливной нормы [1, 2].
Исследования проводили в ООО «Липовские сады» Ольховского района Волгоградской области. Почвы на данном участке светло-каштановые, содержание гумуса невысокое - в слое 0.0,5 т/м3, в среднем составляет 1,27 % массы сухой почвы. Плотность почвы грунтов в метровом слое 1,53 т/м3, а наименьшая влагоёмкость -22,91 % . Почвы не засолены, рН в слое 1.1,5 м - 7,6-8,1.
При этом оценка параметров контуров увлажнения при различных поливных нормах производилась путем сравнения значений коэффициента эффективности КЭФ распределения влаги с оптимальными, так как чем ближе эти значения, тем эффективнее капельный полив. Коэффициент эффективности КЭФ оценивает равномерность горизонтального распределения влаги относительно вертикального, т.е. отношение высоты контура увлажнения к ширине. Данный коэффициент определяется по формуле:
К - Н
Кэф -Ь'
где Н - вертикальный диаметр (высота) контура увлажнения, м; Ь - горизонтальный диаметр (ширина) контура увлажнения, м.
В результате вычислений коэффициентов эффективности распределения влаги показало, что КЭФ увеличивается в течение первых суток после проведения полива, затем наблюдается его уменьшение для всех исследуемых поливных норм.
В ходе исследований нами была произведена оценка контуров увлажнения, для определения наилучшего варианта увлажнения расчетного участка почвы, путем сравнения полученных коэффициентов эффективности КЭФраспространения влаги с оптимальным значением.
При капельном орошении, чтобы не наступила водная эрозия, образование лужиц и непроизводительно расходовалась поливная вода, скорость подачи воды на поверхность почвы не должна превышать ее впитывающей способности. Элементами технологии капельного орошения в первую очередь является параметр контура увлажнения, их наибольшая глубина, ширина, горизонтальная и вертикальная площадь, а также влагонасыщенность. Данные величины напрямую зависят от биологической особенности культуры, водно-физических свойств почв, конструкции и расходных характеристик капельниц.
Распределение влаги в активном слое почвы изучали до глубины 1,5 м и на расстоянии до 1,0 м от оси капельницы. Для определения динамики влажности образцы почвы отбирали через каждые 10 см до полива через 0,5 сут., 1, 3 и 5 сут. после полива.
Данные измерений при изучении влияния поливной нормы на формирование контура увлажнения представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Формирование и динамика контура увлажнения в зависимости от величины поливной нормы при капельном поливе
Предполивная влажность почв, % НВ Параметры контура увлажнения
Время Высота Ширина Площадь Кэф КСР К ЭФ
после полива, сут. контура Н, м контура L, м контура S, м2
Поливная но рма 220 м3/га
60 0 1,23 0,63 0,70 1,90 1,84
0.5 1,36 0,71 0,88 1,82
1 1,44 0,82 1,04 1,70
3 0,83 0,44 0,33 1,87
5 0,39 0,19 0,06 1,93
Поливная но рма 170 м3/га
70 0 0,93 0,53 0,46 1,71 1,68
0.5 1,10 0,64 0,75 1,68
1 1,19 0,73 0,79 1,59
3 0,60 0,34 0,18 1,70
5 0,31 0,17 0,04 1,72
Поливная но рма 120 м3/га
80 0 0,69 0,36 0,22 1,85 1,77
0.5 0,87 0,49 0,39 1,73
1 1,00 0,60 0,55 1,63
3 0,45 0,22 0,10 1,86
5 0,25 0,12 0,03 1,77
Анализ полученных данных показывает, что с уменьшением поливной нормы уменьшается высота и ширина контура увлажнения. Так, при норме 220 м3/га высота контура увлажнения через 12 часов после полива увеличивается до 1,36 м, а при 170 и 120 м3/га - 1,10 и 0,87 м соответственно.
Через 12 часов после полива наблюдается заметное увеличение площади контура увлажнения, но наибольшая площадь контура увлажнения, как видно из таблицы 1 и рисунка 1, для всех исследуемых поливных норм наблюдается через 1 сутки после окончания полива. При этом площадь контура увлажнения в зависимости от поливной нормы 220, 170 и 120 м /га составляет
соответственно 1,04, 0,79 и 0,55 м2.
а)
б)
в)
Рисунок 1 - Контур увлажнения при капельном поливе а) нормой 220 м3/га; б) нормой 170 м3/га; в) нормой 120 м3/га
Через 3 суток после полива происходит уменьшение всех параметров контура увлажнения в вертикальном и горизонтальном направлениях для всех исследуемых поливных норм. В дальнейшем по окончании 5 суток после полива площадь контура увлажнения при всех поливных нормах составляет незначительную часть увлажненной зоны.
Оценивая динамику формирования контуров увлажнения зависимости от поливных норм, необходимо отметить, что наиболее приближенное значение среднего коэффициента эффективности распределения влаги КСФ к оптимальному значению наблюдается при поливе нормой 170 м3/га и предполивной влажностью 70 % НВ.
С целью выявления корреляционной зависимости между параметрами контура увлажнения при капельном орошении и величиной поливной нормы, нами была произведена математическая обработка экспериментальных данных на ЭВМ. Полученное уравнение характеризует тесную связь между параметрами контура увлажнения и величиной поливной нормы. В результате корреляционнорегрессионного анализа получены аппроксимирующие зависимости параметров контуров увлажнения от времени после окончания капельного полива следующего вида:
у=а^' і + а' а • і+04, (1)
где У - геометрический размер верхней или нижней полуоси контура увлажнения, либо его ширина, м; t - время, сут; а1, а2, а3 и а4 - коэффициенты.
Полученные значения коэффициентов уравнения (1) в зависимости от поливной нормы при проведении капельного полива приведены в табл. 2.
Данное уравнение регрессии получено для установления закономерности изменения геометрических параметров контуров увлажнения, где в любой момент времени характеризует связь со значениями данных параметров сразу после окончания полива при капельном способах полива. Коэффициенты корреляции у всех зависимостей не ниже 0,91, что указывает на высокую существенность корреляционных отношений.
Таблица 2 - Значение коэффициентов, входящих в уравнение (1)
Поливная норма, м3/га Г еометрическ ие параметры Коэффициенты уравнения Коэффицие нт корреляции R
а1 а2 а3 а4
220 УК1 0,034 -0,310 0,475 1,22 0,921
Хкі 0,026 -0,237 0,398 0,61 0,913
170 Ук2 0,041 -0,350 0,560 0,93 0,935
Хк2 0,028 -0,243 0,404 0,52 0,920
120 Укз 0,043 -0,366 0,620 0,68 0,913
Хкз 0,031 -0,268 0,465 0,35 0,922
Таким образом, с помощью полученного уравнения (1) можно с достаточной точностью определять геометрические параметры контуров увлажнения для поливных норм капельного полива 220, 170 и 120 м3/га (при поддержании предполивной влажности на уровне 60, 70 и 80 % НВ соответственно) как сразу после окончания полива, так и в течение всего межполивного периода.
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
1. Важнейшим фактором, определяющим качественную и количественную сторону поступления и распределения воды в почве, является поливная норма. Исследованием установлено, что при поливе большими (220 м3/га) нормами поливная вода просачивается на большую глубину, чем при малых. Однако малые поливные нормы (170 м3/га) создают более равномерное увлажнение по всему профилю почвы.
2. В результате проведённого корреляционно-регресионного анализа получены аппроксимирующие зависимости динамики параметров контура увлажнения почвы после полива, коэффициент корреляции изменяется от 0,913 до 0,935. Использование этих зависимостей позволяет определить динамику влажности почвы после полива с точностью до 11,9 %.
Библиографический список
1. Ахмедов, А.Д. Особенность оценки равномерности водораспределения в низконапорных системах капельного орошения [Текст] / А.Д. Ахмедов, А.А. Темерев, Е.Ю. Галиуллина // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование . - 2011. - №3 (23). - С. 174-179.
2. Ахмедов, А.Д. Расчёт распространение влаги в почве при внутрипочвенном
орошении [Текст] / А.Д. Ахмедов // Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 60-летию образования
Волгоград. гос. с.-х. акад. - Волгоград: Волгоградская ГСХА, 2004. - С. 137-138.
3. Современные перспективные водосберегающие способы полива в Нижнем Поволжье[Текст]: монография / М.С. Григоров, А.С. Овчинников, Е.П. Боровой, А.Д. Ахмедов. - Волгоград: ИПК ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА «Нива», 2010. - 244 с.
E-mail: askar-5@mail. ru
