CC BY
33
Средняя сезонная продолжительность периодов переувлажнения имеет обратную связь с глубиной залегания уровня грунтовых вод и изменяется в диапазонах 34,9-11,2 суток для песчаных почв и 59,7-24,9 суток для суглинка тяжелого.
С учетом климатических изменений для второго расчетного периода отмечается относительный рост продолжительности почвенной засухи до 6-7 суток и уменьшение продолжительности периодов переувлажнения до 3-4 суток.
Дальнейшие исследования в данном направлении предполагают обоснование аналогичных показателей НВЯ для разных сельскохозяйственных культур по всей территории Республики Беларусь.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стихийные гидрометеорологические явления на территории Беларуси: Справочник / Под ред. М. А. Гольберга. -Минск: БелНИИ Центр Экология, 2002. - 132 с.
2. Гольберг, М. А. Опасные явления погоды и урожай / М. А. Гольберг, Г. В. Волобуева, А. А. Фалей. - Минск: Ура-джай, 1988. - 120 с.
3. Отчет о научно-исследовательской работе по теме № 48 «Разработать методы оценки вероятности наступления неблагоприятных водных явлений на минеральных почвах сельскохозяйственного использования в условиях Беларуси». - Горки, 2004. - 111 с.
4. Логинов, В. Ф. Глобальные и региональные изменения климата: причины и следствия / В. Ф. Логинов. - Минск: ТетраСистемс, 2008. - 496 с.
5. Вихров, В. И. Климатические тренды водного и гидромелиоративного режимов почв на территории Беларуси / В. И. Вихров // Природообустройство. - 2009. - № 2. - С.48-53.
6. Вихров, 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.
7. Лихацевич, А. П. Оценка факторов, формирующих неустойчивую влагообеспеченность сельскохозяйственных культур в гумидной зоне / А. П. Лихацевич, Е. А. Стельмах. - Минск: ООО «Белпринт», 2002. - 212 с.
8. Вихров, В. И. Оценка вероятности неблагоприятных водных явлений и увлажненности вегетационного периода по атмосферным факторам в условиях Беларуси //Мелиорация переувлажненных земель. - 2005. - №2(54). - С. 29 - 35.
9. Вихров, В. И. Современная тенденция сроков наступления почвенной засухи в Беларуси / В.И. Вихров, Е.В. Горбачева // Мелиорация и актуальные проблемы инновационного развития АПК: материалы международной научно-практической конференции (2-4 октября 2013 г., г. Минск) / РУП «Институт мелиорации». - Минск, 2013. - С. 27-32.
10. Вихров, В. И. Программы расчета вероятности неблагоприятных водных явлений и проектирования гидромелиоративных режимов почв в Беларуси / В. И.Вихров // Мелиорация переувлажненных земель. - 2007. - №2 (58). - С. 48-57.
11. Вихров, В. И. Климатическое сокращение сроков наступления почвенной засухи в Беларуси // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - Горки, 2012. - № 4. - С. 111-115.
УДК 631.432.3:631.445.24(476-18)
В. И. ЖЕЛЯЗКО, В. М. ЛУКАШЕВИЧ, О. В. МИСЕЦКАЙТЕ
НЕОБХОДИМЫЕ УСЛОВИЯ КАЧЕСТВЕННОГО ДОЖДЕВАНИЯ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВАХ
(Поступила в редакцию 10.06.14)
В статье представлены результаты опытов по установлению скорости впитывания воды дерново-подзолистой суглинистой почвой. В целом полученные значения К,, Куст., К позволяют судить о закономерности просачивания воды в верхнем слое почвы и граничных величинах скорости впитывания. В первом приближении найденные установившиеся скорости впитывания могут быть ориентировочно приняты для допустимой скорости дождевания при следующих условиях: почвы дерново-подзолистые суглинистые; влажность почвы должна находиться в пределах от 60 % до 80 % наименьшей влагоемкости; многолетние травостои первого и второго года пользования.
The article presents results of research into the speed of water absorption by sward-podzolic loamy soil. In general, obtained values of K,, Kycm., Ki help to establish regularities of water seepage in the higher layer of soil and limit values of absorption speed. In the first approximation, the established speeds of absorption can be tentatively taken for the admissible speed of sprinkling under the following conditions: soils should be sward-podzolic and loamy; soil moisture should be within 60-80% of the lowest moisture capacity; perennial grasses should be of the first and second year of usage.
Введение
Природно-климатические условия Республики Беларусь, находящейся в зоне неустойчивого увлажнения, в целом благоприятны для развития основных сельскохозяйственных культур. Однако из-за неравномерного распределения атмосферных осадков и других показателей тепловлагообеспе-ченности как по годам, так и внутри вегетационного периода, не всегда обеспечивается оптимальный водный режим и, следовательно, снижается урожайность [2, 9]. Поэтому в республике получать вы-
сокие и самое главное устойчивые по годам урожаи сельскохозяйственных культур, прежде всего овощей и трав, невозможно без применения оросительных мелиораций. Об этом говорится и в Государственной программе сохранения и использования мелиорированных земель в Республике Беларусь на 2011-2015 гг. [3].
Основным мелиоративным мероприятием, восполняющим в течение вегетационного периода недостаток влаги для сельскохозяйственных культур, является орошение дождеванием. Однако в большинстве случаев, дождь, создаваемый современными дождевальными машинами, отличается по своим параметрам от естественных осадков. Высокие энергетические показатели искусственного дождя приводят к разрушению почвенного покрова и образованию поверхностного стока, неравномерности полива, что способствует развитию ирригационной эрозии, переувлажнению почвы и избыточному увлажнению растений в одних местах при недостаточном их увлажнении в других, снижению плодородия орошаемых земель и неэффективному использованию водных, материально-технических, энергетических и земельных ресурсов [4, 11].
Поэтому, при дождевании сельскохозяйственных культур, значительное внимание следует уделять современной дождевальной технике, которая обеспечивает не только экономически целесообразный уровень производительности, экономию воды, энергии, материально-технические и трудовые ресурсы, но также не оказывает негативного воздействия на почву и окружающую среду [5].
Анализ источников
Известно, что при сильных дождях или интенсивной подаче воды при помощи дождевальных устройств на поверхности поля появляется слой воды. Это происходит в тот момент, когда почва не успевает поглощать то количество воды, которое подается. Избыточная вода потоками и струями начинает двигаться со склоновых участков понижения. На склонах будет наблюдаться недонасыще-ние по глубине корнеобитаемого слоя почвы до требуемой влажности, а в понижениях избыток, что может привести к вымоканию и гибели растений. Кроме того, происходит неравномерное распределение питательных элементов по площади, так как движущаяся вода смывает гумус и минеральные вещества со склонов и накапливает их в понижениях.
Если средняя интенсивность дождя превышает впитывающую способность почвы, то через определенное время полива безнапорный процесс впитывания сменяется напорным. При этом разрушается комковатая структура почвы, образуется почвенная корка, нарушается газообмен в корнеобитае-мом слое. В момент появления напорной фильтрации появляется и поверхностный сток. Поэтому в конкретных почвенно-рельефных условиях необходимо знать, какое количество воды, за какое время можно подавать дождеванием на поле до процесса образования напорной фильтрации. Это зависит как от интенсивности водоподачи, так и водопроницаемости почвы [1, 8, 10].
Водопроницаемость - свойство почвы впитывать и пропускать через себя воду в более глубокие слои. Она зависит от многих факторов (структуры, механического состава, обработки почвы и др.). Зная водопроницаемость почвы, можно оптимально подобрать вид дождевальной техники с необходимой интенсивностью дождя или соответствующую технологию полива [6, 15, 13].
Это и потребовало проведения исследований по определению скорости впитывания воды (при затоплении) дерново-подзолистой суглинистой почвой, а также допустимых параметров искусственного дождя в зависимости от впитывающей способности почвы, которая оценивалась по продолжительности полива до стока. Одновременно с этим потребовалось определение допустимых поливных норм и времени полива при прерывистом дождевании на суглинистых почвах мобильной машиной Bauer Rainstar T-61 до образования поверхностного стока.
Методы исследования
Полевые опыты были проведены на учебно-опытном орошаемом поле УО БГСХА «Тушково-1» Горецкого района Могилевской области в 2012-2014 гг.
Почвы дерново-подзолистые суглинистые. Водно-физические свойства почвы в слое 0-100 см в среднем характеризуются следующими показателями: плотность - 1,62 г/см3, плотность твердой фазы - 2,65 г/см3, наименьшая влагоемкость (HB) - 22,3 % к массе сухой почвы.
Растительный покров представлен травостоем высотой от 5 до 20 см. Методика проведения опытов общепринятая [14, 16, 17]. Поливы осуществляли дальнеструйной дождевальной машиной Bauer Rainstar T-61. Уклон не более 0,005.
Дождевание проводили для трех уровней предполивной влажности (60-70 % НВ; 70-80 % НВ; 8090 % НВ) для следующих условий:
I. почва рыхлая после предпосевной обработки;
II. почва плотная, пар;
III. растительный покров высотой 5-10 см, в начале вегетации;
IV. растительный покров высотой 5-10 см, в конце вегетации;
V. растительный покров высотой 10-20 см, в начале вегетации;
VI. растительный покров высотой 10-20 см, в конце вегетации.
Перед началом опыта на поверхности почвы устанавливались учетные врезные рамы. Учет поливной нормы проводили с помощью дождемеров. За начало стока принимали момент времени, когда на поверхности учетной площадки образовывались устойчивые лужи диаметром 2-3 см. Продолжительность каждого опыта 150 мин. Поливная норма 30 мм. Перед началом полива определяли влажность почвы через 10 см, на глубину верхнего пахотного слоя 0-20 см. Частота вращения вокруг оси дальнеструйного аппарата машины Bauer равняется 0,7 об./мин.
Водопроницаемость почвы определяли методом затапливаемых площадок в трехкратной повтор-ности (рис. 1). Для этого на выравненной площадке устанавливалось два металлических кольца диаметром 50 и 25 см с высотой стенок 60 см. Стенки врезались в почву на глубину 40-50 см. Внутри колец устанавливались два колышка высотой 5 см. Одновременно во внешнее и внутреннее кольца подавалась вода до уровня, равного высоте колышка. Уровень воды во внешнем и внутреннем кольцах поддерживался на высоте 5 см от поверхности почвы в течение всего времени опыта.
Внешнее
Внутренее кольцо
Рис 1. Схема определения водопроницаемости дерново-подзолистой суглинистой почвы методом затопления
Внутреннее кольцо выполняло функцию учетного. По количеству доливаемой воды во внутреннее кольцо, замеряемой мерным цилиндром, производился учет просочившейся в глубь почвы воды за определенный интервал времени. Одновременно с расходом воды измерялась ее температура. Продолжительность опыта 6-8 ч.
Таблица 1.Схема опыта
Многолетние травостои первого года
Влажность почвы 60 % от наименьшей влагоемкости Влажность почвы 70 % от наименьшей влагоемкости Влажность почвы 80 % от наименьшей влагоемкости
Многолетние травостои второго года
Влажность почвы 60 % от наименьшей влагоемкости Влажность почвы 70 % от наименьшей влагоемкости Влажность почвы 80 % от наименьшей влагоемкости
Многолетние травостои третьего года
Влажность почвы 60 % от наименьшей влагоемкости Влажность почвы 70 % от наименьшей влагоемкости Влажность почвы 80 % от наименьшей влагоемкости
Установившуюся скорость впитывания (Куст) определяли как среднюю величину скорости впитывания воды, подаваемой на площадку с момента ее стабилизации.
Полученные данные были приведены к стандартной температуре 10 °С, с использованием поправочного коэффициента Хазена 0,7+0,03Т °С.
Основная часть
Определение достоверных параметров допустимой интенсивности дождевания не представляется возможным без исследования общей закономерности инфильтрации воды в почву. Наиболее объективную оценку этого процесса для целей орошения дает динамика скорости впитывания при затоплении. И хотя она не позволяет получить конкретного представления о впитывающей способности почвы при дождевании [4], все-таки в первом приближении по установившейся скорости впитывания можно судить о ее допустимых пределах [6].
Под водопроницаемостью почв и грунтов понимают способность их впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. Процесс этот складывается из: 1) поглощения воды почвой; 2) прохождения ее от слоя к слою в ненасыщенной почве; 3) фильтрации воды сквозь толщу почвы.
Границей между впитыванием почв и фильтрацией считают момент установления постоянной скорости фильтрации. Водопроницаемость почв находится в тесной зависимости от их гранулометрического состава, плотности, влажности, длительности увлажнения и т. д.
График изменения интенсивности впитывания во времени для дерново-подзолистой суглинистой почвы под многолетними травостоями третьего года представлен на рис. 2:
Рис. 2. Скорость впитывания воды дерново-подзолистой суглинистой почвой многолетнего травостоя 3 года при влажности почвы 60 % НВ Из рис. 2 видно, что интенсивность впитывания во времени убывает к некоторой постоянной величине, которая характеризуется собственно коэффициентом фильтрации данной почвы [7, 12]:
к< = ГЛ> + Куст, (1)
где t - продолжительность впитывания воды почвой, мин.; А - параметр, отражающий скорость впитывания воды почвой в начальный момент времени, определяется опытным путем; К( - скорость впитывания в момент t без учета установившейся скорости, мм/мин.; п - показатель степени, характеризующий динамику затухания скорости впитывания во времени; Куст - установившаяся скорость впитывания при дождевании.
Анализ кривых впитывания и их параметров свидетельствует о том, что скорость просачивания воды в почву есть весьма динамичный и сложный процесс, зависящий от влажности почвы и года пользования травостоя. Высокий коэффициент корреляции (Я=0,96-0,99) показывает тесную связь скорости впитывания с продолжительностью полива.
Наиболее характерным и изменчивым показателем впитывающей способности почвы является установившаяся скорость впитывания воды в почву, которая в зависимости от условий опыта изменялась в пределах 0,23-0,17 мм/мин. Максимальные ее значения наблюдались на травостоях первого года, минимальные - третьего года.
Данные расчетов скорости впитывания в конце первого часа (К/) показали, что это скорость является переходной к установившемуся режиму впитывания и в каждом конкретном случае вполне устойчивой и закономерной величиной. Она колеблется в пределах 0,43-0,24 мм/мин. Скорость впитывания в конце первого часа зависит в первую очередь от влажности почвы и года пользования травостоя. Так для влажности почвы 60-80 % НВ она соответствует: для первого года 0,43-0,38 мм/мин., для второго 0,31-0,26 мм/мин., для третьего 0,30-0,24 мм/мин. С увеличением влажности почвы и года пользованием травостоя К начинает значительно уменьшаться.
При изучении водопроницаемости почвы в условиях качественного дождевания наибольший интерес представляет безнапорная стадия впитывания, во время которой вся требуемая поливная норма должна впитаться в почву без образования на ее поверхности луж и стока. Этот процесс существенно отличается от напорного, поэтому определение достоверных значений допустимых параметров искусственного дождя (допустимой средней интенсивности, продолжительности полива до стока и др.) возможно только при проведении пробных опытных поливов.
В результате проеденных опытов и анализа литературных источников установлено, что интенсивность дождевания от времени может быть описана уравнением вида:
'дои — ^й" ^уст >
где Л и В - эмпирические параметры, определяемые опытным путем в зависимости от почвенно-рельефных и других факторов, влияющих на допустимую интенсивность дождевания; t - время полива до образования стока, мин.; - установившаяся скорость впитывания при дождевании, мм/мин.
Результаты полевых исследований по допустимой интенсивности прерывистого дождевания дерново-подзолистых суглинистых почв были систематизированы и представлены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты опытов по исследованию допустимой интенсивности прерывистого дождевания
на дерново-подзолистых суглинистых почвах
Вариант опыта Допустимая интенсивность, мм/мин. Продолжительность дождевания до стока, мин. Параметры уравнения мм/мин. Коэффициент корреляции
А В
I 0,25-0,11 50-150 3,17-4,36 0,64-0,70 0,13-0,11 0,99
II 0,18-0,08 43-150 1,27-1,48 0,53-0,54 0,1-0,08 0,99
III 0,29-0,20 75-150 1,92-2,42 0,45-0,48 0,22-0,2 0,99
IV 0,27-0,16 60-150 1,98-2,14 0,49-0,52 0,18-0,16 0,99
V 0,42-0,24 90-150 12,26-29,63 0,79-0,94 0,23-0,2 0,99
VI 0,33-0,20 85-150 4,84-9,22 0,62-0,77 0,27-0,24 0,99
Анализ полученных результатов свидетельствует, что для уплотненной поверхности почвы допустимая интенсивность дождевания в несколько раз меньше, чем для рыхлой почвы. Большое влияние на интенсивность оказывает влажность почвы верхнего слоя почвы, а так же высота растительного покрова и период вегетации растений. Так, максимальная допустимая интенсивность прерывистого дождевания равняется 0,42 мм/мин. при высоте растительного покрова 10-20 см в период начала вегетации, когда почва менее уплотнена. Минимальное значение наблюдали на уплотненной почве при влажности почвы 0,80-0,90 % НВ и оно составило 0,08 мм/мин. Продолжительность дождевания до образования стока от 43 мин. до 150 мин.
При дождевании одним из самых главных агротехнических требований является соблюдение условия, чтобы средняя интенсивность оросительной машины была меньше или равна допустимой интенсивности прерывистого дождевания.
Для мобильной дождевальной машины Bauer Rainstar T-61 средняя интенсивность составила 0,2 мм/мин. Установлено, что за один оборот аппарата выдается поливная норма 0,3 мм.
С учетом этого на основании проведенных опытов были определены эрозионно-безопасные значения поливных норм и время дождевания обеспечивающих полив без образования луж и поверхностного стока (табл. 3).
Таблица 3. Расчетные допустимые эрозионно-безопасные поливные нормы и интервалы времени при прерывистом дождевании машиной Bauer Rainstar T-61
Вариант опыта Влажность почвы, % от НВ Время полива до образования стока, мин. Поливная норма до образования стока, мм
I 60-70 79 15.8
70-80 70 14.0
80-90 64 12.8
II 60-70 полив рекомендуется при условии проведения агромелиоративных мероприятий, повышающих впитывающую способность почвы
70-80
80-90
Iii 60-70 сток не наблюдали
70-80
80-90 144 28,8
IV 60-70 117 23,4
70-80 105 21,0
80-90 96 19,2
V 60-70 сток не наблюдали
70-80
80-90
VI 60-70 сток не наблюдали
70-80
80-90 150 | 30,0
Проведение поливов с интенсивностью дождя, не превышающей полученных значений допустимой интенсивности, служит основным критерием предупреждения стока и сброса воды за пределы орошаемого участка. Значения допустимой поливной нормы и время дождевания заметно отличаются по вариантам опыта. Так, допустимая поливная норма при дождевании дальнеструйной машиной
Bauer Rainstar T-61 будет составлять: для рыхлой почвы 12,8-15,8 мм; плотной почвы - полив не рекомендуется; растительного покрова высотой 5-10 см в начале периода вегетации от 28,8 мм и выше; растительного покрова высотой 5-10 см в конце периода вегетации 19,2-23,4 мм; растительного покрова высотой 10-20 см в начале и конце периода вегетации от 30,0 мм и выше. Время полива до образования стока составило от 64 мин до 150 мин.
Заключение
В результате проведенных опытов были найдены установившиеся скорости впитывания, которые могут быть ориентировочно приняты для определения допустимой интенсивности дождевания и соответственно выбора подходящей дождевальной техники при нижеперечисленных условиях: почвы дерново-подзолистые суглинистые; влажность почвы должна находиться в пределах от 60 % до 80 % наименьшей влагоемкости; многолетние травостои первого и второго года пользования.
Так же были определенны значения допустимых поливных норм и время дождевания для дальнеструйной машины Bauer Rainstar T-61, при которых не образуется поверхностный сток. Эрозионно-безопасная поливная норма составила: для рыхлой почвы 12,8-15,8 мм; плотной почвы - полив не рекомендуется; растительного покрова высотой 5-10 см в начале периода вегетации от 28,8 мм и выше; растительного покрова высотой 5-10 см в конце периода вегетации 19,2-23,4 мм; растительного покрова высотой 10-20 см в начале и конце периода вегетации от 30,0 мм и выше. Время полива до образования стока составило от 64 мин. до 150 мин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по орошению дождеванием / М. Г. Голченко и [др.]; под ред. М. Г. Голченко, А. И. Михальцевича. -Минск: Ураджай, 1993. - 247 с.
2.Гольберг, М. А. Опасные явления погоды и урожай / М. А. Гольберг, Г. В. Волобуева, А. А. Фалей. - Минск: Ураджай, 1988. - 120 с.
3. Государственная программа сохранения и использования мелиорированных земель на 2011-2015 годы / Постановление Совета Министров Республики Беларусь. - 2010. - №1262. - 11 с.
4. Григоров, М. С. Противоэрозионная технология полива люцерны на сено дождевальной машиной «Фрегат» / М. С. Григоров, С. М. Григоров // Известия. - Волгоград: Волгоградский ГАУ. - 2010. - №1(17). - С. 28-34.
5. Дашков, В. Н. Обоснование критериев эффективности применения искусственного дождевания / В. Н. Дашков, Н. Ф. Капустин, А. Н. Басаревский // Весщ нацыянальнай акадэмi навук Беларусг - 2006. - №4. - С. 100-106.
6. Желязко, В. И. Эколого-мелиоративные основы орошения земель стоками свиноводческих комплексов: монография / В. И. Желязко; БГСХА. - Горки, 2003. - 168 с.
7. Козлова, А. А. Учебная практика по физике почв: учеб.-метод. пособие / А. А. Козлова. - Иркутск: изд-во Иркут. гос. ун-та, 2009. - 81 с.
8. Кузнецов, Ю. В. Научно-экспериментальное обоснование водосберегающих технологий орошения томатов в Нижнем Поволжье: автореф...дис. канд. с-х. наук: 06.01.02. / Ю. В. Кузнецов; Волгоград. гос. с - х. академия. - Волгоград, 2011. - 47 с.
9. Лихацевич, А. П. Оценка факторов, формирующих неустойчивую влагообеспеченность сельскохозяйственных культур в гумидной зоне / А. П. Лихацевич, Е. А. Стельмах. - Минск: ООО «Белпринт», 2002. - 212 с.
10. Лихацевич, А. П. Дождевание сельскохозяйственных культур: Основы режима при неустойчивой естественной влагообеспеченности / А. П. Лихацевич. - Минск: Бел. наука, 2005. - 278 с.
11. Марков, Е. С. Практикум по сельскохозяйственным гидротехническим мелиорациям / Е. С. Марков и [др.]; под ред. Е. С. Марков. - М.: Агропромиздат, 1986. - 368 с.
12. Методическое руководство по изучению водного режима почв и влагообеспеченности сельскохозяйственных культур: утв. Ученым советом Почвенного инст. им. Докучаева 07.06.84. - Москва, 1986. - 141 с.
13. Опытное дело в полеводстве. - М.: Россельхозиздат, 1982. - 176 с.
14. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств почв: методическое руководство / Под ред. Е. В. Шеина. - М.: изд-во МГУ, 2001. - 200 с.
15. Шестаков, В. М. Гидрогеологические исследования на орошаемых территориях / В. М. Шестаков, И. С. Иваш-ковский, А. М. Сойфер. - М.: Недра, 1982. - 244 с.
16. Bouer, H. 1986. Intake rate: Cylinder infiltrometer. p. 825-844. In A. Klute (ed.) Methods of soil analysis. Par 1. 2nd ed. Agron. Monog. 9.ASA and SSSA, Madison, WI.
17. Wu. L., Pan. L., M.J. and P.J. Shouse (1997). Numerical Evaluation of Ring-infiltrometers under various Soil Conditions. In Soil Science, Vol. 162, No. 11, November 1997.
