CC BY
38
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.58:631ю67(479.24)
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВНЕДРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОРОШЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ГОРНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В АЗЕРБАЙДЖАНЕ
З.Г. Алиев, кандидат сельскохозяйственный наук, доцент Институт Эрозии и Орошения НАН Азербайджанской Республики
Решение всенарастающей проблемы по обеспечению потребности населения сельскохозяйственными продуктами, т.е. развитие горно-орошаемого земледелия в Азербайджане является задачей очень актуальной. Учитывая, что на территории республики пригодные для сельского хозяйства земли находятся в горных и предгорных районах, требуется особый подход к выбору способа орошения возделываемых сельскохозяйственных культур, т.е. при использовании обычных технологий полива происходит смыв почвы, поверхностный сток воды, развивается эрозия. Все это приводит к нарушению экологического баланса в природе и т.д. Нарушение экологического баланса в природе приводит к серьезным последствиям, от которого страдают обитатели планеты и последующие поколения, поэтому стремления учёных направлены на получение экологически чистой продукции.
Ключевые слова: микроклиматический коэффициент, температурный коэффициент, функция, дефицит влаги, упругости пара, испаряемость, эвапотранспирация, биологический коэффициент, биоклиматический коэффициент.
Азербайджанская республика находится в сложных климатогеографических условиях. Выпадение осадков на территории Республики неравномерное, а в ряде горных регионов и недостаточное для сельскохозяйственных культур в период их вегетации, т.е. имеется острый дефицит воды. Большая часть пригодных для сельского хозяйства земель находится в горных и предгорных районах, которые требуют особого подхода к выбору способа орошения возделываемых здесь сельскохозяйственных культур. Следовательно, при использовании обычных технологий полива происходит смыв почвы, поверхностный сток воды, развивается эрозия, что приводит к нарушению экологического баланса в природе и т.д. Вместе с тем и в области сельскохозяйственной мелиорации недостаточно освещены вопросы орошения склонов в Азербайджане. Недостаточно разработаны вопросы целесообразного применения различных способов полива и усовершенствования конструкции оросительных сетей [1, 4, 5, 6].
Учитывая вышеизложенное, целью наших исследований, являлось изучение влияния прогрессивной (экологически безопасной) технологии полива на урожайность и экологическую чистоту возделываемых культур в условиях горного земледелия в Азербайджане. В связи с этим, нами проводились исследования с применением экологически безопасной технологии полива в условиях горного земледелия с применением систем малоинтенсивного орошения, как в открытом грунте, так и в закрытом. При этом объектом исследования являлся способ орошения микродождеванием.
В ходе исследования в качестве способа полива было принято малоинтенсивное орошение, то есть - микродождевание. При этом эвапотранспирация определяется двумя процессами (рис.1) [2, 3]:
-транспирацией из листового покрова (зона 1);
-испарением из почвы (зона 2).
Рисунок 1 - Зона транспирации
Для учета потребности растений в воде Еv (эвапотранспирация) определяли на основе биоклиматическим методом по формуле
E v = Е Кб Км, (1)
где Еу - водопотребление сельскохозяйственных культур, мм; Б - испаряемость (потенциальная эвапотранспирация), мм; Кб - биологический коэффициент культуры; Км - микроклиматический коэффициент.
В свою очередь, испаряемость можно определять по формуле
е=К а ду), (2)
где К - температурный коэффициент, характеризующий энергетическую часть испарения; а -дефицит упругости пара, мб; А(У) - ветровая функция.
При расчёте испаряемости за сутки температурный коэффициент К и дефицит упругости пара ё можно определить по зависимостям соответственно:
К=61-10"4(25+1;)21а"1; (3)
ё=1а(1-0,01 г), (4)
где 1 - температура воздуха; 1а - упругость насыщенного пара, соответствующая этой температуре, мб; г - относительная влажность воздуха, %.
Ветровая функция может быть определена из выражения
Б(У)=0,64(1+0,19У2), (5)
где У2 - скорость ветра на высоте 2 м от поверхности земли, м/с.
Значения биологического и микроклиматического коэффициентов определяются на основании экспериментальных исследований. Точность расчёта водопотребления по биоклиматическому методу в значительной степени определяется достоверностью применяемых биологических коэффициентов.
Установлено, что биологические коэффициенты имеют не только зональную, но и погодную изменчивость, то есть изменяются в одной и той же зоне в зависимости от метеорологических условий. При аэрозольном орошении биоклиматический коэффициент, учитывающий роль растений и погодные условия расчётного периода, определяется как:
Кб = Кбс Ке, 2
где Кбс - биологический коэффициент культуры; Ке - коэффициент корректировки биологического коэффициента на погодные условия расчётного периода.
Ке можно определить по формуле
Ке=1,40(1 - 0,29 Е/Ес), (6)
где Е - фактическая испаряемость за расчётный период, мм; К - микроклиматический коэффициент; Ес - испаряемость, определённая за те же годы, что и Кбс.
Микроклиматический коэффициент Км, учитывающий изменение метеорологического режима под влиянием аэрозольного орошения, определяется как:
Км = Ки ^ (7)
где Ки - коэффициент, учитывающий изменение микроклимата под влиянием аэрозольного орошения и равный 0,83-1,0; К - коэффициент, учитывающий размеры орошаемого поля.
Учитывая вышеизложенное, в целом процесс водопотребления можно описывать с помощью кривой Вильямса (рис. 2). Следовательно, при этом процесс водопо-требления рассматривается как сумма транспирации из листового покрова и физического испарения из почвы.
Рисунок 2 - Кривая Вильямса в - исходная влажность почвы; р1 - влажность почвы после полива
Рассмотрим оба процесса. Транспирация из листового покрова - этот процесс определяется объёмом смачивания листьев, то есть площадью листвы Б, коэффициентом смачивания листвы Кс, то есть удержанием влаги на поверхности листьев и общей площадью зелёных листьев, участвующих в транспирации. Тогда можем записывать:
Ь(0) = аз(1+а1е-Ье), (8)
где а1, а3, Ь - коэффициенты, определяющие зависимость площади листового покрова от времени вегетации; Ь - площадь листового покрова; е - основание натуральных логарифмов; 0 - время вегетации.
Очевидно, что площадь листвы в течение процесса вегетации растёт, замедляясь к концу вегетации, что показано на рис. 3. Исходя из рис. 3 можно допустить, что зависимость площади горизонтального сечения листового покрова от времени вегетации 0 подчиняется экспоненциальному закону.
Б(0)=8о(1 - е-а), (9)
где Бо - максимальная площадь горизонтального сечения листового покрова; а - коэффициент затухания экспоненциального возрастания.
Рисунок 3 - Площадь листового покрова в течение вегетации
Анализируя параметры уравнения (9), можно отметить, что данные уравнения должны идентифицироваться по двум параметрам: Бо; а.
При максимальном времени вегетации измеряется величина Бо. После его определения определяется коэффициент затухания экспоненциального роста, т.е. подстановкой оценки Бо в уравнении (9) при некотором значении времени вегетации 01. При этом имеем
( \
а = — 1п &
х _ ыц
V ^о ;
(10)
Далее для определения величины испарения с листового покрова Ес используем величину смачивания и, тогда можем записывать
Ес = Ь(в)Кс, (11)
где Ь - общая площадь зелёных листьев; Кс - коэффициент смачивания листьев, при этом были приняты затраты воды на смачивание листьев, которые составляют от 0,5 до 25 %. Обычно Кс=0,2.
Объём испарения из почвы зависит от степени затенения. Оно уменьшается за счёт затенения участка почвы, который совпадает с Б. Таким образом,
Б^ < Б, (12)
где Б/ - испарение из затенённой области почвы; Б - испарение из всей области почвы, прилегающей к растению.
В целом испарение из почвы определяется открытой, незатенённой областью под растением. Эта область меньше общей площади и суммарное физическое испарение определяется как
Б = Б^ + Б/, (13)
где Б/ - физическое испарение из кроны.
Далее допускается, что физическое испарение из кроны пренебрежимо мало по сравнению с физическим испарением из незатенённой части почвы.
Таким образом, для получения экологически чистой продукции, необходимо учесть накопление тяжёлых металлов в растениях. Под «тяжёлыми металлами» подра-
зумевается соотношение тех же микроэлементов в предельно-допустимых концентрациях.
Известно, что в организм человека ежедневно через дыхательные пути и вместе с пищей поступают в минимальном количестве различные химические соединения, необходимые для жизнедеятельности. Однако избыток того или иного элемента в организме вызывает различные заболевания, которые в результате эволюции приводят к генным мутациям, причём разница между допустимой концентрацией элемента в организме и концентрацией, вызывающей патологию совсем невелика.
Поэтому создание и использование экологически безопасной технологии выращивания сельскохозяйственных культур является актуальной задачей для дальнейшей цивилизации.
Для решения этой проблемы следует рассмотреть нижеприведённые задачи. При этом рассмотрим концентрацию тяжёлых металлов в почве Сь^ Концентрация тяжёлых металлов во всасываемой корневой системой растения воде Сh<ChgCh зависит от глубины залегания грунтовых вод Dg, глубины фильтрации поливной воды Ьф и количества фильтруемой поливной воды.
Глубину фильтрации можно определить следующим образом:
кф =701(М0 - Ег - Е?). (14)
УпУП
При этом, когда Dg>hф смещение вод не происходит и концентрация тяжёлых металлов во всасываемой воде минимально.
При Dg<hф происходит накопление тяжёлых металлов в плодах со скоростью, подчиняющейся уравнению
^ = Е? (I )Ск - К(0), (15)
а0
где К (0) - текущая концентрация тяжёлых металлов в продукции сельскохозяйственных культур в момент 0; Е^ - продуктивная эвапотранспирация из почвы.
Текущая концентрация тяжёлых металлов в продукции сельскохозяйственных культур определяется по формуле:
К(0) = Сы(1 - е*)Е?(О . (16)
Интегрируя уравнение (16), получим выражение для определения концентрации тяжёлых металлов в сельскохозяйственных культурах в конце вегетации.
в в
АК(0) = Сы(1 -ет){Е?(0^ . (17)
При решении вопросов внесения с поливной водой микроэлементов, рассмотрим скорость их накопления. Она определяется следующей формулой:
г*^ + ^ =аСь№{1) , (18)
а
где а - коэффициент удержания микроэлементов в продуктах а < 1; /ла - концентрация микроэлементов в продуктах;
Решение указанного уравнения имеет вид:
о
г
¡ла = аСъЫ (0(1 _ . (19)
Интегрируя это выражение, получим оценку концентрации микроэлементов в конце периода вегетации:
в г
^ъах _
(в,ах) = оСь |м(г)(1 _. (20)
о
Учитывая вышеизложенное на рис. 4, показана модифицированная схема развития растений при малоинтенсивном орошении, дающем возможность уменьшить глубину фильтрации и вероятность накопления тяжёлых металлов в продукции сельского хозяйства, что особенно характерно в горных регионах.
Рисунок 4 - Зоны активного слоя почвы при микродождевании
На основании теоретических предпосылок можно сделать следующие выводы: создание и использование экологически безопасной технологии выращивания сельскохозяйственных культур является актуальной задачей для дальнейшей цивилизации. В связи с этим, для получения экологически чистой продукции, необходимо учесть накопление тяжёлых металлов (их концентрации) в возделываемых здесь культурах. Для чего необходимо определить взаимосвязанные между собой параметры исследования: концентрацию тяжёлых металлов в почве; концентрацию тяжёлых металлов во всасываемой корневой системой растения воде; глубину залегания грунтовых вод; глубину фильтрации поливной воды; продуктивную эвапотранспирацию из почвы; интенсивность водоподачи и т.д. При этом необходимо учитывать, что в организм человека ежедневно через дыхательные пути и вместе с пищей поступают в минимальном количестве различные химические соединения, необходимые для жизнедеятельности.
Библиографических список
1. Алиев, З.Г. Проектирование оросительной сети с использованием СИД на склоновых местностях [Текст]: рекомендация / З.Г. Алиев, Б.Г. Алиев //Архив НПО «Импульс». - Баку: МСХ, 1996. - 97 с.
2. Алиев, З.Г. Районирование территории Азербайджанской республики по размещению поливной техники с учетом различных почвенно-климатических условий [Текст]: рекомендация / З.Г. Алиев и др.// Архив НПО «Импульс». - Баку: МСХ, 1996. - 92 с.
3. Алиев, Б.Г. Экологически безопасная технология микроорошения сельскохозяйственных культур в условиях недостаточного увлажненных зон Азербайджана [Текст]: монография / Б.Г. Алиев, З.Г. Алиев, И.Н. Алиев. - Баку : Изд-во «Зия-Нурлан», 2002. - 164 с.
4. Алиев, Б.Г. Орошаемое земледелие в горных и предгорных регионах Азербайджана [Текст]: монография / Б.Г. Алиев, З.Г. Алиев. - Баку : Изд-во «Зия-Нурлан», 2003. - 330 с.
5. Ахмедов, А.Д. Изучение корневых систем интродуцирования видов яблони (malus mill) на Абшероне [Текст] / А.Д. Ахмедов, И.А. Арабзаде // Известия Нижневолжского агро-университетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. -№ 3(27). - С. 14-18.
6. 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: zakirakademik@mail.ru
