CC BY
36
ВЕСТНИК БЕЛОРУССКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ
АКАДЕМИИ № 3 2014
МЕЛИОРАЦИЯ И ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО
УДК 631.425.(476)
В. И. ВИХРОВ, Е. В. ГОРБАЧЕВА, И. В. ОПОЛЬКО
ЗАВИСИМОСТЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОДНЫХ ЯВЛЕНИЙ ОТ ПОЧВЕННЫХ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
(Поступила в редакцию 10.06.14)
В статье показана актуальность оценки неблагопри- The article shows the importance of estimation of unfavour-
ятных водных явлений с учетом конкретных почвенных и able water phenomena, taking into account concrete soil and
гидрогеологических условий. Обоснована водобалансовая hydro-geological conditions. We have based water-balance
методика компьютерных расчетов сезонной продолжи- methods of computer calculations of seasonal duration of soil
тельности периодов почвенной засухи и переувлажнения. drought and water-logging periods. We have obtained average
Получены среднемноголетние значения этих показателей long-term values of these indicators for soils, which differ in
для различных по гранулометрическому составу почв и глу- granulometric composition, and of water table levels according
бин залегания уровня грунтовых вод по данным метеостан- to the data of Gorki weather station. We have noted climatic
ции Горки. Отмечены климатические изменения последних changes during the last three decades: the duration of soil
трех десятилетий в увеличении продолжительности поч- drought increased, and water-logging periods decreased. венной засухи и уменьшении периодов переувлажнения.
Введение
Одним из основных факторов, определяющих урожайность сельскохозяйственных культур, является режим естественной влагообеспеченности вегетационного периода и его экстремальные проявления в виде неблагоприятных водных явлений (НВЯ). Такие НВЯ на землях сельскохозяйственного использования, как почвенная засуха и переувлажнение почвы относятся к частным видам стихийных гидрометеорологических явлений, которые по своей интенсивности, продолжительности, времени возникновения, площади распространения приводят к значительным потерям в экономике [1-3].
При проектировании мелиоративных мероприятий, планировании сельскохозяйственного использования земельных ресурсов важно знать, как и насколько меняется сезонная продолжительность указанных выше НВЯ в зависимости от конкретных условий влагоемкости почв и глубины залегания уровня грунтовых вод (УГВ). Актуальность данного вопроса возрастает в связи с происходящим изменением климата Беларуси, числе основных проявлений которого отмечаются тенденции увеличения числа экстремальных климатических явлений, таких как засухи и наводнения [4-5].
Анализ источников
В работах [3, 6] выполнено обобщение литературных источников по исследованию опасных для сельского хозяйства явлений погоды, которое позволило сформулировать понятие неблагоприятных водных явлений, дать общую систематизацию и предложить наиболее совершенные методы их количественной оценки. Согласно [6] неблагоприятные водные явления на почвах сельскохозяйственного использования можно определить как временные нарушения требуемых для растений водного режима почвы и гидротермических условий приземного слоя воздуха под воздействием агрометеорологических и гидрологических факторов, приводящие к существенным потерям урожая.
Наиболее объективным показателем недостаточной влагообеспеченности сельскохозяйственных культур является почвенная засуха. Однако в ряде работ [2, 7, 8] она оценивается по косвенному анализу атмосферных осадков, что не учитывает многие другие локальные условия. В частности эти условия определяют вид сельскохозяйственной культуры, влагоемкость и водопроницаемость различных типов почв и, наконец, уровень грунтовых вод, который может выступать наиболее важным фактором.
Современная тенденция сокращения весенних сроков наступления почвенной засухи в Беларуси выявлена работе [9], однако без исследования ее общей сезонной продолжительности.
Наряду с почвенной засухой существенную опасность представляет также переувлажнение почвы, приводящее к потерям урожая, в том числе при его уборке. Используемые в тех же работах [2, 7, 8] для оценки данного вида НВЯ атмосферные показатели также не вполне корректны без учета влаго-емкости почв и гидрогеологических условий участка.
Таким образом, анализ показывает, что в данном случае наиболее обоснованным методом оценки НВЯ является определение динамики почвенных влагозапасов для конкретных условий участка (почва, культура, УГВ) на основе ретроспективных водобалансовых расчетов с использованием многолетних фактически измеренных метеорологических параметров [3, 6, 10]. Такой подход позволяет, во-первых, учесть индивидуальные особенности отдельных сельскохозяйственных культур и условия различных почв и, во-вторых, обеспечить необходимую продолжительность статистических рядов неблагоприятных водных явлений.
Методы исследования
Методическую основу данных исследований составила разработанная ранее [6, 10] программа RETRO-1, которая моделирует естественный водный режим разных по гранулометрическому составу почв при различном залегании уровня грунтовых вод (УГВ). При этом также учитывается вид сельскохозяйственной культуры; расчетный многолетний период; период вегетации; влагозапасы почвы при наименьшей влагоемкости (Wнв); расчетный слой почвы; коэффициенты влагообмена, использования осадков и почвенного стока. Для подекадного расчета динамики влагозапасов почвы вегетационных периодов многолетнего ряда используется водобалансовое уравнение:
\¥к' = \¥н' + К,,Р - фК,,Е - С1 + V,1. (1)
где Wкi , Wнi - влагозапасы почвы на конец и начало декады, мм; Рi - измеренные осадки за >ю декаду, мм; Кп - поправочный коэффициент к осадкам; Е1, С1 - водопотребление культуры и почвенный сток за ¡-ю декаду, мм; Кв - коэффициент влагообмена; ср - коэффициент корректировки водопотреб-ления [7, 10]; Vгi - подпитывание от уровня грунтовых вод за >ю декаду, мм.
При условии Wкi > Wнв сток определяется как С = - Wнв), где Кс - коэффициент стока [6].
Учет влияния уровня грунтовых вод на величину влагозапасов расчетного слоя почвы выполняется с использованием зависимости академика С. Ф. Аверьянова [6]:
V1 = Е
ноу
(2)
где Vmaxi - максимальное подпитывание от уровня грунтовых вод за >ю декаду, мм; Н - уровень грунтовых вод рассматриваемого периода относительно середины расчетного слоя почвы ^ м; Н0 -уровень грунтовых вод, при котором подпитка расчетного слоя прекращается (соответствует максимальной высоте капиллярного поднятия), м.
Величина Vгi определяется далее по значению Vmaxi и аккумулирующей емкости расчетного слоя ^дк, мм) [6].
После расчета Wкi осуществляется переход к влагозапасам на начало следующей декады по соответствующим алгоритмам [6]. На основании водобалансовых расчетов вычисляются влагозапасы почвы по каждой расчетной декаде всех вегетационных периодов заданного многолетнего ряда и строятся соответствующие графики динамики влагозапасов для каждого календарного года.
Для расчета общей за сезон продолжительности почвенной засухи определяется критический уровень влагозапасов (Wкр, мм), ниже которого наблюдается почвенная засуха:
КР Ар^НВ, (3)
где РкР - критическая влажность почвы в долях от наименьшей влагоемкости.
Рассчитываются даты (порядковые в декаде дни) пересечения вниз Дсн и вверх Дпов влагозапасами почвы границы Wкр, а также нахождение влагозапасов ниже Wкр:
> (ПРППГГЧПНИП ИНМ-'Л ТТ _ (^н ^ч>)Пд
а) при I ' ёб [ (пересечение вниз) д = __5_^ д_; (4)
СН ^КВЕ-КПР-УГ
Ж <
б) при \ 1 е I (влагозапасы ниже \¥кр), дат пересечения нет;
в) при
Ш1 < Ш
н кр
>
(пересечение вверх)
Д гюв
(^кр " ^н )пд
КпР + Уг-^КвЕ-
(5)
где пд - количество дней в декаде.
Находится дата первого снижения влагозапасов ниже на период более 10 суток, принимаемая за начало почвенной засухи.
Определяется время засухи (1з, сут) в 1-й декаде:
- при снижении влагозапасов (случай «а») 1з = пЁ - Дсн; (6)
- при нахождении влагозапасов ниже (случай «в») 1з = пЁ; (7)
- при повышении влагозапасов (случай «б») 1з = Дпов. (8)
Для определения вероятности наступления очередных (следующих друг за другом) периодов переувлажнения в течение вегетационнного периода рассчитываются даты Дпп превышения влагозапа-сами границы \¥н
г) при
д) при
нв
WÍ'>W15
w; > ща
(пересечение вверх) (влагозапасы выше Wкр)
дт =
К^+К-^Е1 Дпп = 1;
(9) (10)
Рассчитывается продолжительность переувлажнения 1-й декады (^пп, сут):
- при повышении влагозапасов (случай «б») ^пп = пЁ - Дш
- при нахождении влагозапасов выше Wкр (случай «в») 11пп = пЁ.
Принципиальная схема определения дат по вариантам «а, б, в, г, д» и продолжительности периодов засухи и переувлажнения показана на рис. 1.
(11) (12)
Т, сут
Рис. 1. Принципиальная схема определения продолжительности периодов засухи Тоз и переувлажнения Тпп почвы
Для каждого календарного года определяется суммарная за сезон продолжительность почвенной засухи (Тоз, сут), переувлажнения почвы (Тпп, сут) и выполняется статистическая обработка полученных многолетних рядов этих величин с построением кривых обеспеченности [6, 10].
Основная часть
В данной работе расчеты на основе изложенной выше методики выполнены для следующих условий и вариантов: метеостанция - Горки; культура многолетние травы (пастбище); критическая влажность почвы ркр = 0,65НВ; расчет водопотребления - метод ТКП [10]. Варианты почв, уровня грунтовых вод и расчетных периодов приведены в табл. 1-2.
Таблица 1. Характеристика водно-физических свойств почв по вариантам расчетов
№ п/п Гранулометрический состав почвы Наименьшая влагоемкость рнв , % от объема Критическая глубина залегания уровня грунтовых вод Но , м Коэффициент почвенного стока, Кс
1 Песок 14 0,6 1,0
2 Супесь рыхлая 20 0,8 1,0
3 Супесь связная 26 1,0 1,0
4 Суглинок легкий 32 1,3 0,95
5 Суглинок средний 38 1,8 0,90
6 Суглинок тяжелый 46 2,4 0,90
В табл. 2 приведены рассчитанные для двух 30-летних периодов средние за сезон значения продолжительности почвенной засухи (Тоз) и периодов переувлажнения (Тпп) минеральных почв по принятым вариантам расчета.
Таблица 2. Среднемноголетние сезонные значения продолжительности почвенной засухи (Тоз) и периодов переувлажнения (Тпп) минеральных почв для вариантов расчета по данным метеостанции Горки, сут.
Уровень грунтовых вод, м Расчетный период Почва
песок супесь рыхлая супесь связная суглинок легкий суглинок средний суглинок тяжелый
Тоз Тпп Тоз Тпп Тоз Тпп Тоз Тпп Тоз Тпп Тоз Тпп
0,25 1951-1980 гг. 18,1 37,5 3,4 42,0 0,1 48,8 0 50,3 0 57,0 0 635,3
1981-2010 гг. 22,0 34,9 3,8 38,9 0,4 43,9 0 48,0 0 53,8 0 59,7
0,50 1951-1980 гг. 57,8 20,1 32,8 26,4 16,5 32,3 3,7 40,4 0 49,2 0 55,1
1981-2010 гг. 62,2 17,3 40,8 23,7 20,9 30,5 4,4 37,8 0 45,5 0 52,3
0,75 1951-1980 гг. 61,3 13,8 51,7 17,3 36,3 23,3 19,9 30,0 3,9 39,2 0 48,5
1981-2010 гг. 65,9 11,2 57,4 15,4 45,1 21,2 24,8 28,0 4,9 37,1 0,5 44,8
1,0 1951-1980 гг. 61,3 13,8 52,3 15,0 45,1 19,4 31,8 24,3 14,0 31,6 1,8 39,7
1981-2010 гг. 65,9 11,2 58,1 13,5 51,8 17,2 41,2 22,5 18,3 29,3 3,0 37,5
1,5 1951-1980 гг. 61,3 13,8 52,3 15,0 45,1 17,0 39,2 21,4 30,0 24,8 16,2 30,2
1981-2010 гг. 65,9 11,2 58,1 13,5 51,8 15,8 47,0 18,8 38,6 22,5 18,5 28,0
3,0 1951-1980 гг. 61,3 13,8 52,3 15,0 45,1 17,0 39,2 21,4 34,5 24,4 32,0 27,6
1981-2010 гг. 65,9 11,2 58,1 13,5 51,8 15,8 47,0 18,8 41,7 22,0 37,4 24,9
Примечание: курсивом приведены значения Тоз и Тпп для зоны уровня грунтовых вод ниже величины Н0, в которой подпитывание грунтовыми водами отсутствует и их положение не влияет на водный режим почвы.
Графическое представление характера зависимости показателей Тоз и Тпп от уровня грунтовых вод
для разных почв показано на рис. 2.
а б
Тоз. сут Тпп. сут
70
60
50
40 30
20
0 _
0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 2.0 3;0УГВ,м " 0,25 0,5 0,75 1.0 1,5 2,0 3,0 УГВ,м
Рис. 2. Зависимость сезонных значений продолжительности почвенной засухи (а) и периодов переувлажнения (б) для разных по гранулометрическому составу почв от уровня грунтовых вод: 1 - песок, 2 - супесь рыхлая, 3 - супесь связная, 4 - суглинок легкий, 5 - суглинок средний, 6 - суглинок тяжелый
Данные табл. 2 и рис. 2 отражают четко выраженные закономерности изменений средней за сезон продолжительности почвенной засухи (Тоз) и периодов переувлажнения (Тпп) минеральных почв по вариантам почв и уровня грунтовых вод. Пунктирные линии на графиках рис. 2 соответствуют зоне отсутствия зависимости показателей Тоз и Тпп от уровня грунтовых вод.
Заключение
Результаты выполненных исследований позволяют планировать мелиоративные мероприятия и сельскохозяйственное использование минеральных земель с учетом средней за многолетие сезонной продолжительности периодов засухи и переувлажнения в конкретных почвенных и гидрогеологических условиях.
Для второго расчетного периода (1981-2010 гг.) диапазон изменения показателя Тоз в зависимости от принятых в расчетах значений УГВ составляет для песчаных почв 22,0-65,9 суток и 0-37,4 сут. для суглинка тяжелого. Разница этих диапазонов отражает влияние гранулометрического состава почв на продолжительность засухи.
|
1 \ К1
\\ N ------- >6
Л 4 к __ ►----- III >4 >3 2
- — ■ 1------ 1------ ■ 1
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-
