4.4. По климатическим и погодным показателям (расчетный метод).

Суммарное испарение воды полем, занятым культурой, за полный вегетационный период или за межполивной период может быть установлено различными методами по метеорологическим данным путем математического расчета. На юге Украины наибольшее распространение получили метод А. М. Алпатьева и метод Д. А. Штойко.

Биоклиматический метод С. М. Алпатьева (Укр. НИИГиМ). По данным профессора А. М. Алпатьева, потребление воды растениями при оптимальной влагообеспеченности находится в тесной связи с показателями среднесуточных дефицитов влажности воздуха. Суммарное испарение (эвапотранспирацию) за отдельные отрезки вегетационного периода можно найти приближенно по формуле:

Е = КΣd

Где: К - коэффициент биологической кривой на расчетный период; Σd - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за тот же период.

Коэффициент биологической кривой (К) изменяется по периодам вегетации — межфазным периодам. Его находят экспериментально для каждой декады после всходов сельскохозяйственный культуры (Приложение 3).

Как показал С. М. Алпатьев, счет времени лучше вести по накоплению после всходов определенной суммы температур, так как в зависимости от температурных условий рост и развитие растений замедляется или ускоряется.

Биологические кривые у разных культур различны, изменяются они и по зонам земледелия.

Для определения суммарного расхода воды посевом сельскохозяйственной культуры за данный период, то есть за соответствующее время накопления определенной суммы среднесуточных температур или в соответствующую декаду, необходимо приведенный в приложении 3 умножить на сумму среднесуточных дефицитов влажности воздуха, сведения о которых можно получить на ближайшей метеорологической станции.

Например, если сумма дефицитов влажности воздуха за пятую декаду от всходов кукурузы составила 100 мб, то расход воды за это время равен 0,41 • 100 = 41 мм, или 410 м3/га; если дефицит влажности воздуха выражается в Н или Па, то следует учитывать соотношение: 1 мб = 100 Н/м2 = 100 Па. Поэтому, перемножив биологический коэффициент на дефицит влажности воздуха, выраженный в Ньютонах, получим 0,41•10000 = 4100. Разделив это число на 100, получим мм, а при делении на 10 —м3/ га.

Если в период накопления суммы температур с 1000°С до 1200°С со времени отрастания озимой пшеницы сумма дефицитов влажности воздуха оказалась равной 40 мб, или 4000 Н/м2, то суммарный расход почвенной влаги за это время составит 40 = 19,6 мм, или 196 м3/га. Ту же величину получим, если 0,49 • 4000) : 10=196 м3/га.

Зная запас влаги, превышающий принятый уровень предполивной влажности почвы, можно контролировать ее расход и определять дату следующего полива. При этом учитывают поступление влаги в почву с осадками.

Задание 1. В условиях, близких к степной зоне Украины, определить время первого полива кукурузы по данным: массовые всходы получены 10 мая, допустимая норма расхода почвенной влаги — 840 м3/га. Показатели биокли-ческих коэффициентов использовать табличные, а сведения о дефицитах влажности воздуха получить на ближайшей метеорологической станции.

Задание 2. Определить даты поливов озимой пшеницы по дефициту влажности воздуха при условиях: вегетация возобновилась 20 марта; запас влаги в почве, превышающий предполивную влажность, — 600 м3/га; используют :биоклиматические коэффициенты, приведенные в приложении 2; расчеты проводят по метеорологическим данным ближайшей станции.

Задание 3. Установить биоклиматические коэффициенты избранной культуры для региона, используя данные ближайшей метеорологической станции и подекадные определения влажности в активном слое почвы на посевах исследуемого культурного растения.

Биофизический метод Д. А. Штойко (Укр. НИИОЗ).. В условиях степной части Украины Украинский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия прогнозирует суммарное испарение по двум показателям: температуре и относительной влажности воздуха.

Суммарное испарение до полного затенения поверхности почвы растениями и в период их созревания - с начала массового пожелтения листьев - рассчитывают по формуле:

Е =	Σt • (0,1 tс -	А	)
100

Где: Е – расход почвенной влаги, м3/га; Σt – сумма среднесуточных температур воздуха в расчетный период, 0С; а — относительная влажность воздуха за расчетный период, %.

В период наиболее активного водопотребления со времени затенения поверхности почвы растениями и до начала их созревания пользуются формулой:

Е =	Σt • [(0,1 tс + (1 -	А	)]
100

Где обозначения, что и в предыдущей формуле.

Пример. Рассчитать межполивной период сахарной свеклы. Полив нормой 700 м3/га проведен 20 июля; среднесуточная температура последней декады по прогнозу 24,5° С; относительная влажность воздуха 45%.

Решение. Сначала определяем среднесуточный расход воды, приравняв Σt = tс.

Тогда:

Есут =	24,5 • [(0,1 24,5 + (1 -	45	)]= 73,5 м3/га
100

Зная выданную поливную норму (700 м3/га) и среднесуточный расход воды полем (73,5 м3/га), можем рассчитать, через сколько дней будет израсходована поливная норма, что и определит продолжительность межполивного периода.

n = 700/73,5 =9,5 дня.

4.5. По фактическим влагозапасам почвы. Назначение поливов по влажности почвы считают стандартным методом их диагностики. Полив участка (поля) назначается в том случае, когда фактические влагозапасы в почве близки к нижнему оптимальному уровню увлажнения — ВРК или 70-80 % от НВ. Если же фактические запасы влаги, определенные в конкретный срок, оказались ниже указанного уровня, то полив будет назначен с опозданием, и в этом случае возможно снижение урожая сельскохозяйственных культур, возделывае­мых на поле, из-за нарушения срока полива.

Предварительными полевыми опытами устанавливают оптимальные уровни предполивной влажности в активном слое почвы по важнейшим фазам вегетации растений, а затем, систематически контролируя влажность, начинают очередной полив, как только запас влаги, уменьшаясь, приблизится к допустимому его уровню. Влажность почвы можно определять термостатно-весовым или другими методами в активном слое почвы, через каждые 10 см. Для определения поливной нормы необходимы сведения о: глубине активного слоя (h), объемной массе почвы (d), наименьшей влагоемкости (НВ) и уровне предполивной влажности почвы в данную фазу вегетации (ВП). Поливную норму рассчитывают по формуле:

НП=100 h d (НВ — ВП),

Где: НП — поливная норма, м3/га; h – глубина активного слоя, м; НВ - наименьшая влагоемкость выраженная в процентах к массе сухой почвы; ВП - предполивная влажность выраженная в процентах к массе сухой почвы; d – объемная масса почвы, г/см3.

К рассчитанной по формуле поливной норме добавляют еще 10—15 %, в острозасушливых условиях - до 20 % для покрытия потерь влаги во время полива.

4.6. По контролю за состоянием растений на специальных площадках с почвой легкого механического состава. При применении этого метода на полях в типичных местах вырывается траншея площадью до 4-х квадратных метров глубиной 70-100 см (слой в котором находится основная часть корневой системы растений), которая заполняется субстратом данной почвы с добавлением в него песка. Данный монолит является почвой с легким механическим составом, который удерживает влагу в меньшей степени, поэтому теряет ее интенсивнее, а уровень увлажнения ВЗ в нем наступает быстрее, чем в корнеобитаемом слое на данном поле. Учитывая это, растения на данной площадке испытывают недостаток влаги в почве (начинают увядать) на 2-3 дня раньше чем на поле. Увядание растений на площадке, сигнализирует о уменьшении количества влаги до уровня влажности завядания и является основанием для назначения полива. Данный метод является эффективным, но требует значительных трудовых затрат на закладку площадок и на поддержание их в хорошем состоянии для длительного использования.

4.7. С помощью почвенного балансомера - инструментальный метод. Балансомер (ПГБ - Почвенный гидравлический балансомер) разработан как сетевой прибор, главным образом для измерения суточных величин суммарного испарения, применяемых при расчетах режимов орошения сельскохозяйственных культур. Кроме того, с его помощью можно измерять осадки, поливы, конденсацию водяных паров из воздуха в почву. При дооборудовании водорегулирующим устройством прибор может регистрировать расход грунтовых вод в зону аэрации и инфильтрацию из зоны аэрации в грунтовые воды, то есть работать как лизиметр. Кроме измерения перечисленных выше элементов водного баланса зоны аэрации, балансомер может быть использован как интегральный датчик при автоматической системе управления режимами орошения. Например, подключенный к дождевальной машине "Фрегат", он может автоматически управлять работой машины, то есть включать и выключать ее в нужный период времени. Также, при несложной доработке, с помощью балансомера можно изучать водно-физические характеристики почвы, процессы тепло-, влаго-, солепереноса. Величины составляющих водного баланса регистрируются на лентах самописцев. Балансомер можно рассматривать как измерительный комплекс регистрирующий динамику элементов водного баланса почвенного монолита, представляющего собой физическую модель поля (Тищенко А. П. АС №1826782, 1992).

Гидравлический почвенный балансомер представляет собой замкнутую систему, позволяющую исследовать каждый элемент в отдельности и водный баланс в целом. Конструкцией прибора предусмотрена регистрация на ленте самописца внутрисуточного хода измеряемых элементов водного баланса с заданной точностью.

Принцип действия балансомера основан на переводе величины суммарного испарения в простое механическое линейное перемещение плавающей системы с записью его на ленте самописца и последующим переводом в линейную величину суммарного испарения.

Изменение влагозапаса почвенного монолита определяется по степени погружения плавающей системы при изменении веса монолита относительно уровня воды в баке, в котором помешается плавающая система. При этом используется равенство, лежащее в основе принципа гидростатического взвешивания:

ΔР = Δ i•F•р•ж

Где: ΔР — изменение массы плавающего тела; Δ i — величина изменения степени погружения под влиянием изменения его массы; F —площадь поперечного сечения плавающего тела; рж— плотность жидкости, в которой плавает тело.

Гидравлический почвенный балансомер (рис. 4.) состоит из плавающей системы, бака с водой, настила и регистрирующего устройства (самописца).

Рис. 4 Устройство гидравлического балансомера

1 — Кожух, 2 — Контейнер с почвенным монолитом. 3 чатое дно, 4 — Понтон, 5 — Шахта, 6 —Регулировочные, 7 - Карман, 8 — Балластные грузы, 9 — Бак с водой, 10 — 11 — Ограничитель вращения, 12 — Ограничительный шж козырек, 14 — Скважина для вычерпывания просочившееся монолит воды, 15 — Самописец.

Плавающая система представляет собой цельносварную конструкцию, состоящую из кожуха (1), в который помещается контейнер (2), заполненный почвенным монолитом, удерживающимся в контейнере посредством сетчатого дна (3), понтона (4), приваренного к кожуху, трех шахт (5), в которых помещены регулировочные грузы (6), карман (7) с балластными грузами (8).

Бак (9) предназначен для помещения в него плавающей системы. Настил (10) укладывается на бак после заполнения его водой и помещения в него плавающей системы. Для того чтобы плавающая система не вращалась вокруг своей оси, к стенке кожуха возле самописца приварены два ограничителя (11). Для того чтобы контейнер не прислонялся к горловине настила, между горловиной и верхней частью контейнера помещены на гибких подвесках три деревянных шара (12).

Таким образом, система свободно плавает в баке и ничем не крепится к горловине настила, обеспечивая высокую точность и качественную запись величин суммарного испарения и других элементов водного баланса, измеряемых балансомером.

Зазор между горловиной настила и контейнером закрывается козырьком (13), а для вычерпывания просочившейся на дно контейнера воды (от дождя и поливов) служит скважина (14). Кроме того, если в скважину вмонтировать водорегулирующее устройство, балансомер будет работать как лизиметр.

Самописец (15) регистрирует на ленте величины вертикального перемещения плавающей системы относительно уровня воды в баке. Основой для изготовления самописца служит серийный недельный метеорологический самописец (барограф, термограф, гигрограф), в котором вместо датчика давления, температуры или влажности воздуха, на ось надевается бобышка с двумя стержнями. На один из них навинчивается противовес, а на другой подвеска, к которой посредством цепочки подвешен поплавок. Самописец жестко крепится к верхней части кожуха (на плавающей системе) двумя болтами. При необходимости (в научных целях) вместо недельного самописца можно применять суточный, двенадцатичасовой, шестичасовой и даже барабан с часовым механизмом, делающим оборот за два часа. Изменяя масштаб записи вертикального перемещения плавающей системы (перемещением подвески относительно оси самописца) и скорость вращения барабана, можно, например, записать на ленте самописца влияние на суммарное испарение наплывающего на солнечный диск облака.

Испаряющая площадь поверхности почвенного монолита принята 0,75 м2, высота монолита — 2,0 м. Экспериментальными исследованиями установлено, что при таких размерах измеренные прибором величины суммарного испарения не требуют приведения к полю, что важно при оперативном управлении режимами орошения, то есть, измеренные с помощью балансомера величины суммарного испарения являются репрезентативными полю. Почва в контейнере может быть как монолитная (без нарушения структуры), так и насыпная с последующим послойным уплотнением. В первом случае прибор используется как для научных целей так и как сетевой прибор, а во втором (насыпной) только для измерения элементов водного баланса (суммарное испарение, осадки, поливы, конденсация водяных паров из воздуха в почву). В балансомере может произрастать любая сельскохозяйственная культура, включая многолетние насаждения на карликовом подвое, чайный куст, а также дико растущая травянистая растительность.

Техническая характеристика

Испаряющая площадь монолита, м2............... 0,75

Высота почвенного монолита, м................. 2,0

Максимальный вес почвенного монолита в

Насыщенном водой состоянии, т................. 3,0

Максимальный вес плавающей системы с

Почвенным монолитом, т............................. 4,0

Рабочий ход плавающей системы, мм...... +50

Чувствительность плавающей системы, г.... 75

Наименьшие измеряемые величины элементов

Видного баланса, приведенные к слою воды, мм 0,1

Все крупногабаритные детали (кроме измерительного устройства) транспортируются и хранятся без упаковки.

Балансомер размещается на производственном поле на расстоянии 100-150 м от ближайшего его края.

Монтаж и подготовка к работе проводятся в следующей последовательности: на поле, в месте установки прибора контейнер заряжается почвенным монолитом. В вырытом после зарядки контейнера котловане устанавливается бак и заполняется водой, затем производится монтаж плавающей системы: на поверхность бака укладывается настил, а на него — слой почвы вровень с окружающим полем, монтируется измерительное устройство, осуществляется тарировка прибора.

Тарировка проводится для считывания с ленты самописца суммарного испарения в линейных величинах. Для уменьшения ошибок и удобства вычисления тарировочный коэффициент устанавливается равным единице. Тарировку нужно делать в утренние или вечерние часы, когда затихает ветер и нет испарения.

Частота наблюдений за суммарным испарением по балансомеру проводится в зависимости от программы. Для управления режимами орошения наблюдения проводятся один раз в сутки — утром или вечером.

Задание. Пользуясь приведенными в газете в рубрике «Служба урожая» данными о суммарном испарении с.-х. культур, измеренном при помощи ПГБ, осуществить контроль за режимом орошения культуры (озимая пшеница, кукуруза, люцерна и др). Показания ПГБ, запасы активной влаги, осадки для учебных расчетов приведены в приложении 4 и выдаются в индивидуальном задании. Данные записываются в таблицу 17.

Таблица 17.

Месяц, дата	Суммарное испарение, м3/га (по показанию ПГБ)	Запас активной влаги, м3/га	Осадки, поливы, м3/га	Заключение о величине поливной нормы, глубине промачивания почвы и сроке очередного полива
Культура_____________________________Фаза развития_____________________

Практическое занятие 10,11. Севообороты на орошаемых землях. Составление и оценка.

Задание. Знать особенности построения севооборотов на орошаемых землях и методы их оценки.