Определение суммарного водопотребления методом водного баланса

Обеспечение растений необходимым количеством воды на протяжении вегетационного периода составляет главную задачу орошения. В мелиоративной практике знание основных закономерностей водного режима является необходимым и для проектирования поливных режимов и для осуществления правильной эксплуатации мелиоративных систем.

Данные ряда исследований свидетельствуют о том, что растения в первые дни вегетации потребляют относительно небольшое количество воды, с возрастом и до определенного периода (фаза развития) поглощение воды растениями все возрастает, а к концу вегетации оно снижается.

Период, в течение которого растения поглощают и требуют максимальное количество влаги, называется критическим периодом. В эту фазу развития растения резче всего реагируют на недостаток влаги в почве. Как правило, этот период у растений приурочен к фазе начала закладки репродуктивных органов, т.е. он охватывает период примерно такой: 10-15 дней до цветения и 30 дней после этой фаза развития.

Режим орошения разрабатывают с учетом общей потребности растений в воде, т.е. суммарного водопотребления (суммарного испарения или эвапотранспирации). Влага с орошаемого поля, занятого сельскохозяйственной культурой, расходуется на транспирацию и испарение с поверхности почвы (и листьев при дождевании).

Соотношение испарения Еи транспирации Ет в суммарном водопотреблении зависит от особенностей сельскохозяйственной культуры, развития ее зеленой массы, фазы развития растения, длительности вегетационного периода, сроков развития, климатических условий и др. В первый период развития с-х. культуры испарение обычно преобладает над транспирацией. В дальнейшем это соотношение меняется на обратное. Обычно Еи и Ет определяют не раздельно, а как единое целое, что значительно легче.

Суммарное водопотребление Е можно выразить через испаряемость Е0. В настоящее время по мировому стандарту испаряемость (потенциальную эвапотранспирацию) определяют для стандартной орошаемой культуры люцерны с высотой травостоя не менее 0,3 - 0,5 м при неограниченном притоке воды к корневой системе растений.

Большая трудоемкость методов прямого измерения испаряемости и суммарного водопотребления а также необходимость подробного изучения изменчивости суммарного водопотребления во времени и по площади при вели к созданию целого ряда расчетных методов для определения суммарного водопотребления. Эти методы основаны на установлении корреляционной зависимости суммарного водопотребления с различными метеорологическими факторами.

На лабораторно-практических занятиях по почвоведению для определения суммарного водопотребления студенты используют метод водного баланса, как наиболее часто встречаемый в производственных условиях. Водный баланс представляет собой соотношение прихода и расхода воды в поле.

Приход влаги Расход влаги

Wн - αО + Wгр. + M + Wст. + Wконд. = Еи + Ет + Wcт. +Wфг. +Wфб. + Wк ,

где Wн (к)— запас влаги в почве на начало и конец расчетного периода, м³ /га;

αО — осадки, используемые растением за вегетационный период, м³/га или мм (α - коэффициент, показывающий долю осадков, используемых растением). Остальная их часть расходуется на испарение и поверхностный сток или глубинный сброс, просачиваясь ниже расчетного слоя почвы;

О – осадки, выпадающие за вегетационный период, причем учитываются лишь осадки свыше 5 мм или 50 м³/га.

Коэффициент использования осадков (α) рекомендуется принимать 0,3 — 0,5 в засушливой зоне и 0,6 — 0,8 в зоне недостаточного увлажнения.

Перевод количества миллиметров осадков на 1 га в м³/га осуществляется умножением этого количества на 10.

Пример.. За вегетационный период выпало 180 мм осадков, что соответствует 180 мм 10= 1800 м³/га.

Wгр - подпитывание активного (расчетного) слоя почвы грунтовыми водами, м³/га;

М — оросительная норма, м³/га;

Wст. - сток на данную территорию с окружающей площади или с данного поля на прилегающую площадь, м³/га;

Wконд.— конденсация паров воздуха, м³/га;

Еи - расход воды на прямое испарение почвой, м³/га;

Ет — расход воды на транспирацию, м³/га;

Wфг(б.) — расход воды на фильтрацию глубинную и боковую, м³/га.

Расчет суммарного водопотребления производят по учету влагозапасов почвы в расчетном слое на начало и конец исследуемого периода. Кроме того учитывают выпавшие за исследуемый период осадки, оросительную воду, влагообмен с нижележащими горизонтами и другие статьи, имеющие значение для конкретных условий. Методом водного баланса можно определить суммарное водопотребление той или иной культуры, как в целом за вегетационный период, так и за отдельные его отрезки. При этом часто используется следующее уравнение:

Е = (Еи + Ет) = Wн— Wк + аО + М +Wгр.

Метод водного баланса дает надежные результаты. Точность этого метода зависит в большей степени от точности определения запаса влаги на начало расчетного периода и подпитывания грунтовыми водами (Wн, Wгр.), которые, в свою очередь, зависят от степени однородности почв и грунтов на поле. Данные о подпитывании расчетного (активного) слоя почвы грунтовыми водами приведены в таблице 7.2

Таблица 7.2 — Ориентировочная величина использования грунтовых вод в зависимости от глубины их залегания (по данным ВНИИГиМ

Глубина залегания грунтовых вод, м	Количество используемых грунтовых вод, м3/га пресных	слабозасоленных
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0	3500 2000 1000 500 0	1300 800 400 200 0

Методом водного баланса можно вычислить месячное и декадное водопотребление растений для однородных почв с погрешностью 10— 12 %, а для неоднородных — около 15 %. Количество воды, израсходованное растениями на создание единицы урожая, называется коэффициентом водопотребления (Кв) и измеряется в м³/т.

Транспирационный коэффициент это величина показывающая расход воды на транспирацию за время вегетации в м3/т для создания урожая сухой биомассы растений. Коэффициент транспирации с-х. культур изменяется в пределах 100— 150 м³/ т.

Расход воды на транспирацию древесными породами представлен ниже (мм в год):

Порода	мм в год	Порода	мм в год
Береза	191	Лиственница	252
Дуб	184	Бук	245
Черная ольха	176	Ель	222
Осина	168	Пихта	214
Сосна	107