Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Влияние гидротермических условий на водопотребление и урожайность сельскохозяйственных культур в Северо-западной зоне РСФСР

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Влияние гидротермических условий на водопотребление и урожайность сельскохозяйственных культур в Северо-западной зоне РСФСР"

" ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК имени В.И.ЛЕНИНА

АГРОФИЗИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЕВТУШЕНКО Элеонора Георгиевна

^ " УДК 631,6.633:5551.579

ВЛИЯНИЕ ГИДРОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЗОНЕ РСФСР

Специальность 11.00.09—метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ '

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук-

Ленинград ■

Работа выполнена в Северном научно-исследовательской институте гидротехники и мелиорации.

■ I ' , ■

Научный руководитель - доктор физико-математических н«дгк, профессор А.Р.Константинов.

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор Р.А.Подуактов; кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.П.Вершинин,

Ведущее предприятие - 1етнградск«й государствен*«» институт по проектированию мелиоративного и водохозяйственного строительства (Ленгипроводхоз).

- Защита диссертации состоится "Яб пг. в /5" часов на заседании спеииализировинного совета К 020,21.01при Агрофизическом научно-исследовательском институте по адресу; 195220, Ленинград, Гражданский проспект, д.14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического научно-исследовательского института.

Автореферат разослан " И^м&ДЛ 1985" г.

Учений секретарь спеинализироваяпого совета, кандидат сельскохозяйственных

наук -.. А. В.Судаков

общая шт&тш работу

Актуальность проблемы. Продовольственной программой СОСР на период до 1990 года поставлена задача наиболее быстрого к надежного обеспечения населения страны высококачественными продуктами питания. Для успешого решения продовольственной проблемы Октябрьским (1984г.) Пленумом ПК КПСС принята долговременная программа мелиорации земель, которой отводится важнейшая роль в интенсификация сель* с к ох оз явствен но г о производства. В условиях Северо-Запада Нечерноземной зоны РСФСР одним нз основных резервов увеличения производства основных сельскохозяйственных культур является проведение оросительных мероприятий, необходимомь кот^ых обуслселена наличием на фоне обюзго достаточного увлажнения засушливых периодов,

В строительство н эксплуатацию оросительных систем вкладываются енемктедише-гссуд&рссвенние средства. Поэтому исследованая, направленные на совервенствованне расчетных методов обоснования основных периметр®, сгределявних объем капиталшых влокения, в настоящее время особенно акту ал ыш.

Цель и задачи-работы. Основная цель диссертационной работы заключалась в обосновании оптимальной обеспеченности оросительной нормы и опт (малыого эксплуатационного режима- оровения для условий Северо-Запада Нечерноземкой зоны РС1СР,

В задачи исследований входило:

1. Определение величины оптимального водоп ограбления сельскохозяйственных культур.

2. Установление степени соответствия естественных ресурсов воды оптимальному ее потребление сельскохозяйственными культурами.

3. Выявлен» зависимости урожайности сельскохозяйственных культур отур аз не их влагообеспеченности.

Иетодика и фактический материал исследования. Методологической основой теоретических исследование явидис ь фундаментальные разработки Г.Т. Селянмнова (1930г.), А.И.Алпатьева (195<1 Д9б9г*г.)» А.Р.Константинова (1968Д978г.г.). Экспериментальные полевые исследования проводились в соответствии с методикой Госкомгидромета.

В качестве• исходной информации использовались: * - данные наблюдений спорных метеостанций Госкомгидрошта;

данные Государе рви ни ^¿^^и^ чу тенспытаяи» свльсьоко-

Г НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА | свльсиохоз емадвмни | »«¿ К. А. Тимирязева

Инв.

эяйственных культур на госсортоучастках; - дан нав экспериментальных'полевых исследований автора.

■Обработка исхрдной информации осупествлялась методами математической статистики на ЭВМ БС-1С£2.

Научная новизна. Для условия Северо-Запада Нечерноземкой зоны РСФСР установлены хорреляционше зависимости среднеинсголетнкх.биологических коэффициентов овощных культур (капуста, морковь, свекла!), картофеля «многолетних трав от номеров декад вегетационного периода, а также от сумм температур воздуха для расчет асптииаль-ного во до потребления по методам А.М.Алпатьеэа и С.М.Алпатьева, А.Р,Константинова, Государственного-гидрологического института (ГПО и Северного научно-исследовательского института гидротехники ■ и мелиорации (СевНИИГиН). Биологический коэффициент, впервые введен в расчет ну о формулу СевКЙДГ^ в целях учета влияния биодогийседь-скохозяйстаеншх культур на их водопотребление. Построены биологи-чесхие кривые для указан шх методов, отражение динамику средне-многолетних.биологических коэффициентов а течение вегетационного периода по декадам и суммам температур, воздуха.

Впервые для рассматриваемого региона проведено исследование временной изменчивостиЭкологических коэффициентов. Предложен новый метод оперативного корректирования средюмноголвтних биологических-коэффициентов в зависимости от конкретной Метеорологической обстановки по гидротермическим коэффициентам (ПК) Г.Т.Селянинова. Предложен новый метод расчета биологических коэффициентов по ПК, избавлявший от постановки специальных трудоемких экспериментоэ.

..Впервые для условии рассматриваемого региона предложен я проверен экспериментально простой и надежный метод расчета водопот-ребления по ГТК. По экспериментальным данным установлены зависимости, позволявшее количественно оценивать эффективность исполь-^ эованиа воды сельскохозяйственными культурами.

Подучены количественное связи урожайности исследуемых культур с влагообеспеченностью за вегетационный период, выраженной дефицитом водопотребления. Предложен подход к определение среднеиноголетней урожайности по связи с дефицитом водопотребления. . .

Предложена и реализована на примере типового для рассматриваемого региона объекта орошения последовательность проведения технико-экономического обоснования оптимальной обеспеченности оросительной нормы. . ...

Разработана и реализована в сельскохозяйственном производстве автоматизированная подсистема оперативного анализа условий в лаг о- -обеспечендаст« сельскохозяйственных культур и назначения сроков полива..

Практическая значимость и реализация работы. Результаты исследований могут бить использованы для соверюекствоваадя проектирования и эксплуатации оросиг-ельнах. cuctsx а условиях Северо-Западной зоны РСФСР в целя* повышения урожайности сельскохозяйственных культур при рациональном расходовании воднцх ресурсов. Основные результаты диссертационной работы использованы во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной метеорологии (ВНИИСМО при подготовке раздела "Определение оптимальных режимов орошения, осушения и двустороннего регулирования влажности полей" Справочника агронома по сельскохозяйственной метеорологии; в СеаНЯЛГйМ при проведении исследований по темам: "Разработать прс~ екты норм и у крупней кых показателей водопсггребления и водоотведе-ния прс орошения для различных зон страны" О гос.регистрации 78057590) и "Разработать методику корректировки режимов уялажне- . ния с учетом прогноза погоды и средств автоматизации" гос.регистрации 61067656).

Полученные результаты внедрены в информационна" автоматизированную систему для.агрометеорологического обеспечения программирования урожаев сельскохозяйственных культур, разработанную в Агрофизическом научно-исследовательском институте СаФИ). Система реализована в объединениях совхозов Ленинградекоп области "Красная Балтика" и "Тосненское". Экономический эффект от внедрения разработок автора составляет в среднем двадцать тысяч рубле?, а год.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и получили одобрение на »торса, третьей и четвертой научно-технических конференциях молодых ученых СевНИМГиМСг.Ленинград, 1977,1980,1983г.г.); на Всесоюзной научно-технической конференция . "Научно-oií основанное нормирование водопотребления и во до от ведения в'ороиаамо* земледелии в связи с. задачами рационального использования и охраны водных ресурсов" (г.Киев, 1980г.); не научно- про-иэводственноя конференции по актуальным вофосам мелиоративного' и водохозяйственного строительства, посвяшенноЯ ЮО-летив со дня рсидения академика А.У-.Дубаха <г.Горки, 1983г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано семь статей.

• Объем работа» Диссертация состоит из введения, пятиглав и основных выводов. Материал изложен на 246 страницах, включая 67 рисунков. 19 таблиц, 29, приложений и список использованной литературы« содержащий 220 наименований, из которых 22 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе-рассматриваются наиболее распространенные в настоящее время методы определения водопотребленкя сельскохозяйственных культур. Приводится обзор' общепринятых эталоншх методов для непосредственного.измерения ьодопотреблёнмя* х числу которых относятся методы теплового и водного балансов* а также метод весовых почвеншх испарителей, являвшийся частным случаем метода водного:баланса.

Кроме определения в полевых условиях, водопограбление может быть рассчитано с помощью ряда методов, принципиальная общность которых заключается в использовании метеорологических показателей внешней среды. Из приведенного обзора следует, что большинство авторов выделяет температуру воздуха, дефицит влажности воздуха и испаряемость в качестве основных, отражающих влияние на аодопот-ребление сельскохозяйственна культур метеорологической обстановки, складывавшейся на протяжении всего периода их. роста ч'раэви-тия. в связи с этим, а также принимая во вникание го обстоятельство, что наиболее перспективными в настоящее время считается методы, предусматриваюяие учет особенностей биологии культур с помощью биологических.коэффициентов,, для расчета водопотребления ' основных культур Северо-Запада*Нечерноземной зоны РСФСР выбраны-, методы А.Ы.Алпатьева и С.М.Алпатьева (по дефициту влажности воздуха), А.Р.Константинова и ГГИЧпо испаряемости) и СепНИЙГнМ-(по , температуре воздуха), в расчетную формулу которого введен биологический коэффициент. . ■ ..'

Зторая глава содержит результаты расчета среднемноголетних - -биологических коэффициентов водопотребления (биологической кривой) овощных культур (капуста, морковь, свекла), картофеля и многолетних трав применительно к условиям рассматриваемого региона. Рассматривается вопрос об изменчивости биологических коэф-

фициентов по голам с различными метеорологическими условиями. Обосновывается возможность использования ГТК для учета временной изменчивости биологических коэффициентов и расчета водопогребла кия сельскохозяйственных хультур..

Биологические коэффициенты' рассчитывались по декадах вегетационного периода путем деления водопстремления» установленного мefo-дом воднсго баланса (для случая залегания грунтовых вод на глубине на менее критической), на соответствувкий метеорологический показатель. Для-расчета использовались данше наблюдения агрометеостан-ций Госкокгидрсмета. Исследование ка однородность независимых рядов водопогребления отдельно по вибраншм культурам (для одного и того же метода расчета), проведенное по критерии Р.А.Фикера, показало, что эти ряды являются выборками из одной генеральн(Я совокупности при 5?-ной уровне значимости. Это дало основание осуществлять все рвечеты по объединенному статистическому ряду. На обчего ряда, включаюиег-о 2Ц0 декад, отобраны декады (всего 103) с оптимальным влагосодержанием расчетного слоя почвы. На основе литературных данных за верхний предел оптимального диапазона влажности почвы принята величина наименьшей влагсемкости (НВ),'а за нкхний-величина, равная 0,70НВ. В качестве расчетного принят слой почвы-0-30 см. в котором сосредоточена"основная масса (95 X) корней сельскохозяйственных растений. Из обработки исключались декады со значительными суточными суммами осадков, поскольку в'этом случае водопотребленне оказывается завышенным из-за неучета фильтрации влаги в слои почвы, лежадке ниже расчетного.

¿ля расчета среднемноголетких биологических коэффициентов К в зависимости от номера декады N получены следующие уравнения:

К » 0,3465 + 0,0611М - 0,0046 N ^, корреляционное; отношение

. Ч • 0,70

(по методу А.М.Алпатьева и С.М.Алпатьева); (I)

1С « 0,3990 +,0.0529М - 0,0057Ы 2,. 1- 0.90,

(по методам А.Р.Константинова и ГШ при расчете испаряемости по А.Р.Константинову); 42)

К - 0,5437 + 0,0512N - 0,0063 N 2. - 0,84

(по методу СевНИИГиМ). . (3)

Показано, что биологические коэффициенты характеризуется значите л ж оЯ изменчивость» по гадам, обусловленной вариациями-погод-ных условий, неучет когорей при расчете:водопотребленкя может

• привести к существенным (до 200 f} погревностям. С.М.Алпатьеаим предложено перейти от временного интервала к сумке тетератур воздухе э« этот интервал. Однако; анализ полученних зависимостей сраднемноголетних биологических коэффициентов от суммы температур воздуха п сказал, что такой подход не является рееениви вопроса об изменчивости биологических коэффициентов по годам с различными погодными условиями. Для исследуемого региона реализована методика унификации биологических-коэффициентов, разработанная Н.Г.Толченке для расчетов волопогреблення методом А.М.Аллятьева а С.М.Ал~ патьева применительно к условиям Белоруссии. Корреляционная связь отклонении сумм дефицитов влажности воздуха Zd и биологических коэффициентов' К от среднемноголетних условия, выраженная уравнением *

К «Я (■- 1,18 _ + 2,16?, 00

оказалась недостаточно тесной (коэффициент корреляции 1> « - 0.57).

В.целях корректирования среднемноголетних биологических коэффициентов, независимо от метода их расчета выбран наиболее распространения в агроклиматологии комплексный метеорологический показатель - гидротершческий коэффициент, предложенный Г.Т.Селянино-вы*. ПК численно равен отновенив сумм» осадков ¿H за расчетный период к одной девятой сумм» температур воздуха ¿"t вике 10°С за этот период, т.е; ГТК ж 'g

Выражение 0,1 Zt представляет собой приближенную оценку испаряемости, яъляеквйся предпосылкой каксималшо возможного урожая, поэтому ГТК можно принять в' качестве показателя соотношения фактического прихода влаги я количества влаги, необходимого для высокопродуктивного развития.

При использовании'методологического подходе М.Г.Голченко получена возможность проводить корректирование среднемноголетних биологических коэффициентов по декадам вегетационного периода в соответствии с конкретными условиями по ГТК:

К - IT ( 0,62 -Ш- + 0»ЗЭ ), Ъ * 0,79 • ITK

(по методу А.И.Аллатива и С.М.Алпатьева); (5)

к - к С 0,60 -Щ. + о,40 ), г - 0,60 ГТК ,

(по методу А.Р.Константинова); . (6)

К - К ( 0,46 -jp- ♦ 0,5t ), X « 0,78

(по методу'СввНШГйО. , (7)

Более простых способом учета, временной изменчивости биологических коэффициентов является их определение'непосредственно по ГГКг

К - 0.23 ГТК + 0,18 . г - 0,78

(по методу А.М.Алпатьева и С.ЬкАлпагьева); (8)

К - 0,20 ГХК + 0.21., г * 6,79

(по методу А.Р.Константинова);, (9)

К * 0,23 ПК + 0,28 , ■ г- 0,77

(по методу СевЩШЧй). (10)

Наличие корреляционной связи с биологическими коэффициентами показывает, что ГТК количественно характеризует'не только:изменчивость условий влагообеспеченности,'; но и реакции растений на эту изменчивость. Это можно объяснить тем-, что изменение метеорологических условий в сторону недостатка или избытка уалажнения вызывает действие наследственно обусловленного механизма'приспособительных (адаптацконшх) реакций растенкй, выражаоцегося в перестройке обменных процессов. Это сопровождается изменениями-ритиов. развития, с которыми, в свовочередь, связаны изменения биологических коэффициентов, призваавдх-отображать влияние рятмов развития на режим потребления воды растениями.

Исследована возможность расчета по ГТК величин водопотребления. По объединенному статистическому ряду для выбранныхкультур установлена' корреляционная связь иеж^у декадными значениями водопог-' ребления Е и*ПК при различных условиях увлажнения.

Для случаев оптимальности влагсзапаоов IV расчетного слоя почвы (0,70НВ£ Ш<НВ) без учета значительных по величине-осадков . уравнение имеет вид:

Е « 8.67 т> 10.79 , V - 0,75 ... (II)

. с учетом всех выпавиах осадхов

Б - 9,511 ГГК ♦ 10,15 . X - 0,83 . . (12)

Для случаев, когда'Величина влагозапасов расчетного слоя почвы, находится за пределамх устатвленного ди&пазона оптимальности (W<O^7OH0 или\у>НВ), уравнениейпюет вид:

Е - 9,17 ГТК + 11,61 , г >.чр,81,,. (13)

. В обяем случав жоррвляцшоннаг свяэь водопотребления с ГТК вы- . ражаетслуравнением-

в « 9,34 гтк + Ю,в9 . - . ' ачу

В третьей гдаве приводятся методика и резудвгати экспериментальных полевых исследований, проведенных в 1979-81г.г. в опытно-производственном хозяйстве СевНйИГиЫ, расположенном в Ленинградской области, являсшейся типичней для Северо-Западной зоны РСФСР по климатическим* геолого-почвенным и гидрологическим уехшиям.

Целью проведения подевнх исследований являлась оценка применимости полученных зависмостей. Поэтому основная задача заключалась в определении водопстремления и сопутствующих мете¿параметров. Водопотробленив капусты и многолетних трав определял ос ь с помочью 16 почвенных испарителей ГШ-500-100 (по 9 для каждой:кул мури) на испарительной пловадке, об орудов анной'в соответствии о методикой Госкомгядро м»та. Для расширения.диапазона значений ГТК при . конкретной метеорологической обстановке водопагреблени» измерялось при трах вариантах режима увлажнения; I вариант - естественное увлажнение, обусловленное осадками; П вариант - модель опт «мал ь-ного увлажнения расчетного слоя почвы о предподнвной влажностью, принятой равной 0,70Н8; И вариант - модель увлажнения, при котором сумма осадков за расчетный период увеличивалась на величину поливной кормы - модель совпадения осадков о поливами,.Водопотре-бление определял ос ь'по пентадаи в трехкратной повторноотиддя* каждого варианта режима увлажнения, ¿ля установления поливкой нормы определялись водно-физические свойства почвы участков для зарядки испарителей. Приводятся морфологическое описание почвенного профиля и данные по механической/ составу, из которых следует» что почвы, относятся к дерново-педзолистым, сложенным легкими и средними суглинками.

В результате моделирования режимов увлажнения получены условия теплоалагообеспеченности, практически полностью отражающие:вариации обеспеченности ГТК рассматриваемого региона. Расчет обеспеченных величин ГТК, а также сумм температур воздуха и осадков выполнен для пентад и всего периода активной вегетации по данным наблюдений метеостанции Петроград-Ленинград эд период 1916-01 г.г. Обоснование длительности расчетного ряда проводилось с учетом его цикличности. •

Для определения расхода влаги по охделшым слоям потен в испарителях с многолетними травами проводились измерения влажности почвы с помовьв нейтронного влагомера НИЗ-г, возможность использования которого в испарителях ГГИ-500-100 предварительно оценивалась. ¿ля уменьшения погрешности измерения а поверхностном

(пахотном) слое произведена полевая тарировка путем параллельных определений влажности почвы в слое О-ЗО см термостатно-весовым методом с обоснованием необходимого количества скважин (ловторностей) отбора почвенных проб при заданной точности измерения. Показано,-что при корректировке величин влажности почвы по полевой тармровоч-ноЯ кривой погрепность измерения в слое О-ЭО си в 94,3 % случаев не превышает предедмой о&ибки нейтронного мзтода.-В результате обработки данных измерения влажности почвы с помоцы>-НИВ-2 и после-дувших расчетов методом водного баланса пентадных величин водопот-ребления для слоев 0-30, 0-50 и 0-100 см подтвердилось наличие установленной по'материалам Госкомгидромета корреляционной связи во-допотребления с ПК (табл.).

Таблица.

/равнения регрессии зависимости-водопотребления от ПК

СЛОЙ, СМ 0,70нв«и^< на \7<0,70НВ 0.70НВ £ Н8 W < 0,70НВ

О-ЭО Е=5,78ПК+7,39 Е-Э Д5ПК*б,38 В-5,58ГПи5,б*

Л »0.87 г «о,а*. Ъ-0,85

0-50 Е-5,57ПК+6,8б Бч2|94ПК+5,55 В-5,48ГТК«.5,37

1-0,83 1-0,8*

0-100 Е«5,0ЭГГК+б,39 В»£ ,56ПК*6,42 Е-4,9бПК+б »04

г-0.78 г -0.72 г-0,76

На основе подробного аналнэа динамикн почвенной влаги по профилю метрового слоя в зависимости от режима увлажнения установлено, что слой 0-30 см, принятый в качеств* расчетного, является слоем наиболее активного влагообмвна.

Применение испарителей позволило количественнооценить эффектизноет ь использования водных ресурсов сельскохозяйственными кулмура-ми в зависимости от метеорологических условий. Под эффективным использованием в данном случае понимается часть обоего объема поданной воды-(осадки, поливы), которая задерживается в пределах расчетного слоя почвы и затрачивается наводоп стремление, определявшее в конечном счете урожай;

С помощь® интегральных кривых показано, что дополнительный к осадкам приход влаги от поливов при одном и том же - режиме темпе-ратуры.воздуха вызывает увеличение-еодопегребленкя, которовпри оптимальном режиме,увлажнения-(вариант^) происходит за счет-увеличения эффективней составляшей, судя по отсутствии стока и прибавкам урожайност и; При'переувлажнении :Почвы в-случае совпадения

■и'

осадков с поливами (вариант 1) увеличение водопотребления определяется в основном потерями на фильтрационный сток. Для расчета пентадных;величин водопотребления и его эффективной В' и неэффективной ^ составлявших получены, следуювие уравнения:

Б -;5,19.ГТК + 5,28 % = 0,81 : (15)

Б « 6,24 ♦ 5,58-ГТК ¿.-0,45 ГТК2 , 1-0,77 (16)

^ - 0,75 ГТК1'76 0,85 .. ■ * (17)

Правомерность вывода, полученного на основе массовой информации-Госкомгидромета -о возможности использования одной зависимости для • культур;: выращиваемых в условиях.зоны достаточного и избыточного увлажнения, подтверждается и1экспериментальными данными. При рас- смотрении динамики водопотрвбления капусты и многолетних, трав • трудно выделить закономерности, связанные с этапами онтогенеза. Вместе с тем, изменчивость водопотребления по культурам выражена в-значительно меньшей степени, чем по годам и вариантам увлажнения для одной и той же культуры. .

Проведена оценка^точности рассмотренных методов расчета водо-. потребления. Сопоставление с экспериментальными данными показало, что при использовании .среднемноголетних- биологических коэффициентов точность расчета определяется степенью соответствия конкретных погодных условия средним за многолетний ряд. Существенные отличия Значительно ослабляют теснотукорреляционной связи расчетных и измеренных величин водопотребления,-вследствие неучета ере-* менной изменчивости биологических коэффициентов. Корректирование -.биологических коэффициентов с лоиоцыкГТК применительно к реадь- ' ной метеорологической обстановке (уравн.8-10).позволяет в 2-3 раза повысить точность расчета водопотребления: Введение унифицированного по ГТК биологического коэффициента предоставляет возможность' реализации значительного (в 3 раза) резерва повышения.точности: метода СевНЩГЛ. Наибольвее соответствие данным экспериментов ( X *• 0,89) обеспечивает метод расчета водопотребленияг по уравнении связи с ГТК.

' В четвертой главе проводится исследование и построение, зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от условий^ их

влагообеспеченности,., . ; . __

Для описания влияния условий среды и; в частности; метеороло-гическвХ'условкй на продуктивность сельскохозяйственных культур в наегоявее время исполъзуртсяматематкческжемвдвли,. которые: • '

условно разделяется на теоретически», полуэипярячесхя» м эмпирические. Теоретические модели «смолами на описании физического механизма продукционного процесса. К их числу относятся динамически* модели, позволяющие рассчитывать характеристики описываемой смет*-, ми во времеш. Качественно боле* высокому уровне соответствуют нмхтационги*.модели формирования урожая, позволяйте проводить активны в эксперимент на Э£М пб аналогии о физическим, происходя*«м на сельскохозяйственном поле. Подузмпирнческие модели основам* на сочетании теоретических представлений о механяеие процессов формирования урожая «[выводами, получениями в результате статкстичеохо-го анализа экспериментальиого материала. Эмпирические модели позволяет получат» количественны* характеристики продукционного процесса только f» обнове зависимостей, уствжовлемшх методами мате-' матической статистики в реэул^гатвобря5отки больного объема экспериментальной информации, приводятся обзор предлежеихых для различных почвенно-климатических условий зависимостей для раочета урожайности-сельскохозяйственных хулыур от уровн* их вдагообеспе-ченности. выраженной как абсолютными, так и откос ител имми показателями.

Для характеристики влагообеспеченности принят дефицит водооот-реблвяия, представляющий собой д«полнительное х естественному увлажнении количество влаги'до величины ептимальиого водопотребле-мхя. В этом случае дефицит водопогреблекия приравнивается к величине оросительной нормы, как если бм орожеяие проводилось и обеспечивало оптимальный водный режим хориеобитаеного слоя почвы,

Для установления связи урожайности овоиных культур (капуста, морковь,: свекла),;картофеля и многолетних трав в^усаовяях.Семро-Западной зони РСФСР с расчетным дафишггомводопртреблемжж исполь* зовались данные Государственной комиссия по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур нагосссрт<участхахзапоследммв 5-10 лет» Использование данный госсортоучастков, характеризующихся стабильно (нз года s год) высоким агрофоном выращивания культур на протяжении вегетационного периода, позволяет исключить влияние на величину урожайности уровня агротехники и доз удобрений. Для исклжчения влияния на урожайность сортовых особенностей культуры к рассмотрению принимались только лучине* районированные по региону сорта. О ВдиЯме грунтовых аод не учитывалось; поскольку гдубхжа мх.залета» имя во всех с^чаях была не менее критической.

Дефицит водопотреблемкя за вегетацмоитй период определялся хах' сумма декадных дефицитов. Оптимальное водопогреблемие рассчжтыва- '

"лось по методы А.М.Алаатьева к С.И.Алпатьева, А.Р.Константинова. СевНШГЛс учетом бнодогяческих коэффициентов, а также по связи сГТК-(уравн.Н).. Биологические коэффициенты уиифввироаялксь с похоиье ГТК по уравяеишк (8-10). Метод ГШ не применялся из-за невозможное» получения необходимое информации о водно-физичесгах свойствах почвы в связи с отсутствием таких измерений на госсортоучастках.'

Независимые ряднаеличия урожайности IX в долях от иажсммаль-ной отдельно по культурам обгеджмеян вобаий статистически

ряд,, составивший 145 членов, для которого подучена достасочио тесная связь с,дефицитом водопогреблеяия Д.. При расчете оптимального водоп ограбления по метоф А.М.Алпапева и С.Х.Алзатьава уравнение.этой связи^меетвид:

" Ц -.0,8296 - 0,0019 Д- 0,00005 Д2 , % - 0.70 ; (18)

, и то* ,

по методуА.Р.Константинова . . .

,, Ц - 0,8849 + 0,0007 Д - 0,00011 Д2 , П - 0,74 ; (19) по методу СевЮИГЛ

"77^-- 0.8678 - 0,0019 Д - 0,00013 & , .. - 0,73 (20)

. 1 ■ V

— тал' . 1 ■

по уравнения связи В " j (ГТК)

U

0,9072. + 0,0008 Д - 0,00012 Д2 . % - 0.79 . (21)

U мох

■ Применимость полученной зависимости для расчетов урожайности на орошаемых полях подтверждена материалами полевик опытов Вологодской рпытно-мелноративиой стаипяи СевНИЯГиН по изучению влияния режимов ороиення на продуктивность сельекохозяйственшх кулъ-тур.

Пятая глава посвящена использование/результатов исследований при проектировании ^эксплуатации оросительных систем/Выбор оптимальной (расчетной) обеспеченности.ороаеиия.при проектировании оросительных систем?производится на>основ* техиико^экомомкческнх расчетов. Из приведенного обзора сунествуваих в настоящее время: методов следует.„что опредалежие^оптямальноа обеспечеияостиоро-смтельиоЯ нормы основало на с опоставителыюм. аиалиэе.объема.сельскохозяйственной продукции с уровнем единовременных и.текуних.затрат, необходимых-для. его'получення,. Последовательное тьпроведзиия технико-экоиомическего обоснования оптимальной обеспеченности оросительной нормы.с использоваякемпредложэшшх зависимостей для расчета водопотребленя урожайности,сельскохозяйственных кул ь-

тур похазаиа на прикаре типового проекта орояеикя а совхозе Копорье Ленинградской обдаст«, разработанного 1е дгипр ово дхо з о м.

В качестве обеспечен»« величии оросительной нормы использовались обеспеченные величины дефицита в о до п отр «5л ени я, рассчятааше во материалам к аб ледени Я метеостанции.Петроград-Даилнград за период 191б-е1г.г. .Похазано, что примзнеине 'относительио хоротких сгахис- . тичеекмх рядов (до 25 лет) может привести к существенной (до W X) 'ошибке расчета. О от им ал шов яодопатребленке рассчитывалось по уравнен» СИ); при использовании которого получена наиболее тесная связь1 дефицита водопогребления с урожайности.

Основным критерием выбора наиболе^ экономичного варианта принят микикунприведевных затрат на вдквяцу продукции,«« расчета которых использовалюь дамные Лэнгипроводхоза и нормативи по экономке ■ планирование сельскохозяйственных мелиорация, разработан)«!» л СевНИИГй, Выбрамиоцу критерии соответствовал« обеспеченности, равные 70-75 f, при этом орелкемаоголеткля урожаЛндоть сказалайь . выке при 75%~ноЯ обеспеченности оросительной нормы, которая и'рекомендован« в качестве расчетной для рассмотренного объекта.

В целях оперативного убавления оросительными мероприятиями на основв предложенных зависимостей разработана автоматизировакжая подсистема," позволяемая путем те к у «его анализа метеоролсгилеской обстановка получать информации о состоянии водного режима почв».и при необходимости.определять срок пршедэкя* полжва. Реализация подсистэмыооуществлека в рамжах автоматизиршанной информационной системы агрометеорологического обеспечения программированы хаев, разработанной ПраваиТоя структура« описание ос нов на х бдохов укеваняоя сиотемк. Подсистема анализа условия увлажнения « управления поливом, относяяаяс* к блоху оперативного управления, представлена в виде блок-схемы, показывасиеВп со доловите л ьность и основные особенности реализуемой задачи. .;

Состояние водного режима конкретного сельскохозяйственного воля оценивается по соответствию фактического с одержания'активной; влаги в расчетном слое почвы оптимально»^ ее содержали». Запасы активной влаги рассчитываются методом-водного баланса, опткм ал шое водопстребление-- по уравнение связисГТКСуравн.И), В поденете ме предусмотрено ислользованме-как текучей, так и прогностичео-^ кой метеоинформации-в качестве исходной. Результатом расчета является сообцецие пользователю о состояния водного режима на поле.

Далее (при необходимости) реализуется вторая функция подсисте-.

■ ■ .

мы, предназначенная для расчета с рек о в палева. Динамика влагозапа-сов анализируется на К-м ваге вычислений по сложнвиимоя асгодным условиям, з&темпроводится расчет предполагаемого водолотребленяя в пределах оптимальной влажности почвы и определяется срок очередного полива. Расчет повторяется по мере поступления данных о фактических значениях метеоэлеме нгоа. Выходные данные представляется в виде специально оформленшх таблиц* удобных для анализа и принятия решений при оперативной корректировке эксплуатационного режима орсиеиия. *

ОСНОВНЫЕ ШВСЯЫ

I. Полученные для расчета водопограбления;в условиях СевероЗападной зоны РСФСР по методам<А.К.Алпагьева и С.М.Алпегьева, А .Р .Константинова, ГГИ (при расчете испаряемости по А.Р,Констан-тшову) и СевШШГ^Ь(ори введении биологического хозффвцшнта) кривые изменения.среднемноголетхих значений биологических хоэффи-ццентов (биологические кривые) характеризуется достаточной устой-чивостыг-(корреляционное отношение равно 0,70 «-0,90). В связи с этим по указанным биолсгичесхим<кривым могут быть определены сред-кемноголетние-значения, биологических коэффициентов для л&боя двка-ды или сумм^температур от даты всходов, псеалкиили.возобновления вегетации.

2.. Точность расчета водопстремления методами, с одержали»»* в расчетной схеме биологические коэффициенты, может быть значительно (в 2-3-раза) повикаа при переходе от среднемнсголетяях величии этих хоэффицаентсв к величинам, отрахаваимреально сложивиу&ся ые-теоролсгнческув обстановху. Возиянооть перехода к "отзывчивым" на изменешепо годных условия биологическим коэффициентам предоста»-ляет использование предлежеиюго Г.Т.С ел яма новым гидрогермическо~ го коэффициента, являвшегося ксличественшм показателем «зменч*-востк метеорологических условия среды и реакции растений на эту изменчивость.

З.Ткдротермическшв коэффицвеиы связаны с биологическими линейно! зависимость*. С учетом »того по величине ГТК можно корректировать срвдишы(голет«м велачжны биологических.коэффициентов в соответствии с кошретиоа метеорологической обстановкой или оперативке рассчитывать бкологичеекме коэффициенты непосредственно для конкретной метеорологячвскоЯ обстшовхи.не прибегая к использова-

лив «х среднемногояетинх величин.

Из анализа результатов статистической обработки кассовой им-формации Госкомгилромета и полевых опытов по медеджроважи* различных вариантов режима увлажнен!*,в испарителях ГГИ-500-100 следует, что Между водопотребдеиием сельскохозЛствеиних культур и гндрф» термическими коэффициентами смеет место лишейиая завшспости Метод расчета, водопотреблеиюг, основанный аа использования ГТК, обеспечивает кяяЗоливе соотввтстаив экспериментальным данным, оря. этом рад четка* схема упрощается за счет я сх лечения дополнительных операций по о пределам» биологических шооффицткгов. -

5, ^ескота свжэи водопогреблвижя с метеорблогмчееххмш условиями, внраеяжым* чврел ГТК,. обусловливается мощности) расчетного слоя' почвы ж его влагоеодержаикем, С у вел к чешем можно ста расчетного слоя почвы поверхности) Ш уменьшением его влягосохерхажия; no сравиеит'снижиея границей оптимального диапазона, указанная связь становится меиее тесной.

6, Соотиоженю эффективной (на обраэовахиа растительной!массы) я неэффективной (на фалшряциоаяий сток) составлявших водммтреб-леиия определаетея вариацией метеорологических условия и может бить количественно оценено по ПК. Эффективных рагход воды, определяема в конечном счете урожай; связан с ГТК параболической за-вясшветьв, а неэффективный расход воды, определявший потери на фильтраци»;-. степенной.

7, Кехду урожайность» сельскохозяйственных кулыур и условиями влягсобеспечени&т*, выраженней дефицитом.водопотребленид,. существует параболическая связь. По уравнение этой связи мсяио, используя только метеоданжые, рассчитывать величину оросительной нормы под планируемый (заданный) урсевкь урожайности, а также потеря илж прмЗавкя урожайности приоросиилщоа корме соответственно меньшей-или большее расчетной,

6. На примере типового объекта орошения показано, что предло-хенше.зависимостш вшопотребления от ГТК и - урожайности ст дефицита водопотрвбдения могут служить основой для техника-экономических расчетов по выбору: оптимальной обеспеченности оросительное нормы в Северо-Западной зоне РСФСР.

9. Разработанмаян'рбализованнаян* Э9<?подсистема анализа условий увлажнения>и-управления поливом позволяет автоматизировать прадеос оперативного формированы оагям&л шого режим* времени* в-соответствии,с конкретной агрометеорологической обстановкой для

получения запрограммирован юге уровня урожайности.

Основные положения диссертации опубликована в сладучщих работах;

I. Расчет 'р«химов орожения овощных кудыур по метеорологическим данным.- В Кн.: Мелиорация переувлажненных земель. Л., 1978, с.137-141.

Расчет аодопотреблеяия по метэопаршетрам.- Гидротехника и мелиорация, 1980, *9, с,40-42 (в соавторстве).

3. Методические приеш уточнения расчета водопотреблешя в эксплуатационном режиме оровеиия.- В кн.: Во «потребление и оптимизация о рвения в Нечерноземной зоне РСФСР,- Л., 1981, с.3-10.

4. 'Зависимость урожайности от влагообеспечеиности в условиях Ленинградской области.- В кн.: Ведопогребление и оптимизация оро-шеиия'в йечерцоземиой зене РС$СР. Л.,_ 19Щ, о.10-13.

5. Исследование эффективности «его льэованвя' подивней воды сель-

с »хозяйственным и культурам ив зависимости от метесфактсре»,- В кн.: .Расчет, конструкции и эффективность осувитально-увлахнительных сетей в Нечерноземкой зонеРО#СР. Л., 1983, с.84-91.

6. Автомат изироаанпаЯ подсистема анализа условий увлажнения и . управления поливом.- 8 кк.: Оптимизация воднаго, теплового и долевого режим» мелиорируемых почв. Л., 1984, с.10-16 (в сеавтсрстве).

7. Применение р«счеттх мет одев оценки оросительной нормы и урожайнее» для обоснования оптимальной обеспеченности о решения

В кн. :'П«вшение эффективности мелиорации земе»ь.-Л., 1984, с. 105-109..

М_ЗОв&ЗЛ„«г впреввдрио-За*. 1541 00.12. П .83.

Бесплатно , ,

18 V