Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование влагообеспеченности и разработка водосберегающей технологии орошения тонковолокнистого хлопчатника в условиях Прикопетдагской зоны Туркменистана

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Исследование влагообеспеченности и разработка водосберегающей технологии орошения тонковолокнистого хлопчатника в условиях Прикопетдагской зоны Туркменистана"

............-ГО / .'?!

1У л а 2 )х,

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК АГРОФИЗИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЯЬСКИЯ ИНСТИТУТ

На правах рукописи АМАНОВ Мурад Ходксамедович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАГООБ5СПЕЧЕННОСТИ И РАЗРАБОТКА - ВОДОСБЕРЕГАЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ОРОШЕНИЯ ТОНКОВОЛОКНИСТОГО ХЛОПЧАТНИКА В УСЛОВИЯХ ПРИКОПКТДАГСКОЙ ЗОНЫ ТУРКМЕНИСТАНА

Специальность II.00.09 - Метеорология, климатология

и агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Пегэрбург, 199*

'У/У У /Ул

/ / ' У / --/./У .:

Работа внполнзна в Туркменском научно-исследовательском институте мелиорации и водных проблей.

Научный руководитель - член-корреспондент ВАСХНИЛ, .

доктор технических наук, профессор С.В.Нерпин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор М.А.Ыихалев; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Д.Б.Циприс.

Ведущая организация - Волжский Научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации.

Защита состоится " " (1-4^71 - 1992 г. в 15 часов на заседании специализированного совета К 020.21.01 в Агрофизичаск научно-исследовательском институте по адресу: 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., д.14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизи -ческого научно-исследовательского института.

Автореферат разослан " & " .1992 г.

Отзывы в двух екземпяярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу; 195220, Санкт-Патербур Гражданский пр.,д.14, АФИ.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук

Т.М.Брунова

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы» Использование воды в орошаемом земледэ-1И - сложный процесс, включающий комплекс технико-экономических •организационных мзропраятий, направленных на рациональное вс-зльзование орошаемых земель и водных ресурсов. Недостаток или »быток воды, поданной на полив возделываемых сельсксхозяйствен-IX культур, приводит к снижению урожайности и качества продукт, а также к увеличению затрат на эксплуатацию гидромелиора-1вннх систем. Поэтому особое значение имеет разработка диффе-знцированйых ражиг/ов орошения, обеспечивающих получение высо-зх, качественных урожаев с экономным расходованием поливной воя. В технологиях такого рода прогнозирование влагообеспеченно-ги в аридных условиях обусловливает в основном оптимизацию регулирования водного режима почвы. В связи с этим особое значешш риобретает комплексное изучение теплового, водного и солевого зжимов хлопкового поля о целью оценки потребности во влаге и ^активного использования водных ресурсов. В ршдазх этих иссле-ованлй обоснование оптимальных режимов орошения является наибо-ве актуальной научной задачей.

Предлагаемая диссертационная работа посвящена исследованию ярокого круга проблем, связанных с практическими аспектами зучения водного режима поля и регулирования его в оптимальных редалах при экономном расходовании оросительной воды и при поучении заданного количества сельскохозяйственной продукции.

Дель и задачи исследований. Целью работы является разработ-а концепции формирования технологии полива и принципов регули-ования водного режима на основе комплексной информации о тепло-ом, водном, солевом режимах и физиологии посева. Для достиже-ия этой цели в диссертации были поставлены следующие основные адачи:

- разработать методику экспериментальных исследований, беспечиввющую получение необходимой комплексной информации с ребуекой точностью;

- осуществить анализ водопотребления посева хлопчатника с четом теплообеспеченности и фазн развития растения;

- провести комплексные исследования теплового, водного и олевого режима орошаемого поля хлопчатника;

- провести исследование основных физиологических.функций (фотосинтез, дыхание, транспярашя; хлопчатника в производствен ном посеве;

- провести анализ результатов полевых и лабораторных опито с целью сравнительной оценки возможных критериев влагообеспечен ности и выбора наиболее эффективных режимов орошения.

Научная новизна. Впервые в аридных условиях проведены мето дические и теоретические исследования по управлению водным реяш мом на основе комплексных характеристик физиологического состоя ния, водного, теплового и солевого режимов поля. Обоснован и разработан режим орошения и технология полива, позволяющая эффективно использовать ограниченный ресурс поливной воды в продукционном процессе развитая хлопчатника с учетом степени лимитирования влегообеспеченности по фазам его развитая.

Практическая ценность работы. Результаты исследований использованы при разработка технологии полива, обеспечивающей оптимизацию режимов орошения хлопчатника, а также при создании бг вовой документации для проектирования в эксплуатации оросительных систем в хозяйствах Туркменистана.

Выполненные Яша методические разработки применяются при организации исследований по программированию урожаев хлопкового поля и могут быть пологепи в основу подобных работ для аридной sohh дай других культур. *№комавдапиа по влагообеспеченности. хлопкового поля с учетом элементов программирования урожаев в условиях Прикопе тдягской зоны Туркменской ССР" одобрепн для вне, рения научно-техническим ооветом АПК ТССР в 1988 г.

Результаты исследований положены в основу режима орошения хлопчатника для Прикопетдагской подзоны при разработка подивим режимов сельскохозяйственных культур по Туркменистану (Ашхабад 1989). .. .

Апробация работ. Результаты диссертационной работы доклад! вались: на республиканской научно-техничзской конференции "Hay но-технический прогресс в мелиорации и водном хозяйстве Туркменистана в задача водохозяйственных организаций по его ускорена! (Авхсбад, 1986); на всесоюзной школе-секинара "Агрометеорологические методы оптимизации в информационное обеспечение модели водного режима хлопкового поля" (Фрунзе, 1988); на всесоюзной конференции молодых ученых "Нута повышения эффективности испол: зования водных ресурсов в условиях их нарастающего дефицита" (Ташкент, 1988).

Публикации. По результатом исследований опубликовано 10 ра->т, из них статей - 6, тезисов доклвдоз на конференциях - 3, 1ТОдические рекомендации - I. Список работ, отразг.вших содер-зние диссертации, приведен в конце реферата.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех 18В, списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации со-гавляет 203 странипы машинописного текста. Диссертация содар-!Т 43 рисунка, 47 таблиц. Список цитируемой литературы насчиты-зет 167 наименований, из них 9 иностранных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности темы дис-эртации, сформулированы цели и задачи работы.

В первой главе -в рамках обзора литературных данных рассмат-иваются основные природные условия района и дается краткая ценка природно-климатических условий периода и места провзде-ия исследований, а также приводятся сведения о гидрогеологиче-ких условиях и почвенных характеристиках. Анализ представитель-ости выбранного опытного участка показал, что по пяти главным ризнакам а го типичность для массивов предгорной зоны Каракум-кого канала соответствует уровню совпадения 0,75.

Полевые исследования проводились на хлопковом поле в сов-озе "Путь ленинизма" Ашхабадского района. Характеристика уоло-ий полевых опытов за период наблюдений включает информацию об тклонении метеоусловий опытного участка от фактических данных етеостаннии и от устойчивых климатологических показателей.

Анализ опубликованных работ по изучению водопотребления лопчагкика в Туркменистане выявил значительную вариацию показа-елей. Изучение влагйобеспеченности хлопчатника в основном было риентировано на общую оценку водопотребления и режимом ороше-ия. Полученные материалы не удовлетворяют современным требовании к информации такого рода, необходимой для оперативной оцени и уточнения режима полива хлопчатника, регулирования водного егама в оптимальных пределах при экономном расходовании ороси-ельной воды, в также требований,' обусловленных созданием базы анных идентификации моделей. Материалы наших комплексных иссле-ований могут использоваться для решения задач такого рода.

В конце первого раздела работы сформулированы основные за-ачя исследований.

Вторая глава посвящена рассмотрению методики исследований. Выбор участка исследований и полевые наблюдения проводились на основании методических указаний об организации исследований по программированию урожаев, разработанных в АФИ. В ходе работы, помимо таплобалансовой аппаратуры АФИ, на участке исследований были установлен металлические переносные водосливы для учета количества воды, подаваемой на балансовый учвсток и сбрасываемой за его пределы, а также почвенные термометры.

Определение почвенных характеристик: гранулометрического с< отава, объемного и удельного веса, показателей засоления почвы,, минерализации оросительной воды - производилось в лаборатории ш стандартной методике на отобранных почвенных образцах.

При этом основные агрофизические и гидрофизические характеристика, необходимые для оценки влагообмена почвы с растениями, были уточнены, а частично приведены но основа ранее проведенных нема работ для Првкопетдагской зоны.

В наших исследованиях был развернут расширенный комплеко ш блюдекий за раотительным покровом, который включал фзнологнчас-1шо я фитометрические наблвдэния, измерения транспирашш, дыхания и фотосинтеза. Взаимосвязь геометрических параметров растения с биометрическими показателями позволила отработать упрощенную методику оценки динамика вегетативной массы ъ комплексных фс апологических характеристик, связанных о площадью поверхности листьев.

Измерения интенсивности фотосинтеза, дыхания и транспврацял проводились с помощь» инфракрасной аналитической аппаратуры, в которой использован метод многоканальной открытой системы измэре ния газообмена листа о воздухом поЕ^О и С02. Кроме того, трано-гшрация определялась в полз по методу быстрого взвогавания на срезаниях растениях.

Использованная в исследованиях тепдобалансовая аппаратура, разработана в Агрофизическом институте. Она обеспечивала измерения в автоматическую регистрацию перепадов (градиентов! температуры дТ а влажности в приземном слое воздуха, радиапионно го баланса & в потока тепла в почву Ь , По среднечасовым значениям этих параметров по формулам метода теплового баланса в электронном блоке микропроцессорного теплобалаясографа МГ рассчи тывалось суммарное испарение 1Е , турбулентный поток тепла Р и другие характеристики энерго- и массообмена посева с приземным воздухом. Система управления МТ позволяет за интервал времени

эсреднения (I ч) провести опрос датчиков 6 или 12 раз (в зависимости от кетеорологчческой обстановка). По результатам измерений I вычислений осуществляется обработка информации на втором уров-аа: в течение суток идет накопление информации, а затем проводятся вычаслания дополнитэльных производных показателей а выдача на регистрацию суточных значений комплексных параметров. В их числе такие обобщенные метеорологические показатели, как суммы эффективных температур, экстремальные значения мэтеопаромэтров и т.п.

■Для уточнения элементов техники полива для производственно-опытного поля в ходе наших исследований проводились замеры в нескольких вариантах опытов: расходов струй, объема впитавшейся воды в период полива, времени добегания струи до конца борозды, параметров впитывания воды в почву. Скорость впитывания воды при этом замерялась на метровых отрезках по длине борозд прибором ПВН-ОО.

В ходе опытов равномерность подачи воды в каждую группу борозд обеспечивалась с помощью успокоительного бассейна. В каждой борозде расход воды измерялся треугольными водосливами. Учетные борозды разбивались на створы через 50 м, причем замеры проводили при всех поливах.

В третьей главе изложены основные результаты балансовых исследований и рассмотрены балвнсы воды, анергии солей для активного слоя почвы опытного участка. Механический анализ почвы, солевой состав и параметры водных свойств почвы определены циклом лабораторных исследований образцов почвы, взятых на участке из шурфов до глубины 160 см. Гидрофизические параметры для метрового слоя почвы (тяжелосуглинистые почвы с преобладанием легкоглинистых фракций) имеит следующие значения: величина общей пористости (ПВ) - 43,8 наименьшая влагоемкость (НВ) - 22,0 влажность завядания растений (ВУЗ) - 6,11 %\ максимальная гигроскопичность (МГ) - 4,05 %; объемный вес - 1,48 г/сы3.

Анализ водоудер.живающей способности почвы Прикопетдагской зоны позволил выделить водные константы, которым соответствуют следующие значения давления почезнной влаги:'МГ - 30 атм, ВУЗ -15 атм, влажность разрыва капилляров (ВРК) - I атм, НВ - 0,330,10 атм.

Лабораторные исследования засоленности показали, что в горизонтах 0-40 см по отношению СЕ/БОч почвы опытного участка относятся к хлорилно-суль^атноиу тапу засоления, а по общему содер-

- е -

жанию солей - к незаселенной почве. Грунтовые воды залегают на уровне 10-15 м.

В течение трех лет исследований содержание солей в верхних горизонтах 0-40 и 0-100 см в течение вегетационного периода изменяется незначительно. В метровом слое за эти годы содержание плотного остатка колеблется в пределах 0,1-0,4 а по хлору 0,01-0,03 % к сухому весу. Основные изменения происходят в горизонте 100-160 см, где показатель по плотному остатку за три года наблюдений колеблется от 0,18 до 1,5 %. Максимальные значения указанных характеристик засоления наблюдались в конце вегетации. Содержание хлор-иона за период наблюдений фактически не меняется.

Общая оценка фотосинтеза и продуктивности сельскохозяйствен ного поля проводилась по физиологическим, фенологическим и фотометрическим характеристикам посева.

Проведенные исследования позволили выявить связь веса урожая хлопка-сырца на одном кусте хлопчатника Мх в граммах со зна чением площади листовой поверхности куста хлопчатника Sp , м2, характеризующим общий фотосинтвтический потенциал растения:

м*=-132 sP- м а;

Значение фотосинтзтаческого потенциала посева по годам за вегетационный период в целом составляло 1073, 1252 и 935 тис.м2Лч в сутки, при урожайности хлопчатника 26, 28 и 25 ц/га.

Анализ связи между площадьп листьев и урожайностью фитоценоза позволил получить уравнения связи листового индекса üi , расчетной У и максимальной урожайности Urna* :

иИЗ*0.Штах)(0,22 +0.76-1^-) (2)

атак

Физиологические функции (фотосинтез и дыхание) хлопчатника и особенно их дневная динамика дают большой объем информации о состоянии посева. В ходе наших наблюдений проведены измерения интенсивности фотосинтеза и дыхания хлопчатника в разные фазы развития хлопчатника в нескольких вариантах поливного режима. Низкая валовая продуктивность фотосинтеза в начальных фазах развития хлопчатника связана глазным образом с незначительной величиной площади листьев на куста. Высокая интенсивность фотосинтеза ( 0,127, 0,110 и 0,127гС02. дм2/сут соответственно за 1985, 1986 и 1987 гг.) в этот период является фактором, обеспечивающим энергичный рост и развитие молодых растений. Интенсивность тем-