Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Технология регулирования гидротермического режима сахарной свеклы и картофеля в условиях орошения

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Технология регулирования гидротермического режима сахарной свеклы и картофеля в условиях орошения"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ ПЛУЧИО-ИССЛЕДОВЛТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ^ГИ/^р;ГЕХНИКИ И МЕЛИОРАЦИИ имени А. 11. КО СТЯ КО В А

САБУРЕНКОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

УДК 626.845

ТЕХНОЛОГИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И КАРТОФЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ОРОШЕНИЯ

Специальность 06.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова.

Научный руководитель: Доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Емельянов В.А.

Научный консультант:

Кандидат технических наук Губер К.В.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, академик РАСХН Гр и ropo в М.С.

Кандидат технических наук, доцент Сухарев Ю.И.

Ведущая организация:

ИЦ "Союзводпроект"

Защита состоится "21" ноября 1996г. в^ часов на заседании диссертационного совета по присуждению ученых степеней К.099.05.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова по адресу: 127550, Москва, ул. Большая Академичесхая, 44,

ВННИГиМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ. Автореферат разослан "21" октября 1996г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Е.Л. Ворожцова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Производство сельскохозяйственной продукции в нашей стране ведется в сложных природно-климатических условиях. В засушливой степной и полупустынной зонах, где основным лимитирующим фактором для развития сельскохозяйственных культур является дефицит продуктивной влаги в почве, размещено 70% посевов сельскохозяйственных культур. Этот фактор определяет здесь величину, качество продукции и стабильность сельскохозяйственного производства. Следовательно, в решении продовольственной проблемы решающее значение принадлежит орошаемому земледелию.

Орошаемое земледелие является самым крупным потребителем воды, объем которой составляет более 50% общего водозабора на народнохозяйственные нужды и удовлетворение потребностей населения. В отличие от во-допотребления промышленностью особенностью орошаемого земледелия является большой объем потерь и безвозвратность используемой воды, составляющей около 75% общего водопотребления в целом по стране.

В условиях ограниченности водных ресурсов дальнейшее эффективное орошаемое земледелие возможно только с привлечением последних достижений научно-технического прогресса в области оросительных мелиорации и смежных областях науки и техники, направленных на интенсификацию использования водных ресурсов, получение гарантированных и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Все это выдвигает в ряд важнейших задач мелиоративной науки разработку и внедрение в практику орошаемого земледелия водосберегающих технологий, позволяющих повысить эффективность использования поливной воды.

Настоящая работа посвящена исследованию нового метода регулирования гидротермического режима сельскохозяйственных культур, позволяющего непосредственным воздействием на величину приходящей солнечной радиации управлять тепловым и водным режимами растений. Метод заключается в нанесении на листовую поверхность верхнего яруса растений веществ, увеличивающих отражательную способность (альбедо) посева.

При этом за счет снижения количества солнечной энергии, поглощаемой растениями, происходит охлаждение вегетативных органов, приземного слоя воздуха и почвы. Это, в свою очередь, приводит к двоякому эффекту. Устанавливается более низкий уровень эвапотранспирации, ведущий к снижению водопотребления, и устраняется или сглаживается полуденная тепловая депрессия фотосинтеза, что повышает продуктивность сельскохозяйственных культур.

Указанные достоинства этого метода позволяют на его основе применять водосберегающую технологию орошаемого земледелия, существенно экономящую оросительную воду при повышении урожайности орошаемого поля.

Для разработки практических основ предлагаемого метода мелиорации фитоклимата было необходимо проведение обширных комплексных научно-исследовательских работ с целью исследования влияния регулирования гидротермического режима способом увеличения альбедо посева в сочетании с регулярным орошением на фитоклимат, динамику влажности почвы, водопотребления и урожайность различных сельскохозяйственных культур в разных почвенно-климатических зонах. Требуют своего решения и вопросы выявления закономерностей формирования радиационного режима, фитокпимата и фотосинтеза посевов при применении рассматриваемого метода, а также разработки основ и элементов его технологии.^

Цепь и задачи исследований. Основная цель исследований - определить эффективность и разработать технологию регулирования гидротермического режима сельскохозяйственных культур увеличением отражательной спо собности посева.

В соответствии с намеченной целью решались следующий задачи:

1. Установить практическую возможность и диапазон регулирования ра диационного и термического режима посева рассматриваемым методом;

2. Исследовать влияние увеличения отражательной способности посе ва сельскохозяйственных культур на его водопотребление и урожайность;

3. Разработать технологические основы регулирования гидротермиче скога режима сельскохозяйственных куьтур.

Научная новизна. Впервые в практике орошаемого земледелия предложен агромелиоративный прием - увеличение отражательной способности сельскохозяйственного поля, позволяющий непосредственно воздействовать на температурный и водный режимы вегетативных органов растения и почвы.

Изучено влияние увеличения отражательной способности посева в сочетании с орошением на динамику параметров фитоклимата, водопотребление и эффективность использования оросительной воды, динамику влажности почвы, урожай и его качество на примере сахарной свеклы и картофеля.

Определены основные технологические параметры метода, позволяющие применять его в комплексе интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур при орошении.

Практическая ценность работы. Внедрение предложенной технологии регулирования гидротермического режима сахарной свеклы и картофеля способствует оптимизации условий произрастания растений, повышает их урожайность, обеспечивает снижение оросительной нормы, повышает экономическую эффективность орошаемых земель.

Результаты исследований могут быть использованы при проектировании и эксплуатации оросительных систем с комплексным регулированием всех основных факторов жизни растений, что позволит обеспечить оптимальные для развития растений условия внешней среды на протяжении всего вегетационного периода, в которых формируется урожай близкий к биоклиматическому потенциалу сельскохозяйственной культуры.

Основные положения работы могут быть применены в селекции сельскохозяйственных культур для вывода сортов, способных к саморегулированию термического режима в широком диапазоне, то есть растений, способных за счет увеличенной отражательной способности своей листовой поверхности снижать температуру надземной фитомассы и транспирацию.

Диссертация представляет собой результат многолетней работы, в процессе которой автором непосредственно проводился весь комплекс исследований, разрабатывались рекомендации и предложения, которые были внедрены при выращивании картофеля в Волгоградской области РФ. Проведенные исследования являлись составной частью темы ОЦ.034.07.01.04.Н2 и 051.02

ГКНТ СССР, хоздоговора с "Союзгипроводхозом" и ГНТП 02.04. "Ресурсосберегающие мелиоративные системы", исследования по которым велись во ВНИИГиМе в 1980-1995гг.

Объект исследований. Диссертационная работа основана на лабораторных и полевых исследованиях, проведенных во ВНИИГиМе, на опорном пункте ВНПО "Союзводавтоматика" (Киргизия), на Ростовской и Заволжской ОМС на посевах сахарной свеклы и картофеля.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка технологии увеличения отражательной способности посевов в АО "Самофа-ловский" и ОПХ Заволжской ОМС подтвердила возможность повышения продуктивности картофеля с одновременным снижением оросительной нормы.

Рекомендации по разработанной технологии рассмотрены на НТС отдела мелиорации Главного Управления сельского хозяйства и продовольствия при администрации Волгоградской области и рекомендованы к внедрению в хозяйствах области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и положительно оценены на заседании правления НТО Министерства сельского хозяйства; научном совещании: "Автоматизированные системы управления факторами роста растений", г.Волгоград, 1991г., ВНИИОЗ; научно-практической конференции: "Комплексные мелиорации степной зоны и экология", Волгоград, 1994, ВСХА.

На защиту выносятся следующие положения:

- технология увеличения отражательной способности сельскохозяйственных культур для регулирования гидротермического режима посевов (на примере картофеля и сахарной свеклы);

- зависимости, связывающие параметры высокоскоростной двухфазной струи с шириной захвата, распределением слоя осадков и размером капель;

- разработка рабочих органов для предложенного метода;

- включение побелки в технологию возделывания сельскохозяйственных культур при орошении.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в пяти работах, одна работа в 1996 г. принята к печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 34 таблицы, список использованной литературы содержит 117 источников отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается термический режим растительного покрова и его роль в процессах эвапотранспирации и фотосинтеза. Изучен механизм формирования гидротермического режима посева сельскохозяйственных-культур и его радиационный и тепловой баланс. Обоснованы принципы и методы регулирования энергетических покровов в системе •почва-растение-атмосфера". Показана возможность снижения непроизводительных потерь оросительной воды при уменьшении подвода энергии к растительному покрову за счет увеличения его отражательной способности.

Анализ исследований как отечественных, так и зарубежных авторов, показывает, что разработка метода регулирования гидротермического режима сельскохозяйственных культур изменением отражательной способности посева находится на начальном этапе. В большинстве работ практически показана возможность повышения урожая при использовании предлагаемого метода. Сведения о термическом режиме посева весьма скудны. Отсутствуют или противоречивы данные о радиационном и водном режиме посевов. Практически не затронуты вопросы техники и технологии нанесения белящего покрытия. Не определены сроки, нормы и число обработок за вегетационный период. Таким образом не решены вопросы, от которых зависит комплексная оценка эффективности предлагаемого метода и пути его внедрения в практику орошаемого земледелия.

Во второй главе рассмотрена технология увеличения отражательной способности посева различных сельскохозяйственных культур. Разработана математическая модель отражательной способности растительного покрова сельскохозяйственных культур и проведено моделирование процесса энерго-

массообмена между атмосферой и растительным покровом (РП) с различным альбедо.

В основе рассматриваемой модели лежит система двух уравнений, связывающая транспирацию и температурный режим посева с внешними условиями. В системе "Растительный покров-атмосфера" связь интенсивности транспирации с интенсивностью солнечного излучения, температурой РП, температурой и влажностью воздуха и скоростью ветра представлена в виде уравнения:

Q (1 -«Hff-rV -S )-(Л -Л -Т ) TR

Y _ j + ZJL_al 0 1 а ! .

laue ' (1)

ар з

--^A-ff-TZd-k-TR,

r Iii

а

где и Та - соответственно абсолютная температура РП и приземного слоя воздуха; Ос - интенсивность солнечного излучения; а - альбедо РП; а - постоянная Стефана-Больцмана; ¿>и и - коэффициенты излучения, соответственно атмосферы и РП; Я^ и - постоянные коэффициенты; TRj - интенсивность транспирации; va - плотность воздуха; ср - изобарическая удельная теплоемкость воздуха; га - диффузное сопротивление воздуха.

Уравнение (1) составлено на основе уравнения теплового баланса с учетом известных зависимостей, применяющихся в теории энерго-массообмена в системе "Растительный покров-приземный слой воздуха".

'г

Второе уравнение получено при рассмотрении переноса влаги в системе "почва-корень-лист-межлистное пространство-атмосфера". При его составлении тракт .переноса воды разделен на три участка: "почва-ксилемма корня", "ксилемма корня-испаряющая поверхность листа", "испаряющая поверхность листа-атмосфера":

2

ТЯ = ТЯ ---; (2\

где 77?у0 - потенциальная транспирация РП; и £ - обобщенные координать модели.:

Параметры //, и Е определяются в зависимости от водного потенциала почвы, устьичного и кутикулярного сопротивления и других параметров конкретного РП.

Полученная система уравнений позволила построить динамическую модель суточного хода температуру и транспирации РП в зависимости от внешних условий. Динамическими входными параметрами модели являются: интенсивность солнечной радиации; корневой индекс РП; листовой индекс РП; альбедо РП.

При идентификации модели для конкретного РП задаются: потенциал закрытия устьиц; крутизна закрытая устьиц; минимальное устьичное сопротивление; кутикулярное сопротивление; усредненное сопротивление корневой системы; диффузное сопротивление приземного слоя воздуха; коэффициенты, определяющие зависимость тепловой диффузии от скорости ветра.

Конечными выходными динамическими параметрами РП являются: температура; транспирация; водный потенциал.

Временной шаг выдачи выходных параметров задается шагом входных данных. Модель дает возможность использовать в качестве входных параметров как экспериментальные данные, так и генерировать их по среднесуточным значениям.

Серия численных экспериментов, проведенных с использованием настоящей модели позволила определить возможный диапазон регулирования температуры и суммарной транспирации РП при реально достижимом в натуральных условиях увеличении его альбедо.

Сравнение результатов посева с естественным альбедо 0,2 и посева с искусственно увеличенным альбедо до 0,4 показало следующее:

1. При безоблачном небе снижение температуры обработанного посева составляло 3-5 °С;

2. Снижение интенсивности суммарной транспирации обработанного посева достигало 25-30% по сравнению с естественными посевами для всех использовавшихся значений влажности почвы;

3. Основными параметрами посева, влияющими на величину суммарной транспирации, являются альбедо и влажность почвы; скорость ветра, физио-

логические характеристики посева и остальные входные параметры имеют второстепенное значение;

4. Водный потенциал посева в варианте с увеличенным альбедо был меньшим, разница в околополуденные часы достигала 0,04-0,06 МПа;

5. Во всех вариантах эксперимента эффект от увеличения альбедо был максимальным в околополуденные часы при наибольших значениях приходящей солнечной радиации (¿с и снижался до нуля при < 250-270 Вт/м2.

6. Проведенные расчеты по комплексной оценке влияния альбедо посева на его гидротермический режим обнадеживающе указывают на значительный возможный эффект в условиях натурального посева сельскохозяйственных культур.

Увеличение альбедо посева достигается нанесением на верхний ярус листовой поверхности растений специальной жидкости, которая после высыхания покрывает листья светоотражающей пленкой. По результатам предварительных исследований были разработаны требования к элементам технологии (рис. 1).

Требования к белящему веществу аыработаны на основе анализа предлагаемого метода и агротехники выращивания сельскохозяйственных культур. Белящее вещество должно иметь: высокие отражательные свойства; способность образовывать с водой мелкодисперсную суспензию без выпадения шлама; способность образовывать на листовой поверхности микропористую пленку. Кроме того, это вещество должно быть нетоксичным для растений и иметь невысокую стоимость. В наиболее полной степени предъявленным требованиям отвечает суспензия гашеной извести.

Для определения оптимальной концентрации извести в полевых условиях проводилась обработка делянок суспензией различной концентрации. Были опробованы суспензии 10, 15, и 20% концентрации. В результате сравнения качества покрытия делянок и расхода рабочей жидкости на единицу листовой поверхности растений, исходя из условий работы технических средств, рекомендована 15% концентрация. При большей концентрации увеличивается осаждение извести из суспензии, чаще засоряются форсунки, при меньшей - повышается расход рабочей жидкости.

и

Рис. 1. Требования к элементам разрабатываемой технологии

: 12 : Важную роль в данном технологическом процессе играет дисперсность капель белящего вещества и равномерность их распределения по площади посева. Степень покрытия Р зависит от; увлажнительной нормы К, размера капель й и коэффициента растекания капель К, показывающего увеличение

диаметра осевшей капли по сравнению'с диаметром равновеликой сферы:1 ;'|:1

-V

Теоретически для монодисперсной системы капель можно рассчитать степень покрытия, задавшись значениями краевого угла смачивания © = 90°.

Графические зависимости степени покрытия от увлажнительной нормы и диаметра показаны на рисунке 2. ;11 !'■ ■ ' «и "

Полевые исследования позволили установить, что качественное покрытие верхнего яруса листьев достигается при диспергировании суспензий до капель среднего диаметра 0,2-0,5 мм и разовой норме 0,8-1,0 м3/га. После вегетационных поливов или дождей со слоем осадков выше 25 мм необходимо

проведение повторных обработок посева разовой нормой 0,3-0,4 м3/га.

' ! 'И

При проведении исследований!,использовалась как серийная (вентиляторные опрыскиватели ОВТ-1А, 08^1 р, ОН-400-3), так и специальная технику (ТОУ-7) для мелкодисперсного дож^в'ания. '

Обработка экспериментальных данных, полученных в том числе и На установке ТОУ-7, показала, что распределение капель по размерам хорошо описывается формулой: !гИ> 1 6ч;•

= ; (4)

где Я - кассовая доля жидкости, состоящая из капель, размеры которых больше с/.1; А - коэффициент, равный 0,335; <1. - текущий диаметр капли, ым;

<1$ - средний диаметр капли по Заутеру, мм; от =3,35 - эмпирическая константа.

Интегральная кривая распределения диаметров капель по размерам показана на рисЗ.

Рис. 2. Зависимость степени покрытия обрабатываемой поверхности (Р, %) от диаметра капель рабочей жидкости й

при различных значениях нормы увлажнения

Я

Ч.О "V*

1 Гчоо \ д

\ а4 • N Л» '1 »

» •V а«ч 9 » 0» ■—-Ч*-

й*

<0

15

1.0

Рис. 3. Интегральная кривая распределения диаметров капель

- / по размерам (¡1 = у^ )

Результаты обработки опытов по исследованию выпадения жидкости из

струи

обобщены графической зависимостью Я=/1Н (рис. 4). Зависимость

(5) позволяет рассчитать динамику выпадения жидкости из струи по ее длине

I, если известно значение |, : ; ;

' \2,18 0,69— Д = ехрч т) , где I - длина струи, м; / -характерный размер.

(5)

Характерный размер определяется множеством факторов, влияющих на качество дробления жидкости и распределение осадков в следе струи. По результатам анализа процессов распространения -руи и выпадения осадков была установлена эмпирическая зависимость I,, от начальной скорости струи

о

у0. начального радиуса струи Я0, скорости осаждения капли V диаметра и соотношения масс жидкости и воздуха К :

1т = 14,6+0,86-(6)

о ш м «.» и гл , М £

Ст *

Рис. 4. Интегральная кривая интенсивности выпадения жидкости по длине следа струи

При искусственном увеличении альбедо посева нанесением на листья суспензии гашеной извести возникает вопрос о его максимально достижимом значении. Это было установлено экспериментальным путем. Эксперимент заключался в том, что выбранной рабочей жидкостью была побелена защитная головка пиранометра (прибора, измеряющего суммарную радиацию). Сравнение показаний прибора, работающего с побеленной и прозрачной защитными головками, позволило установить в производственных условиях отражательную способность суспензии гашеной извести конкретной концентрации при

100% покрытии. В этом эксперименте была достигнута максимальная достижимая величина альбедо.

Посев сельскохозяйственных культур и поверхность почвы в различной степени меняют свой показатель отражения при нанесении суспензии гашеной извести (рис. 5). Более высокое альбедо побеленной почвы по сравнению с альбедо побеленного посева объясняется лучшим покрытием почвы. При побелке посева происходит осаждение капель белящего раствора преимущественно на наружную поверхность листьев верхнего яруса. При проведении измерения альбедо листового покрова под влиянием различных факторов (например, порывов ветра) "просвечивают" необработанные участки междурядий и листьев нижнего яруса, что приводит к общему уменьшению отражательной способности посева.

Рис. 5. Дневной ход альбедо различных поверхностей: 1 - "максимально" достижимое; 2 - обработанная поверхность почвы; 3 - обработанный посев; 4 - необработанный посев; 5 - необработанная поверхность почвы Наблюдения за влиянием естественных осадков и вегетационных поливов на альбедо посева проводили после высыхания растений и почвы. Кратковременные осадки малой интенсивности в виде моросящего дождя практи-

" " ■ ' " 17

чески не влияют на альбедо побеленного посева. После кратковременных дождей средней интенсивности альбедо побеленного посева несколько уменьшается, т:е. происходит частичный смыв белящего вещества. С листьев растений побелка смывается также при проведении вегетационных поливов, осуществляемых дождеванием. Однако даже после полива альбедо опытного участка превышает альбедо посева контрольного варианта (естественный посев) . Это объясняется сохранением белящего вещества на поверхности почвы, что в итоге повышает отражательную способность посева в целом.

- При отсутствии смыва белящего вещества с листьев с течением времени альбедо побеленного посева постепенно снижается в результате развития растений (повышается значение листового индекса), сброса побелки под действием ветра и т.д. Вследствие вышесказанного, был сделан вывод о необходимости повторных обработок посева.

• : В третьей главе представлены условия и методика проведения исследований по определению эффективности и разработке технологических основ регулирования гидротермического режима посева сельскохозяйственных культур увеличением его отражательной способности, которые велись в течение ряда лет" в различных регионах страны. Ниже приведены места проведения полевых исследований'по годам: 1979-1980гг. - Каиндинсхий опорный пунк* ВНПО Союзводавтоматша", Киргизия; 1981-1982гг. - Ростовская опытно-мелиоративная станция ЮжНИИГиМ, Багаевский район Ростовской области РФ; 1983,1985^1992гг.-! Заволжская опытно-мелиоративная станция Волж-

I ' ,

НИИГиМ^1 БыковСкий район Волгоградской области РФ. В 1985г. в совхозе "Самофаловский" Городйщенского района проводилась производственная проверка предлагаемой технологии.

Для решения всего многообразия задач физического, биологического и агрономического плана была составлена общая методика, позволяющая идентифицировать получаемые в опытах результаты и делать общие выводы, определяющие количественные отношения изучаемых процессов. Разработанная методика является синтезом традиционных'методик по проведению научно-исследовательских работ в орошаемом земледелии, метеорологических наблюдений и обработки полученных результатов.

На поле площадью не менее 5-6 га выбираются опытный и контрольный участки, каждый площадью не менее одного гектара. Для исключения взаимного влияния микроклиматических особенностей опытного и контрольного участков расстояние между ними должно быть не менее 10 м. Рассмотрены два варианта: вариант №1 - контрольный участок (традиционное орошение); вариант №2 - опытный участок, на котором на фоне вегетационных поливов реализуется увеличение отражательной способности посева.

Полив на обоих вариантах назначается при достижении влажности кор-необитаемого (расчетного) слоя почвы до величины допустимого предела иссушения. Нижний предполивной порог влажности зависит от водно-физических свойств почвы, климата орошаемой территории и засухоустойчивости исследуемой культуры. Для обоих вариантов устанавливается одинаковый предполивной порог влажности почвы. Величина поливной нормы также одинакова. Различия в режиме орошения по вариантам могут быть в величине оросительной нормы, то есть в количестве вегетационных поливов и в сроках их проведения.

При проведении экспериментальных исследований определялись химический состав, структура и водно-физические свойства почвы. До закладки опыта и после сбора урожая проводилось описание почв опытного участка, по горизонтам до одного метра. Определялись тип, структура почвы, содержание солей. Проводились агрохимические анализы почвы на кислотность, содержание гумуса, количество связанного азота, подвижного фосфора, калия. Составлялась таблица химического состава и структуры почвы на каждый вариант. По принятой методике определялась наименьшая влагоемкость и объемная плотность почвы. Глубина корнеобитаемого слоя почвы, соответствующая зоне массового распространения корневой системы, обычно устанавливается экспериментально.

Влажность почвы определялась на каждом варианте опыта термостатно-весовым способом в начале вегетационного периода, в его течение и после сбора урожая по периодам : раз в декаду, до и после вегетационных поливов и после дождя с количеством осадков свыше 5 мм. Пробы почвы брались на ка-

ждом варианте опыта в трехкратной повторное™ из слоев: 0-0,1; 0,1-0,2; 0,20,3; 0,3-0,4; 0,4-0,5; 0,5-0,6; 0,6-0,8 и 0,8-1,0 м.

Учет атмосферных осадков и воды, поступившей в почву при вегетационных поливах, проводился непосредственно на опытном участке с помощью любого типа дождемера. Наблюдения за осадками велись ежедневно.

Пункты наблюдения за гидротермическим режимом посева организовывались на каждом из вариантов полевого опыта. Замеры проводились ежедневно в 7, 10, 13, 16, 19 часов местного времени, с начала опыта и до его окончания. Раз в декаду при установившейся хорошей погоде измерения производились круглосуточно (т.е. добавляются измерения в 22, 1, 4 часов). В таблице приведен перечень величин, подлежащих измерению и необходимые для этого приборы. Раз в декаду производились наблюдения за следующими параметрами водного режима посева: общее содержание воды в тканях, водный дефицит. Определение вышеуказанных характеристик производились в те же часы по существующим методикам. Биометрические измерения проводились раз в декаду от посева (посадки) до уборки урожая. Показатели фотосинтетической деятельности растений определяли по методике Института физиологии растений им.К.АТимирязева. Учет урожая клубней картофеля на вариантах опыта проводили раздельно на каждой повторности, с пересчетом на 1 га по методике НИИ картофельного хозяйства. Содержание в клубнях воды, сухого вещества, крахмала, витамина С определяли по окончании уборки урожая в лабораторных условиях по методике ТСХА. Данные урожайности подвергались математической обработке методом дисперсионного анализа.

В четвертой главе приведены результаты влияния увеличения альбедо посева на его фитоклимат, водный режим и динамику влажности почвы, водопотребление и продуктивность посева. Кроме того, проведена экономическая оценка метода.

Различие в значениях параметров фитоклимата на опытном и контрольных участках определяется различием в величине радиационного баланса на исследуемых участках. Энергетический эффект от увеличения альбедо (рис. 6) оценивается как дя = л. - я , а в процентах от контрольного варианта,

/?,. - а,

как ,- = —100% =—-100%, где /?0 и а0 - радиационный баланс и альбедо

к ак

опытного посева; Я^ и а^ - радиационный баланс и альбедо контрольного

посева.

Таблица

№ Измеряемая величина Размерность Приборы Примечание

первичный вторичный

1 Суммарная радиация Вт/м пиранометр П-ЗхЗ гальванометр ГСА-1МА

2 Отраженная радиация Вт/м пиранометр П-ЗхЗ гальванометр ГСА-1МА

3 Радиационный баланс Вт/м пиранометр П-ЗхЗ балансомер М-10

4 Радиационная температура РП °С радиометр Допускается применение контактных злектротер-мометров

5 Радиационная температура поверхности почвы °С

6 Температура воздуха на высоте 2 м термометр И Допускается применение суточных термографов

2/3 РП -

7 Скорость ветра на высоте 2м м/с анемометр -

2/3 РП п " -

8 Относительная влажность воздуха на высоте 2 М % психрометр Допускается применение суточных гигрографов

2/3 РП "" " -

9 Температура почвы на глубинах от 0 до 0,3 м °С термометр

10 Поток тепла в почву Вт/м тепломер При отсутствии тепломера определяется расчетным путем

11 Облачность балл визуально

600

ч «

.«и

3

Ы 200 63

р У//\ Ш а \

Г к \

у/ д

V

6

18

В ю 12 14 15

ИСПИТОЕ СОЛНЕЧНОЕ БРЕШ, Ч.

Ряс. 6 Дяетаой ход радиационного баланса посева (оередненние эхспериментальнне денние). р с^имэрная солнечная радкацгя

-радиационный Салаке контрольного посева ¿Ь - радиационный баланс опытного посева у///энергетический э{йект от увеличения альбедо

Уменьшение радиационного баланса ведет к перераспределению составляющих радиационного баланса и к изменению показателей фитоклимата посева. Из всех наблюдаемых показателей фитоклимата в наибольшей степени изменяется температура поверхности почвы. В ясные солнечные дни, когда суммарная солнечная радиация составляет 850-900 Вт/м2, разность в температуре поверхности почвы контрольного и опытного участков доходила до 15-18°С (45-48°С и 30-33°С на контроле и опыте соответственно). Еще более значительной была эта разность при измерении температуры почвы радиацион-

ными термометрами (до 23-25°С). Измерения температуры почвы в зоне клубнеобразования, т.е. на глубине 5,10 и 15 см, показывают, что максимальная разность температур на глубине 5 см составляет около 8,5-9,0°С, а на глубине 10 см - около 7°С. Разность среднесуточных температур почвы контрольного и опытного участков на глубине 5 и 10 см составляет около 5,5-6,5°С и 3,5-4,5°С соответственно. Следовательно, термический режим почвы в зоне клубнеобразования под воздействием увеличения альбедо посева приближается к оптимальному, что способствует увеличению продуктивности посева.

Температура листового покрова в значительной степени определяет интенсивность фотосинтеза, а значит и урожайность культуры. В утренние часы ясного солнечного дня температура листьев растений возрастает пропорционально росту суммарной солнечной радиации. Затем эта пропорциональность нарушается.: Температура листьев растений на контрольном участке значительно опережает рост температуры листьев опытного участка. Это происходит, когда значение суммарной солнечной радиации приближается к 700

Вт/м2. Далее с ростом <2с разность температур листьев наблюдаемых участков увеличивается, достигая 4,5-5°С. В среднем за световой день температура листьев растений на участке с увеличенным альбедо на 3-4°С ниже температуры листьев контрольного участка.

С температурой листьев растений непосредственно связаны такие показатели фитокпимата, как температура и относительная влажность воздуха в среде растений. Температура воздуха в среде растений за световой день на 2,5-3°С ниже на опытном участке, чем на контрольном (максимальная разность температур достигает 4°С), а относительная влажность воздуха в среде растений опытного участка на 15-20% превышает аналогичный параметр контрольного участка. Отсюда следует , что увеличение отражательной способности посева влияет на все параметры фитоклимата посева , создавая условия более благоприятные для роста и развития растений и более экономного расходования почвенной влаги.

Комплексной характеристикой влагообеспеченности растений является водный дефицит тканей, показывающий, сколько воды недостает тканям до

полного насыщения. За период исследований было отмечено снижение водного дефицита растений на варианте с увеличенным альбедо посева. Максимальное различие в значениях водного дефицита (6-8%) наблюдалось в фазе бутонизация - цветение, а в дневной динамике - в околополуденные часы. За счет естественной росы обеспечивается определенная часть потребности нормально транспирирующего растения. Было отмечено, что на варианте с увеличенным альбедо вследствие пониженного температурного режима в вечерние часы конденсация росы начиналась на один-два часа раньше, а в утренние часы роса испарялась позже, чем на контрольном участке (рис. 7). Таким образом предлагаемая технология увеличивает время пребывания растений в состоянии полного водонасыщения в период вечер - утро до четырех часов и снижает водный дефицит тканей на 5-7% в зависимости от конкретных метеоусловий.

Отмеченные изменения в параметрах фитоклимата и водного режима растений посева привели к изменению режима орошения опытного поля. Обработка посева суспензией извести вызвала менее интенсивное падение влажности активного слоя почвы, что позволило увеличить межполивные интервалы на 4-7 дней, снизить их общее число и в итоге оросительную норму.

Водопотребление посева изучали классическим методом водного баланса орошаемого поля. Увеличение альбедо посева привело к уменьшению суммарного водопотребления на 17% (в среднем за годы исследований) при снижении оросительной нормы на 12% (500 м3/га).

Наблюдения за динамикой роста надземных и подземных органов картофеля показали, что улучшение водного и гидротермического режимов заметно сказывается на нарастании вегетативной массы. В среднем за годы исследований масса ботвы и клубней картофеля побеленного посева превышает массу этих же органов контрольного посева на 15% и 13% соответственно. Улучшение гидротермического режима не только существенно повышает урожай клубней, но и приводит к улучшению товарных качеств картофеля. На контрольном посеве средняя масса товарного клубня составила 87 г, а при проведении побелки - 89 г, что соответствует выходу товарной продукции 14,39 и 16,83 т/га или на 16,5%.

Технико-экономическая оценка проводилась по существующим методикам. Годовой экономический эффект от применения разработанной технологии на посевах картофеля составил 500 руб./га в ценах 1990 г.

34 —_

31

- 23

25

22

19

> У N \ 1 % \ \

• / // ♦ \ ' V. ч \ N ч ч N \ чч

к

! Две'}.

ii . 13

15

17

19

21

23

Испнное солнечное время, ч. Рис. 7 Дневная динамика температуры воздуха в температуры "точки росы" в посеве

температура в посеве:——- натуральный посев,---обработанный посев, теми

ра "точки роси":—- натуральный посев,---обработанный посев.

ВЫВОДЫ

1. Предложен метод повышения урожайности сельскохозяйственных культур при одновременном снижении водопотребления за счет увеличения отражательной способности посева.

2. Исследованиями установлена возможность повышения отражательной способности (альбедо) сельскохозяйственных культур при орошении посредством нанесения белящих веществ на листовую поверхность на примере картофеля и сахарной свеклы в целях снижения энергетического потенциала и водопотребления посева.

3. Проведено математическое моделирование процесса энерго-массообмена между атмосферой и растительным покровом с различным альбедо, что позволило выбрать рациональные параметры элементов технологии регулирования гидротермического режима посева.

4. Установлено, что увеличение альбедо посева с 18-22% в обычных условиях до 36-38% достигается нанесением на листовую поверхность растений и почву диспергированной до капель размером 0,2-0,5 мм 15% суспензии гашеной извести разовой нормой 0,8-1,0 м3/га.

5. Разработана технология регулирования гидротермического режима посевов сельскохозяйственных культур при орошении . При этом определены исходные требования, предъявляемые к сельскохозяйственным культурам: по температуре листовой поверхности и водопотреблению; к белящему веществу, по отражательным свойствам, возможности образования мелкодисперсной суспензии и экологической безопасности; к техническим характеристикам: по размеру капель и равномерности покрытия.

6. Найдены зависимости влияния увеличения отражательной способности посева на следующие параметры фитоклимата: температуру листовой поверхности и приповерхностного слоя почвы; относительная влажность воздуха в среде растений и влагосодержание посева..

7. Мелиорация фитоклимата посева с помощью увеличения его альбедо позволяет.

- снизить температуру листовой поверхности растений на 3-5°С и температуру приповерхностного слоя почвы (0-0,2 м) на 5-10°С при температуре воздуха в околополуденные часы более 25°С;

- повысить относительную влажность воздуха в среде растений на 15-25%;

- увеличить на 2-4 часа время нахождения растений в состоянии полного влагонасыщения и уменьшить в околополуденные часы водный дефицит тканей на 5-7 %.

8. Увеличение отражательной способности посева позволяет за счет снижения водопотребления более экономно использовать водные ресурсы, снизить оросительную норму на 400-600 м3/га при повышении урожая исследованных культур на 15-20%.

9. Исследованы процессы дробления и транспорта рабочей жидкости. Получены количественные зависимости, связывающие характеристики качества диспергирования и распределения осадков в следе струи с параметрами технических средств.

10. Показана возможность использования серийных опрыскивателей и технических средств мелкодисперсного дождевания для реализации разработанной технологии.

11. Доказано, что увеличение отражательной способности посева в технологии возделывания сельскохозяйственных культур при орошении экологически и экономически оправдано. Использование разработанной технологии обеспечивает выход экологически чистой продукции с содержанием нитратов ниже ПДК. Годовой экономический эффект от увеличения урожая за годы исследований составил около 500 руб./га в ценах 1990г.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ РАБОТЫ

1. Сабуренков С.Н. Регулирование гидротермичесхого режима сепьскохозяйст венных культур. Доклады ВАСХНИЛ, 1984, №1, с. 45-48.

2. Сабуренков С.Н. "Орошение" без воды. Наука и жизнь, №9,1984, с.12.

3. Сабуренков С.Н., Бород ычев В.В. Регулирование плдротермическоп режима посева картофеля при орошении. Инф. листок Волгоградского ЦНТИ Волго град, №213, 1987.

4. Горшков В.В., Сабуренков С.Н. Регулирование гидротермического ре жима посева с/х культур при орошении. Сб. научных трудов ВНИИГиМ "Водосбе регагащие технологии орошения" - М., 1989г., с. 68-73.

5. Сабуренков С.Н. "Технология регулирования гидротермичесхого режима п( сева". Труды ВНИИГиМ "Гидромелиоративные системы нового поколения", 1996г.