Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние полива водой с пониженной температурой на урожайность сельскохозяйственных культур в Ферганской долине

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Влияние полива водой с пониженной температурой на урожайность сельскохозяйственных культур в Ферганской долине"

РГ6 од

2 о »¡on i333

МОСКОВСКИ!! OPSSHâ ТР37:СЕ0?0 КРАСНОГО EiXSHT-i ПЩРОИЖОРА'/етЛгГЯ ЛНСТЬТУТ .

На npas«x py:ccn;iLV

ЕЗГГШДКЗ РДЗГШ ЫаГлКРОШМ

ш G31.543

ГОГУ^ШЛ ГПТГ*? ft ПЛСГГУХ М'7У7Г:Г Vi

УКЯ&ЕШКЕЬ СЕЪСЙОШЗЯ^ЬЗШПа 1272/ГУ? S ЗДОШКСЗЗ! JgSSUCL

Спэциальяость СЗ. 01.02 - мэххюрация к oporaeuce

дкссартз^лк ка. сспгкаки'п у^емоГ. стёпгни кандидата техах-юсхих :-:аук

XCIŒA -

Î393 Г.

' Работа . выполнена на кафедре сельскохозяйственных гидротехнических мелиорации псковского гидромелиоративного института. • ,

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

A. 3L ГО/02Л][СВ, кандидат сельскохозяйственных наук, профессор

B. Е. КУМЛК&2А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. A. СУРКИ, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник В. il

Ведущая организация - Андиранский областной Агропрсысоюз.

Защита состоится геез года в А! часов на

заседании Специализированного совета по присуждению ученой степени кандидата технических наук К 120.16. 02 в Московском •гидромелиоративном институте по адресу:. ул. Пряяипникоиг, 19, ШИ ауд. 201.

Отзывы на автореферат в двух зкзешлярах, заверенные печатью, проста направлять по указанному адресу ученому секретарю совету.

С диссертацией ыожно ознакомиться е библиотеке института.

Автореферат разослан "4.e&tfftefej 1993 года.

Ученый секретарь Специализированного совета -■кандидаи технических наук,

доцент Т. И. Qypsscoia.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Интенсивное освоение земель и рост населения в Средней Азии резко увеличили дефицит еоды. Для решения проблемы дефицита водных ресурсов в Среднеазиатском регионе на крупных реках, имеющих снегово-ледниковый тип питания, в последние годы построен ряд водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования: Кайракумское, Чардарьинское, Токтогульское, Андижанское, Нурекское, Туямушское и др. Особенностью этих водохранилищ является высокий уровень заполнения, что при ледниковом типе питания приводит к плохой прогреваемости водной толп?! (глубина некоторых из них достигает 300 м). Еодозабор осуществляется с глубины около 50 мэтров, поэтому в нижний бьеф идет сброс холодной воды и в каналах, расположенных непосредственно за плотиной и на некотором расстоянии от нее весной и в первую половину лета температура воды стала значительно ниже, чем до создания водохранилища. Для Нурекского водохранилища температура сбросной воды в НБ составила 11°С для ниля-августа, для Андижанского водохранилища - 8. ..130С, Тдктогульского - 7____11°С.

В 1973 году на реке Кара-Дарья началось заполнение Андижанского водохранилища, способного поддерживать водообеспече-ность 500 тыс. га земель в Ферганской долине. Так как из-за наличия ГЭС водозабор из водохранилища производится з основном из нижних горизонтов, то вода на орошение идет в магистральный канал с температурой 15. ..17°С, что на 5. ..10°С ниже требуемой для нормального развития растений. Это в конечном итоге сказалось на сроках созревания и урожайности сельскохозяйственных' культур, выращиваемых на землях, орошаемых водой с пониженной температурой. В настоящее время не имеется научно обоснованных данных по определению потерь тепла и снижения температуры кор-необитаемой зоны почвы при поливе еодой с пониженной температурой. Существующие способы орошения и выращиваемые сорта хлопчатника не учитывают изменившиеся условия (ухудшения качества оросительной еоды и микроклимата).

Вышеизложенные обстоятельства определяют актуальность исследований по обоснованию методики расчета теплового режима почвы и технологии орошения сельскохозяйственных культур при поливе водой с пониженной температурой.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью нашзгх исследований является обоснование методики расчета теплового режима почвы при поливе и внедрение рекомендаций и совершенных технологий, позволяющих

снизить..негативное влияние полива водой с пониженной температурой на урожайность хлопчатника.

Для реализации поставленной цели, на ■оросительной сети Серганской долины и опытно-производственных участках нами были проведены исследования по изучению изменения теплового режима оросительной воды от водохранилищ до .поливной борозды, и решались следующие задачи:

- изучение закономерности формирования водного и теплового режимов при полиЕе водой с пониженной температурой;

- установление особенности орошения хлопчатника водой с пониженной температурой;

.-.* - разработка техники, и технологии поверхностного полива • * « ■

водой с- пониженной температурой, обеспечивающих .рациональное использование водных ресурсов и повышения производительности труда'поливальщиков;. • •«'.,

- разработка метода количественной оценки снижения термических- ресурсов почвы при поливе еодой с пониженной температурой и их влияния на продуктивность хлопчатника;- .

- разработка рекомендаций по снижению негативного.влияния •полива водой с пониженной температурой;

.- определение основных технико-экономических показателей и экономического эффекта в результате мероприятий, .направленных на снижение негативного влияния полива.водой . с пониженной температурой.

1ЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ КССЛЕДОЕАНКЙ. Опытные поливы, режимные. наблюдения экспериментальные и исследовательские работы проводились в рамках экспедиции кафедр сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций и , гидравлики Московского гидромелиоративного-института в 198о. ..1990 гг.- на оросительной сети Сергдн-ской долины, на опытно-производственных участках, расположенных на землях совхоза Т. Ыирзаева Андижанского района и колхоза им. Куйбышева Кургантепинского района Андижанской области. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ была разработана на основе методов планируемого опытно-производственного эксперимента, методов математической статистики и системного анализа. Проводилось изучение Еопроаов, связанных с исследованиями изменения температурного режима оросительной воды в мелиоративной сети Ферганской долины как на крупных каналах, так и на орошаемом поле. Кроме того,.'на физической модели борозды и. опытно-производственных

^астках проводилось изучение процесса тепло- и массоперекоса почве при поливе водой с различной температурой, проводились кспериментальные исследования технологических параметров поли-гилековых распределительных лотков, результаты которых обобщаясь с применением математических моделей.

АУЧНАЯ НОВИЗНА. В результате анализа литературных данных и обственньгх исследований выявлена зона влияния Андижанского во-охрашшшр, в которой наблюдалось максимальное снижение уро-айности хлопчатника. Определена степень прогреваемости ороси-ельной воды при движении по мелиоративной сети от нижнего ьефа водохранилища до сброса в конце борозды. Определена ве-ичина снижения температуры корнеобитаемой зоны при поливе во-ой с пониженной температурой. Выявлена зависимость сроков со-ревания, количества и качества урожая хлопчатника от темпера-уры поливной воды.

На основе современных представлений теорий тепло- и мас-оперноса в почве предложены рекомендации,^ позволяющие снизить егативное влияние полива водой с пониженной температурой. ТАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ данной диссертационной работы заключает-я в следующем:

- разработана математическая модель, позволяют подсчи-ать количество тепла почвы, идущего на нагревание холодной росительной воды и определить снижение температуры корнеоби-аемой зоны в конце полива;

- предложены рекомендации, позволяющие уменьшить негативов влияние полива еодой с пониженной температурой на урожай-ость хлопчатника и определены технологические параметры олиэтиленового распределительного лотка.

ЛРОЕАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены на :аучно-технических конференциях МГМИ (Москва, 1983, 1933).; :а на Всесоюзной научно-технической конференции "Регулирование одного режима дренированных минеральных почв" (ЛитСХА, Кау-:ас, 1987); на Всесоюзной научно-технической конференции "Ш-.ыиэние эффективности использования водных ресурсоз в сельском :озяйстве" (Новочеркасск, 1989); на научно-технической кофе->енции "Вопросы освоения предгорных склонов и пути улучшения ¡елкоратизкого состояния старопахотных земель" (Андижан, 1533) [ на областной научно-технической конференции молодых ученых и :пециалистов посвященной 70-летию ВЛКСМ (Андижан, 1983); , на

технических советах Л/0 "Андижанремвод" (Андижан, 1983) и Ан-. дижанского областного агропрома (Андижан, 1989). ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы написано 4 научно-технических отчета.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Предложенная в работе методика расчета теплового режима почвы при поливе использована при определении плановой урожайности хлопчатника для земель, находящихся в зо-•не елияния Андижанского водохранилищ. Построена опытная система полива хлопчатника при помощи распределительных полиэтиленовых гофрированных лотков.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ. РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций и приложения. Объем работы 469 страниц, в том числе 21 таблиц, 36 рисунков и приложений. Список литературы вкзсчаег 147 наименований, из них 7 работ зарубежных авторов. .. ,

• В основу работы положены исследования, ' выполненные автором с 1935 по 1930 годы.

А2Тор выражает благодарность за большую промощь при выполнении работы научным руководителям - доктору технических наук, профессору А. И. Голованову и кандидату сельскохозяйственных 'наук, профессору К Е. Ермаковой, кандидатам технических наук А. П. По лад-заде и А. Е. Гейну, научным сотрудникам С. А. Максимову и к. К 1Саслоьу, сотрудникам ИКС, кафедр сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций и гидравлики МГЫИ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. В первой' главе приведены особенности природных условий, дан статистический анализ и взамосвязь между урожайность] хлопчатника, температурой воздуха, воды в оросительной сет] Сергакской долины. • ■

Климат Зйрганской долины характеризуется сухостью, резко) континентальностью и большой продолжительностью безморозноп периода. Среднегодовая температура воздуха составляет +13.1°С что позволяет выращивать ценные сельскохозяйственные культуры основной из которых является хлопчатник.

Для решения этой проблемы дефицита воды построен ряд в< дохранилищ.сезонного и многолетнего регулирования. Особенност этих .водохранилищ является высокий уровень заполнения, что п ледниковом типе питания приводит к плохой прогреваемости водн

- Б -

толщи. Поэтому з нижний Бьеф идет сброс холодной воды (рис.1).

Для изучение температурного режима воды в оросительной сети в составе экспедиции НИС МГ131 в 1935... 1986 гг. автором были проведены натурные исследования теплового режтма в оросительной сети старшего порядка - Большого Ферганского канала (БФК), Большого Андижанского канала (БАК), ЮжноСерганского канала (ШК), канала Шарихансай. Измерялись мгновенная скорость, расход, температура воды. Исследования показали, что на прогрев воды в канале влияет скорость потока, осветлекность воды и геометрические параметры канала. Полученные результаты показали, что увеличение тепературы по длине в крупных каналах составляет примерно 1на каждые 30... 40 км. Вода в мелких каналах прогревается быстрее, причем чем ниже порядок канала, тем больше прогрев. Так например, для внутрихозяйственных каналов (средний расход воды до 10 куб.м/с и глубина менее 2 м) прогрев составляет 1°С на 5... 10 км длины. *

При движении по оросительной сети вода не успевает в достаточной мере прогреться до поступления на поле и охлаждает почву и приземные слои воздуха, что оказывает негативное влияние на развитие корневой системы и наземной массы растений.

М. Б. Мухамеджанов, А. 3. Закиров, А. Е Бабушкин, Е Глушенков, X. X Енилеев и многие другие исследователи занимались изучением влияния внешних факторов на рост и развитие хлопчатк-икз, в частности теплового режима почвы. Эти исследования показали, что температура корнеобитаемого слоя почвы сказывается не только на росте и развитии, но и существенно влияет на сроки созревания и урожайность хлопчатника.

. В результате ввода в эксплуатацию Андижанского водохранилища (1978 г.) в районах, близко прилегающих к нему, изменился микроклимат. Анализ средней температуры воздуха по данным метеостанций Андижанской ■ области, расположенных на различном удалении от водохранилища показал, что сумма положительных температур (с 11. IV по 20. X) в 1981... 1933 гг. з Кургантепинс-ком (метеостанция "Савай")', находящемся на расстоянии 20 км от водохранилища до геометрического центра района, Ленинском ("Андижан", 60 км) и Избасканском районах ("Пайтуг", 70 км) снизилась на 60°С, 20 С и 13°С соответственно. Лишь в Бозском районе ("Насредйнбек", 110 юл), средняя сумма положительных температур возросла на 41°С и достигла величины 3711°С.

т.°с

¿6

/4

/2

/О

8

0 с 1 » , тт — 1 . о ---Н-" • • « £

- о - • ♦ ' - —- 5) ! 0 > >

н + £ -

о 0 >

¡> * • ■ • + • - 4-

& J * — * -- — —

1 1 __1_ - I ..1 1 1 _1_ + 1 ^ |

I

0

1

/966 68 70 72 74 *6годб1П 8° €£ ^ ,988

Рис. 1.

Температура воды в нижнем бьефе Андижанского водохранилища /по даным Управления эксплуатации водохранилищ. Средняя температура за : о - IV. ..IX; +- IV...VI.

Основные сорта хлопчатника, высеваемые на территории Средней Азии, - среднеспелые. Зто объясняется тем, что в отличие от скороспелых сортов хлопчатника, они дольше плодоносят и могут давать до 4...5 сборов хлопка-сырца, (у скороспелых 1... 2 сбора). Для различных сортов хлопчатника, по данным Андижанского агрометеобюро построены кривые теплообеспеченности за 1971... 1983 гг. В качестве критерия оценки теплообеспеченности нами использовано значение суммы положительных температур, необходимой для вызревания среднеспелых (3300°С) и скороспелых сортов хлопчатника (3670°С). Анализ получении кривых показал, что для созревания среднеспелых сортов хлопчатника в Ленинском, и Бозском районах тепла вполне достаточно и теплообеспе-ченность составляет 80% и 38% соответственно. В Кургантепинс-ком районе термических ресурсов для вызревания среднеспелых сортов хлопчатника недостаточно.

В районах, находящихся в зоне влияния водохранилища■(Кур-гантепинский, Джалалкудукский, Ходжааб&дский) урожайность" во втором периоде снизилась в среднем на 2... 7 ц/га по сравнению с первым. В районах, находящихся на расстоянии 30. ..100 км от водохранилища (Московский, Еалыкчинский, Комсомолабадский) снижение урожайности было незначительным, либо отсутствовало.

Для каждого района были построены графики изменения относительной урожайности по годам (начиная с 1971 года). С помощью метода наименьшие квадратов подсчитана и проведена ос-" редняющая линия и определены ее угловые коэффициенты Ь, характеризующие либо повышение (Ь>0), либо уменьшение (Ь<0) урожайности. Для районов близко прилегающее к водохранилищу (Кургантепинский, Джалалкудукский, Ходжаабадский) для первого периода Ь>0, а для второго Ь<0.' Т.е. налицо тенденция к снижению урожайности хлопчатника в этих районах для периода после заполнения Андижанского водохрзнилипр (рис.2). В хозяйствах, находящихся на значительном расстоянии от водохранилища (Московский, Балыкчпнский, Номсомолабадский), наблюдается повышение средней урожайности. Опираясь на эти данные, мы выявили зону влияния водохранилища, которая охватывает территорию в радиусе 30... 40 км. Снижение урожайности хлопчатника в этой зоне составило около 5 ц/га или 17%, в районах удаленных на 80... 100 км снижения урожайности не наблюдалось.

Выводы, полученные в результате анализа многолетних клима-

:г а

8 \б

0.0005 « ° о < _ 1 8--0.68

< о о ■ *■ < I

1

74

г о ¿¿с

78 80 82 84/ш

а.

. У

'.г .о 13

< ♦ \ё=0.0055 + —— -к Г-1

+ ■ * Ь -а 063

та тг 74

. 78 80 82 84 ¿03,

с О О 61

/г

гд

ё=аого Л а 6=0.020 ь л

1 -А- А ^ а- д д

л 1 II

¿970 72 74 76 78 ¿0 82 8А /986

годы

в.

Рис.2 . Изменение средней относительной урожайности

хлопчатника по годам. Районы^а) Кургантепинский; б) Ленинский; в) Балыкчинский.

тических условий Ъкружающэй среды (температуры воздуха, почвы, поливной воды) и урожайности хлопчатника в Андижанской области подтвердила экспертная оценка специалистов по выращивании хлопчатника. В 1986 году авторм был проведен опрос мнения компетентных специалистов, в число которых вошли директора совхозов, председатели колхозов, бригадиры и опытные поливальщики. В каждом районе выбирались хозяйства из числа тех, урожайность в которых была стабильной в течении трех последних лет. В каждой из анкет респондентам было предложено проставить соответствующее место (ранг) каждому из 10 агротехнических факторов (пропашка, прореживание, качество семян, внесение удобрений, полив водой с пониженной температурой и др.) по степени их значимости на конечный урожай хлопка-сырца. Статистический анализ и ранжировка 53-х заполненных анкет позволил построить гистограмму для каждого из 13-ти райнов области. По результатам расчетов согласованность .мнений экспертов в районах составила 85... 91. 5Х.

В Кутантепинском районе фактор влияния температуры поливной воды занял 3-е место. lía первые места эксперты поставили факторы: 1 - подготовка почвы к посеву и 2 - своевременный и достаточном количестве полив. ' В Ленинском районе фактор влияния температуры поливной воды занял лишь 7-е место, а в Еозс-ком районе все респонденты поставили его на последнее место.

Во второй главе изложены задачи, состав и методика исследований, дана характеристика природных условий опытно-производственных участков, определена их типичность.

Для детального изучения температурного режима почвы при поливе водой'с пониженной температурой наши исследования делились на два блока: опыты на физической модели борозды и на опытно-производственном участке.-

При моделировании на поверхности почвенного монолита нарезалась борозда треугольного сечения длиной 1.2м и глубиной 0.1 м. Через каждые 10 см до глубины 0.8 м по оси борозды устанавливались термодатчики электротермометра АМ-29М. Через каждый час фиксировалась температура воздуха, воды в борозде, почвы (на поверхности и по глубине) и ее влажность по горизонтам. Влажность почвы определеляли объемным способом и при помощи нейтронного влагомера ВПГР-1. Было поставлено две серии эпытов, в первой полив осуществлялся без сброса (с помощью со-:удов Мариотта), а во второй - вода подавалась при помощи теп-

^изолированного шланга с постоянным расходом (0.1 и 0.14 л/с) и температурой (17. . .18°С) с образованием проточности'и сброса в конце борозда

Для проведения производственного эксперимента по определению степени влияния полива водой с пониженной температурой на урожайность хлопчатника был подобран участок, который располагался на территории с/за им. Куйбышева Кургантепинского района на расстоянии 8 км от Андижанского водохранилища. Опытно-производственный участок был подобран исходя из следующих условий:

- близость Андижанского водохранилища;

- возможность одновременного орошения как холодной, так и теплой водой;

' - типичность данного участка для почв Андижаской области.

В период наблюдений (1988... 1990 гг.) на опытно-произ-

оидыосллиш 1 1 г-гг псьмЛ и оат^уЫ пс^пи^шшхл

климатических параметров. Погодные условия были типичными для данного региона Фэрганской долины.

Почвы - типичные сероземы, хорошо освоенные с многолетними служившимися традиционными способам орошения по бороздам. Почвы характеризуются большим содержанием лессовидных фракций и малым содержание гумуса -■ 0. 3..Л.57., пористость 49. ..55Х, имеет комковато-глыбистую структуру, легко обрабатываются при проведении полевых работ. По механическому составу почвы сред-несуглинистые. Предельная полевая влагоемкость составляет 28... 217., максимальная молекулярная влагоемкость 10... 137. объема почвы.

Изучение водно-физических свойств почвы опытно-производственного участка проводилось по общепринятым методикам. Для качественного описания процессов тепло- и массопереноса в почве и получения исходных данных для математической модели в полевых условиях проводились эксперименты по изучению температурного поля почвы при поливе по бороздам, при этом измерялись: объем впитавшейся воды, глубина промачивания, температура воздуха и воды, влажность и тепература почвы по горизонтам в расчетном слое.

В течении трех лет (1988. ..1990), на опытно-производственном участке проводились серии опытов с поливом опытных делянок теплой (20...25°С) и холодной (12...17°С) водой.

Все агротехнические мероприятия, сроки и нормы полива на

обеих опытных делянках были идентичными. Различной была только температура поливной воды.

Были выполнены фенологические наблюдения за развитием растений хлопчатника и проводился подсчет полученного урожая.

Результаты экспериментов обобщались с применением методов математического моделирования и математической статистик:!. При .выборе модели оценивалась ее адекватность экспериментальным да-ным. Проведено теоретическое обобщение полученных результатов. В третьей глаие приведены результаты проведенных в 1988... 1990 гг. исследований, в которых изучались . следующие вопросы:

- влияние орошения водой с различной температурой на тепловой режим корнеобитаемой зоны на физической модели борозды;

- определение тепловых характеристик почвы при поливе по' бороздам водой с различной температурой на опытно-производственном участке;

- фенологические наблюдения и определение урожайности- при орошении водой с различной температурой на опытно-производственном участке;

- определение прогрева поливной воды и технологических параметров распределительных полиэтиленовых лотков.

Опыты на физической модели борозды показали, что при отсутствии проточности прогрев воды в борозде происходил за счет энергии солнца и тепла, аккумулированного почвой. Температура воды в борозде по своему численному значению и амплитуде суточных колебаний незначительно отличается от температуры воздуха, а на глубине 15 см температура почвы в точности повторяет кривую суточных колебаний температуры воздуха и воды в борозде. Разница между температурой воздуха и почвой (15 см) днем (в 16 ч. ) составляла 5... б°С и ночью (4 ч. ) - 0.5... 2°С.

Результаты опытов с проточной водой показал;!, что разница между температурой почвы (15 см) и воздуха днем (в 16 ч. ) составила 16... 18и ночью - 3... 4°С, а разница шлду температурой почвы и воды в борозде была неизменной (1.2. ..3°С) и не зависила от продолжительности полива. Это можно объяснить тем, что при поливе проточной водой происходит ее постоянная замена. Часть воды, протекая по борозде, "сносит" получаемое из почвы тепло.

Для определения зависимости снижения температуры почвы от расхода воды в Оороэде нами было проведено более 40 наблюде-

ний. При увеличении расхода воды, подаваемого в бороаду в первые сутки полива процесс охлаждения почвы на глубине 15 см немного ускоряется, увеличивается степень охлаждения почвы.

По результатам экспериментов, полученных на физической модели борозды, можно сделать вывод, что на тепловой режим почвы оказывает большое влияние начальная температуру воды, додаваемой в бороаду, начальная эдажцость почву (фещшемкартБ), рар-ход вод ц подаваемый в борозд у к цраррзщтмШФЪ полива. Для Проверки получерных результатов эксперименты ПР РДвРКб влияния ' полива водой с пониженной темперутуррй щ урожайность зслопчатн-шл ррородились ну ОПЫТНО"произРОДствевНРМ участке.

•\'Еылр выполнено две серии опытов; в первой = полив мрп-

одтника теплой В°Д0Й, рр второй " ПОЛИВ ВОДОЙ 0 приданной тешературрй. роду. НЗ ,РПУТН"Й участок подавалась различными способами. В первдм варианте водоподача рсурэстрлялась из ЛОТ" КУ длиной й КМ, проложенное параллельно каналу Щарихансай, дулеэ ро' временному распределителя в йорозщ Во втором вари= адте ВОДУ НЗ делянку подарадаср р помоиьк) насрсрв непрсредр-тренцо-рз каналу Щарихунсай. Температура роди у Период вегетации ПРИ первом способе водоподачи в дневное время равнялась в среднем 22. и 17,. 19°С'- в ночное время, прч втором -

температуру роды в течении суток была постоянной; - 10,.. 170О.

В каждой серии опытов выбиралась делянку шириной В 18 ряд^ кор. Дад исключения влияния полипов родой с различной температурой между собой обе делянки отделялись 6 рядами хлопчатника.

По море снижение объема впитывания -И увеличения расходу струи, проходящэй через данный створ, температура роды снижается, пч не опускается ниже теотерутуры воды в голове борозды, Эта закономерность иаблвдалусь во воек контрольных втворах.' Поэтому процесс теплообмену в голове борозды мевду почвой и водой можно брать как исходный и считать, что в каждом иа створов, через который протекает струя воды о температурой ниже, чем температура почвы будет происходить качественно такой т процесс, но при этом необходимо учитывать прогревание воды. по длине борозды, В утренние часы, через сутки после начала полива, наблюдается четкое распределение температуры почвы по-■ горизонтам. Независимо, от расстояния от начала борозды, разность температуры между слоями неизменна и составляет 1°0 на . пятисантиметровый слой почвы.

- 13 -

На прогрев воды в борозде оказывает влияние высота хлопчатника, его густота стояния и ширина мэждурядьев. При одинаковых климатических условиях (среднесуточной температуре и влажности воздуха, отсутствии ветра) и температуре воды в голове борозды, результаты наших наблюдений показали, что прогрев по длине борозды зависит от высоты хлопчатника и затененности поверхности грчвр. При рысоте хлопчатника равной Б.. .10 рм (затененности рорерхности почвы {5... прогрев воды в борозде длиннок) 23Q м в дневные часы составлял 12... 17 С. При высоте хлопчатника ВО. см (затененность - 85... 95%) прог-рер был пи^а H £ рзза. Эти данные хорощр рогл^суртся р результатам полернх дксперимэнтРЙ, пррродирщихря Я доборатррии

доэбран урспр.

Наш? изучались специфика росту главного стебля ц ассимиляционного аппарата хлопчатнику ц раписимэсти от температуры прлищшй водц fia опытной делянке. Фенологические наблюдения И подсчет урржайнорти НУ рпитнр-процзводстренном участка рргдасир методикам СорзЩГХИ проврд(р!ЦСЬ р течение 1988. . .199Q ГГ; Всхожесть ремщ ^лапчатщпса из делянках р терлой водой (температура воды р голове борозды 22,250С) (далее первый рариант) была на 12,,,15Х выше, чем на делянках с роливсм водой р пониженной температурой (15. .Д7Р0) (второй рариант). В Начала иквд большую листорую поверхность растения хлопчатнику имели р . тех вариантах, где делянка поливалась теплой водой. Как покапали результаты наших наблюдений, это обяснлотся тем, ЧТО ПРИ поливе продолжительностью более суток водой с пониженной температурой происходит снижение температуры корнеобитае-мой зоны на 6,,, 8°С, р результате чего происходит замедление процессор листообразоращш и накопления зеленцой массы. Сравнение результатов измерений по длина борозды (длина борозды -£3Q м) показало, что из-за разной температуры верхних слоев почвы листовая поверхность хлопчатника о начале борозды на 7,,. 15% меньше, чем в ее конце.

Обычно полив на опытной делянке начинался с утра и вода добегала до конца борозды в 3,,, 8 часов утра следующего дня. В это время поверхность почвы имеет минимальную суточную теше- ( ратуру, поэтому разница между водой и почвой составлет 1.,.3°С, , т, е. не наблюдается резкого перепада температур, вызываюп^го f стрэо у растений,

., Наблюдения за ростом хлопчатника показали, что в июне-июле разница между высотой растений на обеих делянках составляет 5... ЮХ. Неодинаковая реакция хлопчатника на температурный режим почвы отражается на структуре урожая.

Урожай зависит от количества сохранившихся и раскрывшихся коробочек. В варианте с поливом водой с пониженной температурой коробочек сохранилось на 10. ..17% меньше, чем в варианте с теплой водой. Большое опадение плодоэлементов во втором варианте' можно объяснить негативным влиянием на хлопчатник низкой температуры поливной воды ("стресовая ситуация").

Запаздывание в раскрываемости в варианте с поливом водой с пониженной температурой составляет от 8 до 17.дней. Сопоставляя сроки созревания коробочек и данные наблюдения за температурой воздуха (метеостанция "Савай"), выявлено, что чем ниже средняя температура воздуха, тем на больший период растягивается созревание в варианте с поливом холодной водой, так как хлопчатнику при поливе водой с пониженной температурой1 требуется большая сумма температур, чтобы догнать в .созревании коробочки хлопка-сырца первого варианта полива.

Средняя урожайность на делянке с поливом теплой водой для 1988... 1990 гг. составила 25.1 ц/га. "Во втором варианте (полив водой с пониженной температурой) эта величина составила 20. О 1^га, разница в средней урожайности хлопчатника составила 5.1 ■ ц/га, или . 20. IX, что согласуется с осредненными многолетними данными о снижении урожайности хлопчатника в хозяйствах, использующих для. полива холодную вбду (см. гл. 'I). Необходимо ■. отметить, что при поливе водой с пониженной температурой (второй. вариант) снизилась количество I и II сбора от общей доли урожайности урожайности хлопчатника (55,бх), в первом варианте' полива эта. цифра достигла 80.5Х от общэго валового сбора. Это в сбою очередь сказалось на качестве хлопко-волокна (табл. 1). Полученные результаты показали, что качество волокна, получен- • ного в варианте с поливом теплой водой (первый вариант) выше, как по. длине, так и по нагрузке на разрыв. Это обясняется тем, что созревание коробочек во-втором варианте запаздывало как минимум ца 10 дней, и поэтому по сравнению с первым вариантом они недополучили необходимое количество тепла, от которого зависят технологические свойства.волокна.

Статистическая обработка результатов урожая хлопчатника в'

.Формирования структуры урожая хлопчатника на опытно-производственном участке

Ы: Ы:

Сорт Седняя Среднее Формирование Сред- Вало- Длина Метри- Прочность

Год и высота коли-во плодоэлементов няя вая воло- ческий волокна

вари- хлопчат- симподи- масса УРО- кна номер

анти ника, альных Обцэе ЧИСЛО коро- . жай- волок-

экс- см . ветвей число сохранив- бочки ность

пери- ______1 ____1 __ шихся. с 1га

1

мента 1.07 ¡1.08 1.0711.03

1

■ ш. шт. шт. шт.! % 1 грамм ц/га мм

1. 1988

2. 1989

3. 1990

108-® а 27.5 О 25.0 103-Ф а 23.5 б 22.0 Ташкент-1 а 26.5 б 24.0

45.4

46.0

44.1 44.1

48.6

48.5

7.2 6.1

13.0 11.7

8.2 17.0

7.0 14.3

8.6 15.9

7.1 13.9

68.0 1 4.6 21.4 5.7 25.1 32.9 5513

57.8 12.2 21.1 5.8 20.0 32.2 5502

74.7 16.3 21.7 5.6 25.8 30.0 5490

63.5 14.0 22.0 5.6 20.1 29.5 5455

63.1 14.5 23.0 6.0 53.6 12.3 22.9 6.1

24.4 30.2 5380 19.8 29.6 .5325

4.8 4.2

4.5

4.0

4.7

4.1

сл

I

Примечания: 1. Еариант опыта : а - полив теплой водой; б - полив водой

с пониженной температурой.

2. Данные рассчитаны как средние по длине борозды.

3. В таблице представлены данныэ осредненные согласно методике СовзНИХИ /1981/.

• - 16 -

1988.. ,1990 гг. показала, что точность опыта (отношение ошибки к среднему результату) для трех лет лежит в пределах 2. .'.5%.

Параллельно с зтими исследованиями изучался вопрос прогрева поливкой воды до подачи ее на поле, в частности, прогрев воды в резервуарах и в проточных чеках. Исследования показали такую эффективность этого способа, кроме того он имеет ряд сус/эственных "недостатков. На нагревание 1 куб. м воды на 5°С необходимо затратить 2.1*ЮЛ8 Дж тепла, или 58.2 Квт. час электроэнергии. Для прогрева за счет солнечного излучения в течении суток объема воды (методом водооборота), равного поливной норме - 800 куб. м, необходим резервуар размерами 20... 40 кв. м и глубиной 0.1... 0.15 м (глубина резервуара должна быть небольшой, так как основной приток тепла идет только за счет солнца). При устройстве резервуаров с таким способом прогрева1 воды коэффициент земельного использования (КЗИ) сократится до 80%, кроме того увеличатся потери на испарение с водной поверхности и на глубинную фильтрацию (общие потери составят 20.. 257. от поливной нормы).

При применении рисовых чеков, кроме потерь воды возникают сложности при увязке различных культур в ' севообороте, увязке •сроков и норм полива таких разных культур, как рис и хлопчатник, овощи. Поэтому прогревводы в резервуарах и проточных рисовых чеках нам представляется не целесообразным.

Дня снижения отрицательного воздействия полива водой с . пониженной температурой на урожайность хлопчатника нами был рассмотрен способ водоподачи воды:в борозду с помощью полиэтиленовых лотков и труб. В литературе описано немало исследований, в которых рассматривались такие способы водоподачи, но отсутствуют даные по прогреву воды при движении по лоткам, трубам и борозде.

Применение распределительных полиэтиленовых лотков (ПЛ) с калиброванными отверстиями кроме дополнительного прогрева воды по длине имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным ручным вододелением. При внедрении ПЛ достигается высокая степень равномерности распределения воды между бороздами, строго нормируется расход в голове борозды, обеспечивается высокая надежность при эксплуатации. При равномерном распределении поливных струй в борозды можно получить одинаковое увлажнение по всему полю, одновременное добегание воды в конце борозды, сок- .

катить "время полива, что особенно вадко при поливе водой с по-шженной температурой, а также уменьшить сброс воды с поля.

При исследовании прогрева поливной воды в распределительных полиэтиленовых лотках (ЕЛ) нами изучались несколько их тк-юв: гладкостенные с диаметром 65 и 110 мм, гофрированные с диаметром 220 и 250 мм. Эксперименты показали, что в ПЛ вода прогревается в полтора-два раза сильней чем трубопроводах. Это объясняется тем, что контакт с приземным воздухом и прямое воздействие солнечных лучей прогревают воду в лотке быстрее. Поэтому в дальнейшим мы изучали прогревание воды в распределительных лотках. ■

Полиэтиленовые гофрированные лотки (ПГЛ) по сравнению с гладкостенными имеют ряд преимуществ. Они легче в два раза, за счет того что ПГЛ имеют гофры их легко соединять между собой укладывая несколько концевых гофр (4. ..5 шт.) др^т на друга, а для исключения просачивания воды из стыков достаточно уложить на соединяемый участок гофр небольшое количество влажного грунта и слегка прижать место стыковки металическими шпильками. За счет соприкосновения между верхним и низшим отрезком нескольких зубцов гофр, возникало хорошее сцепление стыков.

ПГЛ укладывается на поверхность почвы поперек борозд, укрепляется с помощью нескольких металлических шпилек, изготоз-ленных из металлической проволки d = 0.3... 0.5 см и длиной 15... 20 см. Прогрев воды в ложе ПГЛ происходит за счет энерпш солнца, чему способствует черная поверхность лотка и за счет прогрева снизу от нагретой поверхности почвы (60. ..65°С в дневные часы) и с боков горячим приземным слоем воздуха (35...-45°С). Во временных оросителях такого дополнительного притока тепла нет, т.к. длительный контакт воды (более 20 часов) охлаждает подстилающие слои почвы.

Программой экспериментов предусматривалось наблюдение за температурой воды по длине распределительного лотка с отбором воды в борозды и с холостым прогоном. Результаты наблюдений показали, что если по длине распределительного лотка (100... 120 м) не происходит отбора воды в борозды, то на сбросе лотка, через час после начала полива (11 часов) температура воды достигала 20. ..24°С (температура в голове лотка 17°С). Если по длине распределительного лотка происходит раздача воды в бо-

роздьги' постепенное уменьшение расхода, то в конце лотка вода нагревалась до 25. ..30°С, т.е. при уменьшении расхода струя получала больше тепла. Такая же картина наблюдалась во время ночных поливов.

Результаты гидравлического расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Примерная длина поливных борозд и рекомендуемые диаметры отверстий в полиэтиленовом гофрированном лотке (ПГЛ)

Водопрони-1 1 1 Длина ! Диаметр Расход полив-

цаемость ! Уклон ! поливных. ! отверстий, ной струи,

i i 1 1 борозд,м ! мм л/с

0.030.. . 0. 020 60... 80 10... 12 0.10. Л 0.12

повышенная 0. 020.. . 0. 010 80... 100 .11...14 0.12... 0.15

0. 010.. .0. 005 100.. .120 15. ..20 . 0. 20... 0. 22

0; 005.. .0. 001 100... 120 18. ..22 0. 22. ..0. 25

0. 030.. . 0. 020 75. ..100 8... 10 0. 08... 0.10

средняя 0. 020,. . 0. 010 100... 150 10. ..12 0.10... 0.12

0. 010.. .0.005 150. ..200 11...15 0.12... 0.17

0. 005.. . 0. 001 • 175... 200 15... 20 0.17... 0. 22

0. 030.. . 0. 020 90. ..120 8. ..10, 0.08... 0.10

пониженная 0. 020.. . 0.010 120... 180 11...15 0.12... 0.17

0. 010.. . 0. 005 180... 200 15... 20 0.17... 0. 22

О. СЮ5.1 . 0.001 200... 250 17... 22 0.22... 0. 25

Прим. При расчетах были использованы данные Г. Ю. Шэйнкина /1984/.

Полученные результаты дают основание сделать выеод, что применение полиэтиленовых лотков наряду с технологическими преимуществами полива (экономия ручного труда и поливной воды) дает эффект прогрева холодной поливкой воды до ее поступления в поливную' борозду.

В четвертой глава опысывается математическая модель процессов тепло- и массопереноса- при поливе водой с пониженной

температурой, приведены результаты и примеры расчетов по модели с экспериментальны),ш данными.

Изменяя величину и направленность потоков влаги, можно замедлять или интенсифицировать процессы движения тепла, воздуха, элементов питания, то есть регулировать тепловой, пищевой и воздушный режимы почвы косвенно - посредством управления водным режимом.

Большие исследования в этом направлении были проведены школой А. Б. Лыкова, А. Ф. Чудновского, С. К Нерпина, А. И. Якобса и другими. Разработанные модели описывают одномерный процесс тепло- и влагопёреноса в почве, но при поливе по бороздам перенос влаги, а значит и тепла происходит при наличии бокового растекания, отдачей части тепла водной струе и переносом ее на некоторое расстояние вниз по борозде и т. д. Эти условия данные модели не учитывают. Поэтому мы попытались решить некоторую часть этой сложной задачи и используя полученные эксперемен-тальные данные, описать процессы тепло- и массоперкоса при поливе водой с пониженной температурой.

Под руководством А. И. Голованова нами в качестве первого приближения была разработанна одномерная математическая модель теплопереноса на фоне впитывания влаги в почву, в которой поле температур рассчитывалось путем интегрирования уравнения теплопередачи методом конечных разностей. Для расчета влажности почвы и скоростей движения почвенной влаги было использований ранее полученное А. И. Головановым решение уравнения влагопере-носа. В расчетах использовалась и "четырехточечкая" схема, а также схема Кранка-Николсона' для апроксимации второй производной температуры по координате. Для рассмотренных задач они давали близкие результаты.

Разработанная модель, несмотря на допущения, позволяет оценить снижение температуры почвы при поливе холодной водой, а также поток тепла из почвы вверх, идущий на нагревание поливной струи. Отметим, что неучет этих тепловых потерь существенно занижает охлаждение почвы при поливе.

Была выполнена серия расчетов температурного поля и потерь тепла с помощью описанной выше математической модели, результаты которых позволили, преобразовав теоретические зависимости, получить приближенные формулы для оценки снижения температуры в почвенном слое (несколько превышающем глубину

промачиваиия) в конце полива и кондуктивных потерь тепла на нагревание поливной воду.

Пример использования полученных формул: Проведем полив нормой М=5 см за время 1=20 ч; Л- 1.12, начальная

температура почвы £[,=340С, температура поливной воды бь=17°С, пористость почвы 1п=0. 5, начальная влажность и)н =0.25, теплоемкость скелета почвы Сек = 0.4, кал/( куб. см*град), теплоемкость воды Св = 1 кал/(куб. см*град). Определим снижение температуры почвы в верхнем слое 2= 25 см. В конце полива его средняя влажность составит -0,45 , что меньше пористости.

Расчетная влажность почвы : / иОр-и)и+ 0,67 (т -и>„)* 0,4/7 . Расчетная теплоемкость почеы Сп = С„■\-f-m) 1-Св иОр = О.б/Г Расчетная теплопроводность Я^^Ь* 10,8-¡/и^. = в, *°*/см ч Кондуктивные потери тепла почвой через ее поверхность:

^от-д^Я'Ч^Ь /гз.бз

Снижение температуры 25 сантиметрового слоя.почвы в конце по- • лива будет равно

= /г.д V

Интересно, что если не учитывать потери тепла на нагревание поливной воды и тепловое взаимодействие с подстилающими слоями, в данном случае уменыгавцем охлаждение почвы, и рассчитать снижение температуры почаьг только за счет ее увлажнения холодной водой, тогда получим снижение температуры существенно • меньшее, чем с учетом потерь тепла на нагревание поливной воды

л л п (Сгй ^Нй - Сам-Эе 7р оп

где Сс*Сс/Н-пV

Анализируя расчеты, следует иметь в виду постановку рассмотренной здесь задачи: предполагается, что полив осуществляется сплошным затоплением, и что слой воды постоянно движется так, что в рассматриваемой точке температура воды остается постоянной. Тепло, полученное водой за счет контакта с почвой, "сносится" вниз по течению. Вместе с тем, сравнение их с данными, полученными на физической модели борозды и на опытно-производственном участке показало хорошую сходимость.

- 21 -

В пятой глзеэ обосновывается агротехнические мероприятия и рекомендации по совершенствованию технологии орошения в изменившихся условиях хозяйствования (ухудшения качества поливной воды); приведены технико-экономические показатели мероприятий по снижению негативного влияния орошения холодной водой.

СЛЮДЫ и РКЖЛЩГС'-Щ?.

1. Ввод в эксплуатацию Андижанского водохранилища явился причиной того, что в низший бьеф стала поступать осветленная вода с температурой 7... 12°С. Содержание микроэлементов и иловых фракций в воде снизилось на 60... 80% по сравнению с водой до ввода водохранилища.

2. Исследования показали, что вода в оросительной сети старшего порядка (МК, МХР) прогревается незначительно (1°С на 40 км длины канала) и величина прогрева воды зазисит от гидравлических параметров какала (скорость, глубина, расход, ос-ветленность воды и др.). Подогрев воды в крупных каналах и оросителях до оптимальной температуры (20.. .24°С) энергоемок и практически невозможен.

3. Установлено что снижение температуры окружающей среды сказывается на качестве и количестве урожая хлопчатника. Статистическая обработка и анализ данных температуры воздуха, воды в оросительной сети и урожайности хлопчатника в Андижзнской области позволили определить, что зона влияния водохранилищу охватывает территорию в радиусе 30... 40 км. Снижение урожайности хлопчатника в этой зоне составило около 5 ц/га или 17

в районах, удаленных на 30... 100 км от водохранилища снижение урожайности за этот период не наблюдалось.

4. На физической модели борозды определено, что при постоянной подаче воды с температурой около 17°С через 'сутки после начала поливе температура верхних слоев почвы снижается на 15. ..18 С. Продолжительность прогрева корнесбктаемой зоны.до оптимальной увеличивается на 5... 7 дней, по сравнению с поливом теплой водой'(22.. .25°С). В зависимости от расхода, подаваемого в борозду, изменяется температура почвы. При увеличении расхода с 0.1 л/с до 0. 5 л/с снижение температуры корнеобитае-мой зоны в первые сутки полива увеличивается на 20%.

5. На опьггно-произЕодственном участке при Поливе водой с пониженной температурой (17°С) через сутки после начала полива

температура- корнеобитаемой зоны по всей длине борозды снизилась на 5... 8 С по сравнению с поливом теплой водой (22°С). При высоте хлопчатника 60... 70 см прогрев по длине борозды снижался в 2 раза.

6. При поливе водой с пониженной температурой на 8... 15 дней увеличивается сроки созревания урожая хлопка-сырца. Сни-

.жение урожайности при поливе водой с пониженной температурой в среднем для трех лет наблюдений (1988...1990 гг.) составило 5 ц/га, . или более 20% от средней урожайности, чем в варианте с поливом теплой водой.

7. Полив водой с пониженной температурой сказался на качестве 'собранного урожая. Доля I и II сбора для трех лет составила 55. 6% против 80.5% при поливе теплой водой. Это в свою очередь сказалось на технологических и физико-химических' качествах волокна - снизилась длина и прочность на разрыв.

8. При ' использовании полиэтиленовых распределительных лотков с калиброванными отверстиями вместо выводных борозд, кроме преимуществ в технологии полива наблюдается прогрев воды, который составляет 2... 4°С на 10 м длины лотка.

10. Разработан способ расчета снижения температуры почвы при поливе холодной водой на основе математического моделирования процесса влаго- и теплопереноса.

Рекомендации по снижению негативного влияния полива водой с пониженной температурой включают в себя следующие мероприятия:

1.- Рекомендуется перейти на выращивание скороспелых сортов хлопчатника, -тагах как - АН-Баяут-2, у которого вегетационный период от всходов до созревания 128... 130 дней, средняя урожайность.хлопка-сырца - 40... 45 ц/га, Киргизский-3 - вегетационный период 126... 139 дней, средняя урожайность 35 ц/га, Ташкент-1 - вегетационный период 135... 138 дней, средняя урожайность 43.'6 ц/га; Сергана-3 - вегетационный период 130.. .141 дней, средняя урожайность 37. 5 ц/га.

2. Необходимо изменить технологию орошения хлопчатника, т.е. проводить поливы малыми поливными струями (расход в голо-Ее борозды менее 0.3 л/с), уменьшить поливные нормы до 600 ... 700 куб. м/га и снизить продолжительность поливов на 20... 25%.

3. Применяя гофрированных полиэтиленовых лотков с . калиброванными отверстиями, можно обеспечить строгое нормирование

хода поливкой струи в голове каждой борозды. Это позволит 1ысить производительность труда на поливе и прогреть воду на . 4°С на 10 п. м лотка.

Народнохозяйственный эффект от внедрения гофрированных гиэтиленовых лотков на 100 га посевной площади хлопководства i поливе водой с пониженной'температурой равен 45.4 тыс. ¡лей. Учитывая, что только в трех районах Андижанской сблас-(Кургантерпнском, Джалалкудукскоы, ХЬджаабадском) под хлоп-?ник занято около 30 тыс. га, внедрение'данных предложений и «эмендаций может дать .народнохозяйственный эффект свыше 13. 5 i. рублей (в ценах 1983 года).

Основные результаты исследований опубликованы а следующих, ютах:

• 1. К вопросу о влиянии температуры поливкой еоды в мелио-?ианой сети на урожайность хлопчатника. //Регулирование вод*-'о режима дренированных минеральных поча:' Тр ЛитСХА.- .Кау-:: 1937. - с. 72.. В соавторстве с А. П. Полай-заде.

2. Формирование теплового режима почвы при поливе по юздам водой С' пониженной тешературой //Тезисы докладов 'союзной научно-технической конференции "Повышение эффективен использования водных ресурсов в сельском хозяйстве", I, НИМИ. - Новочеркасск: 1989. 2S3 с. В соавторстве с I Головановым.

3. Температурный режим почвы при поливе водой с понижек-; тешературой //Комплексное мелиоративное регулирование:

МГМИ - lí: 1939. - 154 с. В соавторстве с A. JL Головановым.

4.. Выявление значимых агротехнических факторов, влияющих формирование урожая хлопчатника- //Вопросы освоения предгор-склонов и пути улучшения мелиоративного состояния старопа-ных земель: Тр. ТИКИМСХ. - Ташкент:' 1983, вып. 130. - 129' В соавторстве с И. А. Кадыровым и X. Уриновым. '