Оптимизация водных свойств и расчеты водного баланса почвы

1. Расчеты водопотребления заданной сельскохозяйственной культурой. Для получения запланированных уровней урожаев сельскохозяйственных культур требуется определенное количество влаги, называемое суммарным водопотреблением (СВ). Суммарное водопотребление складывается из испарения влаги с поверхности почвы и транспирации почвенной влаги непосредственно самими растениями. Для расчетов (СВ) необходимо знать коэффициент водопотребления (Кв), т. е. количество влаги в м3, необходимое для создания 1 т продукции. Коэффициент водопотребления для овса составляет 130(в м3/т) СВ = Уп х Кв, м3/га, где У_п -планируемая урожайность культуры, т/га .

СВ=33×130=4290 м³/га.

2. Расчёт наименьшей влагоёмкости.

Наибольшее количество воды, которое остаётся в почве после обильного увлажнения и стекания всей гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и подпирающего действия грунтовых вод, называется наименьшей влагоёмкостью.

НВ_опт (% вес) = НВ_факт х 1.1.

НВ_факт = d_vфакт х h₁ х НВ_факт м³/га НВ_опт = d_vопт х h₅ х НВ_опт м³/га НВ_опт = 24,3×1.1=26,73% вес НВ_факт = 1,38×20×24,3=670,68 м³/га НВ_опт = 1,26×24,32×26,73=819,09 м³/га.

3. Расчет влажности завядания (ВЗ).

ВЗ = 1.5 х МГ, где МГ — максимальная гигроскопичность.

ВЗ_факт = 1.5 х МГ_факт, %вес ВЗ_опт = ВЗ_факт х 1.1, %вес, где 1,1 — повышающий коэффициент за счет увеличения содержания гумуса в почве.

ВЗфакт = dvфакт х h1 х ВЗфакт м3/га ВЗ_опт = d_vопт х h₅ х ВЗ_опт м³/га ВЗ_факт = 1.5×2,1=3,15%вес ВЗ_опт = 3,15×1.1=3,5%вес, ВЗ_факт = 1,38×20×3,15=86,94 м³/га ВЗ_опт = 1,26×24,32×3,47=106,33 м³/га.

4. Расчёт продуктивного запаса влаги.

Продуктивный запас влаги — это суммарное количество продуктивной, или доступной растениям, влаги в толще почвогрунта.

Рассчитываем абсолютные (м³/га) значения ПЗВ_факт и ПЗВ_опт.

ПЗВ — продуктивный запас влаги.

ПЗВ=НВ-ВЗ, ПЗВ _факт =НВ _факт -ВЗ _факт, м³/га, ПЗВ _опт =НВ _опт -ВЗ _опт, м³/га.

ПЗВ _факт =670,68−86,94=583,74 м³/га, ПЗВ _опт =819,09−106.33=712,76 м³/га.

5. Расчет продуктивных осадков (ПрО).

Из агроклиматического справочника известно, что средняя величина осадков за вегетационный период в Калужской области составляет 320 мм, 450 мм, 180 мм соответственно для нормального, влажного и сухого года. Но необходимо учесть потери на поверхностный сток и инфильтрацию осадков. Для расчета ПрО в нормальный, влажный и сухой годы, необходимо средние величины осадков умножить на поправочный коэффициент 0.7.

ПрО в нормальный год=320×0,7=224 мм.

224*10=2240м³

ПрО во влажный год=450×0,7=315 мм.

315*10=3150м³

ПрО в сухой год=180×0.7=126 мм.

• 126*10=1260м³
• 6. Расчет поступления влаги за счет пропитывания из грунтовых вод (ПГВ).

Известно, что корневые системы сельскохозяйственных культур могут проникать на значительную глубину и потреблять влагу из нижележащих горизонтов и материнских пород (грунтов). Принято считать, что если уровень грунтовых вод (УГВ) составляет менее 2,5 м, то следует учитывать приходную статью «подпитывание грунтовыми водами». Для этого продуктивный запас влаги в почве (ПЗВ) увеличивается на 20 — 40% соответственно для УГВ = 2,5 — 0,5 м.

7. Расчет суммарных продуктивных запасов влаги (СПЗВ).

Для нормального года:

СПЗВ_опт = ПЗВ_опт х К_пгв + ПрО, м³/га где К_пгв — поправочный коэффициент на УГВ, значение которого 1,3.

Для влажного года:

СПЗВ_опт = ПЗВ_опт х К_пгв + ПрО, м³/га Для сухого года:

СПЗВ_опт = ПЗВ_опт х К_пгв + ПрО, м³/га Для нормального года:

СПЗВ_опт = 712,76×1,3+ 2240=3166,6 м³/га Для влажного года:

СПЗВ_опт = 712,76×1,3 +3150=4076,6 м³/га Для сухого года:

СПЗВ_опт = 712,76×1,3 +1260=2186,6 м³/га.

8. Расчёт водного баланса почвы (ВБ).

Водный баланс характеризует приход влаги в почву и расход из неё. Это количественное выражение водного режима, то есть совокупности явлений поступления влаги в почву, её передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы.

Приходными статьями водного баланса являются:

• 1. поступление с осадками;
• 2. поступление из грунтовых вод;
• 3. конденсация из паров воды;
• 4. поверхностный приток воды;
• 5. боковой приток почвенных и грунтовых вод.

Расходными статьями водного баланса являются:

• 1. физическое испарение;
• 2. испарение;
• 3. инфильтрация в почвенногрунтовую толщу;
• 4. поверхностный сток;
• 5. внутрипочвенный сток;

Рассчитываем водный баланс по трём годам по соотношению:

ВБ=СПЗВ _опт — СВ, м³/га.

Для нормального года:

ВБ=3166,6- 4290= -1123,4 м³/га Для влажного года:

ВБ=4076,6- 4290=-213,4 м³/га Для сухого года:

ВБ=2186,6- 4290= -2103,4 м³/га Водный баланс в целом отрицателен, следовательно, недостаток влаги картофель будет испытывать во все года, но во влажный год недостаток влаги будет не столь значителен.

9. Расчет возможного уровня урожайности культуры по водообеспеченности.

Используя значения К_в для данной культуры и СПЗВ_опт, можно рассчитать ожидаемые уровни урожайности сельскохозяйственной культуры (У) по трем годам У = СПЗВ_опт: К_в, т/га В нормальный год:

У = 3166,6: 130=24,3 т/га Во влажный год:

У = 4076,6: 130=31,36 т/га В сухой год:

У = 2186,6: 130=16,82 т/га Из расчётов следует, что во влажный год запланированная урожайность культуры, равная 33 т/га, практически достижима. В сухой год ожидаемая урожайность ниже запланированной на 16,18 т/га, в нормальный год ожидаемая урожайность ниже запланированной на 8, 68т/га, значит, в этом случае необходимо предусмотреть меры по предотвращению недостатка влаги в почве. Например: лесомелиоративные и агротехнические (снегозадержание, глубокое рыхление, щелевание, введение черных паров и так далее) мероприятия.