Лабораторна робота 16 Прогноз запасів продуктивної вологи у грунті на початок вегетаційного періоду (на початок сіву ярових культур)

Мета роботи: Ознайомитись з основними агрогідрологічними властивостями грунту, методикою складання прогнозу запасів продуктивної вологи на початок вегетаційного періоду.

Матеріали: Вихідні дані для складання прогнозу запасів продуктивної вологи у грунті на початок вегетаційного періоду.

Загальні положення

Ґрунтова волога є одним із найголовніших факторів життя рослин, що визначає врожайність сільськогосподарських культур. Використовуючи велику кількість води із тканин на транспірацію, рослини повинні постійно поповнювати ці витрати. Надходження води у тканини рослин відбувається через коріння, тому грунт є головним постачальником води і мінерального живлення рослин.

Інтенсивність надходження води у рослини залежить від кількості доступної для них води у грунті (продуктивної вологи).

Кількість вологи, яка може утримуватись грунтом у польових умовах визначається його властивостями: механічним складом, структурою, кількістю органічної речовини та глибиною залягання ґрунтових вод.

Агрогідрологічні властивості грунту

Характеристики водно-фізичних властивостей грунту, які необхідні для одержання інформації про вологозабезпеченість сільськогосподарських культур, в агрометеорології називаються агрогідрологічними властивостями грунту.

Використовуючи дані про агрогідрологічні властивості грунту можливо відокремити ту їх частину, яка формує врожай сільськогосподарських культур.

Об’ємна вага грунту – маса одиниці об’єму сухого грунту (висушеного при температурі 100-105C) непорушеного складу. Вона визначається шляхом поділу маси абсолютно сухого грунту на його об’єм і виражається у г/см³.

Капілярна вологоємкість – кількість вологи, яку грунт утримує у капілярах за рахунок надходження (підтоку) із грунтових вод.

Найменша вологоємкість (НВ) – максимальна кількість вологи, яку може утримувати грунт у підвішеному стані після стікання надлишку води і при відсутності капілярного зволоження за рахунок грунтових вод.

Вологість стійкого в’янення (коефіцієнт в’янення) – вологість грунту, при якій з’являються необоротні ознаки в’янення рослин.

Непродуктивна вологість – частина грунтової вологи, яка не засвоюється рослинами і не приймає участі у створенні органічних речовин рослин.

Продуктивною вологою називається волога, яка утримується у грунті зверх вологості в’янення.

Питома вага грунту – відношення ваги абсолютно сухого грунту до ваги витісненої грунтової води. Цей показник використовується при розрахунку загальної скважності грунту.

Різниця між значенням найменшої вологоємкості грунту і фактичною вологістю грунту називається дефіцитом вологості грунту і широко використовується у землеробстві, наприклад при розрахунках зрошувальних і поливних норм.

Вологість розриву капілярів (ВРК) – вологість пригнічення, яка характеризує нижню межу оптимальної вологості грунту і складає 50-70% від НВ.

Продуктивна волога – це та частина грунтової вологи, яка забезпечує формування врожаю культурних рослин і має основне значення для сільського господарства. Запаси продуктивної вологи – основний показник вологозабезпеченості рослин.

Продуктивну вологу виражають висотою шару води у мм, що дозволяє співвідносити її запаси з витратами води (випаровуванням) і її прибутком (опадами), які також вимірюються у мм.

Запаси продуктивної вологи (мм) розраховують по формулі

, (16.1)

де 0,1 – коефіцієнт для переводу запасів вологи у мм;

ρ - об’ємна маса грунту, г/см³;

W – вологість грунту, % від маси абсолютно сухого грунту;

К – вологість стійкого в’янення, % від маси абсолютно сухого грунту;

h – розрахунковий шар грунту, см.

Величини об’ємної маси і вологості стійкого в’янення є сталими для даного конкретного грунту і практично не змінюється при зміні вологості грунту.

На мережі гідрометеостанцій запаси продуктивної вологи підраховують для кожного 10-сантиметрового шару грунту, які потім складають (визначають середній запас продуктивної вологи для метрового шару). Ступінь відповідності потреби рослин у грунтовій волозі для формування високих врожаїв називають вологозабезпеченістю рослин.

Запаси продуктивної вологи у метровому шарі грунту у основні періоди весняно-літньої вегетації озимої пшениці даються у табл. 16.1.

Таблиця 16.1

Оцінка запасів продуктивної вологи у метровому шарі грунту у основні періоди весняно-літньої вегетації озимої пшениці

Фаза	Запаси продуктивної вологи, мм
	добрі	задовільні	недостатні	погані
Поновлення вегетації	150-200	120-150	100-120	<100
Вихід у трубку	140-180	100-140	80-100	<80
Колосіння	80-140	60-80	40-60	<40
Налив зерна	80-100	40-80	30-40	<25

Прогноз запасів вологи у грунті на початок вегетаційного періоду.

Запаси вологи у грунті постійно змінюються. Поповнення запасів вологи у грунті в основному відбувається взимку. Це поповнення залежить від пересування води всередині грунту та проникнення у грунт опадів і талих вод у період відлиги. Поповнення вологи у різних грунтово-кліматичних зонах різне. Це викликає необхідність прогнозу запасів вологи на початок весни. У південних районах країни запаси продуктивної вологи у грунті на весну мають вирішальний вплив на наступну врожайність сільськогосподарських культур.

Прогноз запасів продуктивної вологи на початок вегетаційного періоду складають для районів недостатнього і нестійкого зволоження, де в кінці осені вологозапаси у грунті частіше набагато нижче найменшої вологоємкості.

Він має велике значення для вибору оптимальних строків сіву ярових культур, способів передпосівної обробки грунту і т. ін. Наприклад, при низькій вологості грунту весною замість ярової пшениці доцільно висівати засухостійкі культури (просо та ін.).

Методика прогнозу розроблена М. А. Разумовою і заснована на залежності весняних запасів вологи у метровому шарі грунту від осінніх запасів і кількості опадів у осінньо-зимовий період. Прогноз складають звичайно на початку березня, за 30-50 діб до посіву ранніх ярових культур у степній зоні.

Очікувані запаси продуктивної вологи у шарі грунту 0-100см визначають за формулою

, (16.2)

де W_oc – вологозапаси у шарі 0-100 см на дату останнього їх визначення (перед замерзанням грунту), мм;

ΔW – зміна вологозапасів за період від дати останнього визначення вологості грунту восени до дати переходу середньодобової температури повітря через 5,0С весною.

Зміна вологості грунту залежить по методу М.А. Разумової від дефіциту вологості грунту восени і кількості опадів.

Для районів з глибоким заляганням грунтових вод, де у весняний період може мати місце недонасиченість грунту вологою, цю залежність виражають рівнянням:

при стійкій зимі

(16.3)

при нестійкій зимі

(16.4)

де ΔW –зміна запасів продуктивної вологи у метровому шарі грунту за період від дати останнього визначення її восени, яка співпадає з датою встановлення від’ємних середніх добових температур повітря, що обумовлюють промерзання грунту, до дати переходу температури повітря через 5С весною, мм;

r – кількість опадів за період від дати останнього визначення вологості грунту восени до дати складання прогнозу (фактичні дані) і від дати складання прогнозу до дати переходу середньодобової температури повітря через 5С весною (по довгостроковому прогнозу), мм;

d – дефіцит вологості у шарі грунту 0-100см восени - різниця між найменшою вологоємкістю (НВ) і фактичними запасами продуктивної вологи, мм.

По довгостроковому прогнозу весною визначають дату переходу температури через 5,0С або використовують матеріали агрокліматичних довідників.

Запаси вологи у грунті прогнозуються на дату переходу температури через 5,0С (початку сіву ярових культур).

Для складання прогнозу необхідно мати наступні дані:

1. Запаси вологи у грунті восени, які визначаються на полях, де будуть висіватися ярові культури, перед замерзанням грунту.

2. Значення НВ, яке береться із даних агрогідрологічного обстеження грунту того поля, де будуть висіватися ярові. Допускають використання осереднених значень НВ для різних по механічному складу грунтів. Так для метрового шару суглинистих грунтів – НВ ≈ 150-180 мм, для супісків ≈ 120-150 мм, для піщаних – 80-100мм;

3. Кількість опадів від дати останнього визначення вологозапасів восени до дати складання прогнозу;

4. Дата переходу температури через 5С весною;

5. Кількість опадів з 1.03 (дати складання прогнозу) до дати переходу температури повітря через 5С, яка визначається по агрокліматичному довіднику з урахуванням довгострокового прогнозу погоди.

Приклад розрахунку запасів продуктивної вологи на початок сіву ярових культур для зони недостатнього зволоження.

Вихідні дані:

1. Дата останнього визначення вологості грунту – 18 листопада;

2. Фактичні запаси вологи на 18 листопада – 65 мм;

3. Найменша вологоємкість (НВ) – 170 мм;

4. Середній багаторічний запас вологи весною – 125 мм;

5. Фактична сума опадів з 18 листопада до 1 березня 78 мм;

6. Дата переходу середньодобової температури повітря через 5С весною – 11 квітня.

По прогнозу погоди поетапно необхідно визначити наступне:

1. Кількість опадів за період з 1 березня до 10 квітня (від дати складання прогнозу до дати переходу температури повітря через 5°С;

2. Кількість опадів за період від дати останнього визначення вологості грунту восени до дати переходу температури повітря через 5°С весною;

3. Дефіцит вологості грунту весною;

4. Зміна запасів продуктивної вологи у грунтів за період з 18 листопада по 10 квітня;

5. Очікувані запаси продуктивної вологи у грунті на початок весни (на 11 квітня);

6. Очікувані запаси вологи у відсотках від НВ і середніх багаторічних запасів.

Розрахунок:

1. По даним агрокліматичного довідника визначаємо кількість опадів за період з 1 березня по 10 квітня. Для даної метеостанції вона дорівнює 56 мм (за першу декаду березня 18 мм, за ІІ – 12 мм, за ІІІ – 15 мм, за першу декаду квітня – 11 мм).

По довгостроковому прогнозу погоди опади очікуються 120% вище норми. Розраховуємо очікувану суму опадів

56 мм × 1,2 = 67 мм

2. Визначаємо загальну суму опадів за весь розрахунковий період (від 18 листопада до 11 квітня)

78 мм + 67 мм = 145 мм

3. Розраховуємо дефіцит вологості грунту восени (від НВ віднімаємо фактичні запаси вологи станом на 18 листопада)

170 мм – 65 мм = 105 мм

4. Розраховуємо зміни запасів продуктивної вологи у грунті за період від 18 листопада до 10 квітня по рівнянню (16.4) для нестійкої зими.

ΔW = 0,21r + 0,62d – 33

ΔW = 0,21•145 + 0,62•105 – 33 = 63 мм

5. Запаси вологи на початок весни складають

W_вес = W_ос + ΔW = 65 + 63 = 128 мм

6. Запаси вологи на початок весни (W_вес) у відсотках від НВ складуть

W_вес / W_нв = 128/170 • 100 % = 75%

Запаси вологи на початок весни (W_вес) у відсотках від середнього багаторічного (W_сб) — 125 мм складуть

W_вес / W_сб = 128 / 125 • 100% = 102%

Примітка

При розповсюдженні прогнозу запасів вологи у метровому шарі грунту на початок сіву ярових культур на сусідню територію основну увагу необхідно звертати на опади, які випали на цій території за 2 останніх місяці перед встановленням від’ємних температур восени. Цей прогноз можливо використовувати лише для території, де різниця опадів за два вказаних місяці у пунктах, для яких складається прогноз, не перевищувала 40 мм. Різниця у кількості опадів, які випали за зимовий період, не повинна перевищувати 50 мм.

По закінченні розрахунку складається текст прогнозу, у якому вказують які запаси вологи в грунті були восени були перед замерзанням грунту, який був характер зими(стійка або нестійка), як складалися умови накопичення вологи у грунті у осінньо-зимовий період (кількість опадів, характер їх випадіння, промерзання і відтанення грунту і т. ін.) які запаси вологи очікуються на початок весни (порівняти їх з найменшою вологоємкістю, середньобагаторічними і минулорічними), дається оцінка очікуваних запасів: відмінні – 100% від найменшої вологоємкості, добрі – 100-75%, задовільні – 75-50%, погані – нижче 50%.

Техніка розрахунків у тексті прогнозу не приводиться. Прогнози запасів продуктивної вологи у грунті на початок весняних польових робіт використовуються (особливо у районах недостатнього зволоження) для планування робіт по снігозатриманню і затриманню талих вод, для уточнення розмірів посівних площ, які зайняті посухостійкими культурами, способів обробки грунту, доз внесення мінеральних добрив. При внесенні великих доз добрив у надлишково-зволожений грунт вони інтенсивно вимиваються і попадають у водойми, які забруднюються сполуками азоту, а рослини не одержують додаткового живлення.

Завдання до лабораторної роботи.

1. Ознайомитись з визначенням основних агрогідрологічних властивостей грунту.

2. Засвоїти методику розрахунку продуктивної вологи.

3. Засвоїти методику прогнозу запасів продуктивної вологи на початок вегетаційного періоду розробленою М. А. Розумовою.

4. Скласти прогноз запасів продуктивної вологи на початок вегетаційного періоду по вихідним даним.

Питання для самоконтролю:

1. Якими характеристиками визначаються агрогідрологічні властивості грунту?

2. Що таке продуктивна волога, як вона розраховується і яке має значення для с/г культур?

3. Як розраховуються запаси продуктивної вологи на початок вегетаційного періоду?

4. Які дані використовуються для складання прогнозу запасів продуктивної вологи на початок вегетаційного періоду?

5. Як складається прогноз запасів продуктивної вологи на початок вегетаційного періоду (початок сіву ярових культур), і його значення?

Список рекомендованої літератури

1. Наставление гидрометрическим станциям и постам. Метеорологические наблюдения на станциях. – Л.: гидрометиздат, 1954. – вып. 3. ч.1 – 262 с.

2. Галік О. І. Метеорологічні прилади і методи спостереження. Практикум. Навчальний посібник. Рівне: НУВГП, 2008. – 134 с.

3. Колесник П. И. Метеорология. Практикум. – Киев.: Высшая школа головное издательство, 1986. – 175 с.

4. Стернзат М. С., Сапожникова А. А. Метеорологические приборы, наблюдения и их обработка. – Л.: Гидрометиздат, 1959. – 250 с.

5. Международный атлас облаков и состояний неба. / под ред. А. Ф. Дюбука, 2-е издание расширеное. – М.: Гидрометиздат, 1946. – 42 с.

6. Практикум по синоптической метеорологии / под ред. В. И. Воробьева. – Л.: Гидрометиздат, 1983 – 288 с.

7. Зверев А. С. Синоптическая метеорология. – Л.: Гидрометиздат 1977. – 711 с.

8. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Агрометеорологические наблюдения на станциях и постах. – Л.: Гидрометиздат, 1964. – вып. 2, ч. 1. – 520 с.

9. Польовий А. М., Божко Л. Ю. Ситов В. М., Ярмольська О. С. Практикум з сільськогосподарської метеорології. – Одеса, 2001. – 400с.

10. Чирков Ю. М. Агрометеорология. Л.: Гидрометиздат, 1986. – 293 с.

11. Руководство по агрометеорологическим прогнозам. – Л.: Гидрометиздат, 1986. – 167 с.

12. Лосев А. П., Журіна Л. П. Агрометеорологія. – М.: Колос, 2001. 301с.

13. Польвий А. М., Божко Л. Ю. Довгострокові агрометеорологічні прогнози: Підручник. – Київ.: КНТ, 2007. – 296с.

Додаток А