Способ регулирования фитоклимата в агрофитоценозах при капельном орошении и система для его осуществления

Способ регулирования фитоклимата в агрофитоценозах при капельном орошении и система для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам поддержания фитоклимата в агроценозах при капельном орошении путем увлажнения приземного слоя воздуха и увлажнения листовой поверхности растений.

Известен способ мелкодисперсного дождевания однолетних сельскохозяйственных культур путем внесения оросительной поливной нормы разовыми поливными нормами, определяемыми с учетом климатических показателей, в котором, с целью экономии поливной воды, в качестве климатических показателей используют статистические данные о количестве суток и количество часов в сутках с температурой выше оптимальной для данной культуры в основные фазы ее развития, при этом оросительную норму определяют по следующей зависимости:

,

где М - оросительная норма, м³/га;

m_τ - разовая норма полива, м³/га;

τ и n_τ - соответственно количество суток и количество часов в сутках с температурой выше оптимальной для данной культуры в основные фазы ее развития (SU, авторское свидетельство №1732864 А1, М.кл.⁵ A01G 25/02. Способ мелкодисперсного дождевания однолетних сельскохозяйственных культур. / Т.И.Иванцова, М.Ю.Храбров (СССР). - Заявка №4683583/15; Заявлено 24.04.1989; Опубл. 15.05.1992, Бюл. №18 // Открытия. Изобретения. - 1992. - №18).

К недостаткам описанного способа мелкодисперсного дождевания сельскохозяйственных культур применительно к решаемой нами проблеме - создание оптимальных условий произрастания сельскохозяйственных культур в системе капельного орошения при суховеях - относятся некорректность предложенной формулы при определении оросительной нормы для создания оптимальных условий произрастания растений в критические дни.

Известен способ полива, включающий выдачу поливной нормы, в котором, с целью поддержания оптимальной влажности почвы, улучшения параметров микро- и фитоклимата в зоне орошения при экономии воды, выдачу поливной нормы осуществляют путем ежесуточных комбинированных поливов с одновременным локальным увлажнением почвы, аэрозольным увлажнением приземного слоя воздуха и листовой поверхности растений, при этом поливная норма равна суммарному расходу воды с орошаемого участка за предшествующие сутки; 5-10% поливной воды расходуют на локальное увлажнение почвы, 25-30% - на аэрозольное увлажнение приземного воздуха и 65-70% - на аэрозольное увлажнение листовой поверхности растений; ежесуточные комбинированные поливы осуществляют периодически в течение 5-7 минут с интервалом 35-40 минут при повышении температуры выше 25°С и снижении относительной влажности воздуха ниже 60% (авторское свидетельство SU №1178362 А, М.кл.⁴ A01G 25/00. Способ полива. / А.В.Черкун, И.С.Онищук, В.Д.Щербань, М.Д.Быков (СССР). - Заявка №3719361/30-15; Заявлено 04.01.1984; Опубл. 15.09.1985, Бюл. №34 // Открытия. Изобретения. - 1985. - №34).

К недостаткам описанного способа полива сельскохозяйственных культур при суховеях, несмотря на имеющуюся возможность улучшения параметров микро- и фитоклимата в зоне орошения, относятся отсутствие количественных показателей для установления поливных норм для увлажнения верхнего слоя почвы, аэрозольного увлажнения приземного слоя воздуха и листовой поверхности растений.

Известен способ определения сроков полива при мелкодисперсном дождевании, включающий определение температуры воздуха, в котором, мелкодисперсное дождевание назначают и проводят с ранней фазы развития растений по перепаду температур в системе лист/воздух от 1 до 3°С в зависимости от орошаемой культуры (патент RU №2113110 С1, М.кл.⁶ A01G 25/00. Способ определения сроков полива при мелкодисперсном дождевании. / О.Г.Грамматикати, Е.И.Кузнецова. - Заявка №95118388/13; Заявлено 25.10.1995; Опубл. 20.06.1998).

К недостаткам описанного способа определения сроков полива при мелкодисперсном дождевании применительно к решаемой нами проблеме относятся, во-первых, наличие точных приборов для определения температуры листьев растений и температуры воздуха, во-вторых, поста для определения достаточного числа показателей на орошаемом массиве, в третьих, только одни показания температур листьев и воздуха не являются показателями установления режимов орошения, а тем более поддержания фитоклимата на должном уровне.

Известен способ вегетационных подкормок сельскохозяйственных культур, включающий приготовление водного раствора удобрений и периодическое орошение им растений методом мелкодисперсного дождевания, в котором вегетационные подкормки совмещают с внутрисуточными циклами регулирования фитоклимата посевов методом мелкодисперсного дождевания в дни, когда температура окружающего воздуха превышает биологически оптимальную для сельскохозяйственной культуры, при этом вегетационные подкормки раствором удобрений совмещают с завершающим дождеванием внутрисуточного цикла при норме расхода раствора удобрений 2…6 м³/га; вегетационные подкормки и регулирование фитоклимата методом мелкодисперсного дождевания посевов озимой пшеницы выполняют с 10…11 до 17…19 часов с промежутками 0,5…2,0 ч в дни, когда температура окружающего воздуха превышает 22…25°С, в зависимости от сорта; в качестве раствора удобрений используют смесь рассола природного минерала бишофит сульфатного типа и клеящего вещества на основе 16…22%-ного раствора крахмального клея 12…20 сСт, при этом рассол бишофита и раствор клея находятся в смеси 2:1…4:1 (патент RU №2221359 C1, М.кл.⁷ А01С 21/00. Способ вегетационных подкормок сельскохозяйственных культур. / А.Ф.Рогачев, Т.И.Мазаева, Н.Н.Косырева, М.М.Юшкова. - Заявка №2002121702/12; Заявлено 06.08.2002; Опубл. 20.01.2004, Бюл. №2 // Изобретения. Полезные модели. - 2004. - №2).

К недостаткам описанного способа вегетационных подкормок с.-х. культур применительно к решаемой нами задаче относится то, что в критические при суховеях дни для растений внесенные микро- и макроэлементы некорневым способом оказывают только отрицательное воздействие: растения угнетаются в 2-3 раза больше, чем при мелкодисперсном дождевании чистой оросительной водой. Описанный способ не позволяет проводить регулирование фитоклимата как при мелкодисперсном дождевании, так и при капельном орошении.

Известен способ мелкодисперсного дождевания сельскохозяйственных культур, предусматривающий многократное в течение вегетационного периода увлажнение приземного слоя воздуха, листовой поверхности посевов или растений, и открытой поверхности почвы каплями искусственного дождя диаметром 100-600 мкм, разовой нормой 200-600 л/га с интервалом при превышении температуры приземного слоя воздуха и/или понижении относительной влажности приземного слоя воздуха ниже оптимальных значений для данного вида культуры, в котором увлажнение посевов или растений осуществляют каплями искусственного дождя, покрытыми монослоем поверхностно-активного вещества, его норму внесения рассчитывают по формуле

,

где q - норма внесения поверхностно-активного вещества, кг/м³;

р - степень покрытия каплями воды листовой поверхности посевов или растений, %;

d_s - диаметр капли, мкм;

с - концентрация поверхностно-активного вещества, обеспечивающая покрытие монослоем поверхности капель диаметром d_s, образованных при распылении 1 м³ воды, кг/м³;

n - коэффициент пропорциональности;

k - коэффициент растекания капель, а интервал между увлажнениями определяют по зависимости

,

где Т - интервал между увлажнениями, ч;

t_исп - продолжительность полного испарения покрытых монослоем поверхностно-активного вещества капель дождя с листовой поверхности посевов или растений, ч;

t_nq - продолжительность периода последействия разового увлажнения, ч, при этом первое увлажнение назначают при достижении температуры воздуха нижней границы диапазона оптимальной температуры процесса фотосинтеза данной сельскохозяйственной культуры, причем последнее увлажнение посевов или растений в течение суток выполняют водой, не содержащей поверхностно-активного вещества; в качестве поверхностно-активного вещества используют поверхностно-активное вещество, исключающее повышение температуры капель искусственного дождя в процессе их испарения или обеспечивающее повышение температуры капель в процессе испарения на величину, не превышающую разность

,

где , - температуры растения, соответствующие верхней (max) и нижней (min) границам диапазона оптимальных температур процесса фотосинтеза (патент RU №2217902 С2, МПК⁷ A01G 25/00. Способ мелкодисперсного дождевания сельскохозяйственных культур. / И.И.Конторович, В.В.Бородычев, А.М.Салдаев, А.А.Лисконов. - Заявка №2001133670/13; Заявлено 10.12.2001; Опубл. 10.12.2003, Бюл. №34 // Изобретения. Полезные модели. - 2003. - №34).

К недостаткам описанного способа мелкодисперсного дождевания с.-х. культур применительно к решаемой нами проблеме относится, несмотря на некоторое снижение температуры листьев растений в посевах, низкая эффективность проводимого агроприема.

Известно устройство для комбинированного микроорошения, включающее корпус с крышкой, капельным и микродождевальным водовыпусками и механизмом переключения в виде подпружиненного клапана со штоком, в котором, механизм переключения снабжен фиксатором рабочих положений клапана, выполненным в виде установленного в верхней части штока диска с зубчатым венцом и пазами на боковой поверхности и соответствующих им диска с зубчатым венцом, установленного на внутренней поверхности крышки, и направляющих выступов, выполненных на внутренней поверхности верхней части корпуса (патент RU №2129775 С1, МПК A01G 25/02. Устройство для комбинированного микроорошения. / К.В.Губер, В.П.Степанов, Г.П.Лямперт, М.Ю.Храбров. - Заявка №99110262/13; Заявлено 17.06.1997; Опубл. 10.05.1999; Бюл. №13 // Изобретения. Полезные модели. - 1999. - №13).

К недостаткам описанного устройства применительно к решаемой нами проблеме относятся, во-первых, низкое качество распыла оросительной воды микродождевальными водовыпусками, а во-вторых, необходима многократная подача оросительной воды под высоким давлением в качестве командных импульсов. Все это приводит к гидравлическим разрывам гибких поливных трубопроводов систем капельного орошения.

Известна система капельного орошения, включающая водоисточник, насосную станцию с фильтрами и оросительную сеть в виде поливных трубопроводов с капельницами, причем по крайней мере один поливной трубопровод с капельницами снабжен насадками для мелкодисперсного распыла растворенных в воде макро- и микроэлементов, гербицидов, фунгицидов и кислот, в котором насадки размещены на телескопических штангах с возможностью изменения положения по высоте над уровнем почвы, при этом каждая насадка с поливным трубопроводом соединена посредством рукава и тройника и имеет диффузор, выполненный единой деталью с корпусом, мембрану из упругого эластичного материала, регулировочный винт с иглой на конце и гайку с ребром жесткости, соединенную с корпусом, причем мембрана смонтирована на игле регулировочного винта с возможностью сопряжения с конической полостью диффузора; шаг размещения насадок на поливном трубопроводе в 3-4 раза больше предельного радиуса распыла воды насадкой; угол раствора конической полости диффузора выполнен меньше 90°; угол раствора конической полости диффузора выполнен больше 90°, но меньше 180°; диаметр мембраны в 1,05-1,15 раз больше диаметра диффузора (патент RU №2322047 С1, МПК A01G 25/02 (2006.01). Система капельного орошения. / Б.М.Кизяев, А.М.Салдаев, А.В.Майер и др. (всего 15 фамилий). - Заявка №2006131067/12; Заявлено 30.05.2006; Опубл. 20.04.2008, Бюл. №11 // Изобретения. Полезные модели. - 2008. - №11).

К недостаткам описанной системы капельного орошения, принятой нами в качестве наиближайшего аналога, относятся ограниченные функциональные возможности.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создание комфортных условий произрастания с.-х. культур при критических условиях, в т.ч. и в период суховеев при капельном орошении.

Технический результат - сохранение выращенного урожая при критических (аномальных) погодных условиях.

Указанный технический результат в части способа достигается тем, что в известном способе регулирования фитоклимата в агрофитоценозах при капельном орошении, включающем периодическое орошение корнеобитаемого горизонта подачей оросительной воды из гибких поливных трубопроводов систем капельного орошения, периодическое увлажнение растений методом мелкодисперсного дождевания, определение температуры приземного слоя воздуха, температуры листьев растений и относительной влажности приземного слоя воздуха, согласно изобретению в агрофитоценозах инструментально определяют температуру приземного слоя воздуха, температуру листьев, относительную влажность приземного слоя воздуха, температуру почвы в слое 0-10 см, влажность почвы в корнеобитаемом горизонте, скорость и направление приземного ветра, устанавливают для каждой культуры на основе многолетних наблюдений оптимальные значения указанных выше параметров, рассчитывают по формулам величины коэффициентов А, В, С:

здесь W_bno и W_bnф - оптимальная и фактическая влажности почвы в корнеобитаемом слое, %;

T_no и Т_nф - оптимальная и фактическая температура почвы в слое 0-10 см, °С;

W_bbo и W_bbф - оптимальная и фактическая относительная влажности воздуха в приземном слое, %;

T_bo и Т_bф - оптимальная и фактическая температуры воздуха, °С;

V_bo и V_bф - оптимальная и фактическая скорости приземного ветра, м/с;

Т_ло и Т_лф - оптимальная и фактическая температуры листьев, °С,

при величине коэффициента А≥0,9 выполняют капельный полив нормой 150-200 м³/га с 22 часов вечера до 2 часов ночи до снижения температуры почвы 18…22°С, при значениях коэффициента В≥1,2 с 11 до 15 часов выполняют увлажнение приземного воздуха распылом частичек воды диаметром 10-50 мкм сменными насадками, при величине коэффициента С≥1,5 выполняют дополнительное увлажнение листьев и стеблей растений каплями воды с диаметром 100,0-800,0 мкм в течение 3-4 часов, а при суммарной величине коэффициента А+В≥2,1 выполняют капельный полив и увлажняют приземный слой воздуха до снижения температуры почвы до 22°…26°С и увеличивают относительную влажность воздуха до 50…70% при величине В+С≥2,5, устанавливают увлажнение листьев сельскохозяйственных культур и приземного слоя воздуха распылом оросительной воды в течение 0,5 ч с интервалами 1 ч, а при А+С≥2,5 выполняют капельный полив в течение 2-3 ч и увлажнение листьев сельскохозяйственных растений, к тому же при суммарной величине коэффициентов А+В+С≥3,5 капельное орошение выполняют в течение 6 ч и увлажнение воздуха и листьев в течение 30-45 минут с интервалами 2 ч.

Указанный технический результат в части устройства достигается тем, что в известной системе регулирования фитоклимата в агрофитоценозах при капельном орошении, включающей водоисточник, насосную станцию с фильтрами и оросительную сеть в виде поливных трубопроводов с капельницами, по крайней мере, один поливной трубопровод с капельницами снабжен имеющими возможность изменения положения по высоте над уровнем почвы насадками для мелкодисперсного распыла растворенных в виде макро- и микроэлементов, гербицидов, фунгицидов и кислот, согласно изобретению она снабжена дополнительным водораспределительным трубопроводом, гидравлически связанным с гибкими поливными трубопроводами, имеющими капельницы, каждая стойка для периодического увлажнения низко- и среднерослых растений выполнена в виде стержней круглого сечения, верхние концы которых соединены переходником, имеющим ниппель с одной стороны для гидравлической связи с штуцером, размещенным в стенке гибкого поливного трубопровода с капельницами и конусной втулкой на верхней грани для сопряжения с корпусом насадки, а каждая стойка для периодического увлажнения высокостебельных растений выполнена в виде полого стержня прямоугольного сечения, нижние концы стержней круглого сечения сопряжены с полым стержнем пробкой из упруго-эластичного материала, имеющей форму прямоугольной призмы, а верхние концы упомянутых стержней круглого сечения соединены переходником, имеющим ниппель с одной стороны для гидравлической связи со штуцером, размещенным в стенке гибкого поливного трубопровода с капельницами, и конусной втулкой на верхней грани для сопряжения с корпусом насадки; каждая стойка снабжена возможностью поворота вокруг горизонтального шарнира с вертикального положения в горизонтальное положение и обратно.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 в аксонометрическом изображении показана система регулирования фитоклимата в агрофитоценозах при капельном орошении.

На фиг.2 показана оросительная сеть системы регулирования фитоклимата в агрофитоценозах при капельном орошении с дополнительным водораспределительным трубопроводом, гидравлически связанным с гибкими поливными трубопроводами и капельницами, вид в плане.

На фиг.3 - сечение А-А на фиг.2, размещение основных и дополнительных водоподводящих трубопроводов системы регулирования фитоклимата при капельном орошении с.-х. культур.

На фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2, соединение водоподводящей трубки насадки с полостью гибкой поливной трубки системы капельного орошения.

На фиг.5 - сечение В-В на фиг.2, сопряжение конца гибкой поливной трубки с дополнительным водоподводящим трубопроводом, четвертичный местный разрез.

На фиг.6 - вид Г на фиг.2, размещение насадки на стойке для поддержания фитоклимата в посевах высокостебельных культур.

На фиг.7 - вид Д на фиг.6, сопряжение насадки с переходником на стержнях стойки.

На фиг.8 - вид Е на фиг.2, размещение насадки на стойке для размещения на посевах низко- и среднерослых с.-х. культур.

На фиг.9 - вид Ж на фиг.8, размещение насадки посредством переходника на верхних концах стержней.

На фиг.10 схематично представлена гидравлическая сеть поступления оросительной воды из гибкого поливного трубопровода в насадок через редукционный клапан или гидроаккумулятор.

На фиг.11 показаны сменные насадки для системы регулирования фитоклимата на посевах с.-х. культур (фотография).

На фиг.12 - работа системы регулирования фитоклимата на посевах высокостебельных и низкорослых с.-х. культур (фотография).

На фиг.13 - состояние посевов кукурузы сахарной в системе регулирования фитоклимата при капельном орошении (фотография).

На фиг.14 представлен вариант конструктивного исполнения телескопической стойки.

На фиг.15 - размещение одинарных и телескопических стоек с насадками на орошаемом массиве системой регулирования фитоклимата.

На фиг.16 изображена стойка, шарнирно соединенная с якорем при выполнении технологического процесса.

На фиг.17 - то же, при переводе в горизонтальное положение.

На фиг.18 показана роза ветров по данным метеостанции г.Волгограда, 2006 год.

На фиг.19 - то же, 2007 год.

На фиг.20 - то же, 2008 год.

На фиг.21 показана динамика усредненной скорости ветров в период вегетации с.-х. культур по данным метеостанции г.Волгограда, 2006 год.

На фиг.22 - то же, по данным 2007 года.

На фиг.23 в полярных координатах изображена диаграмма скоростей ветров в период вегетации с.-х. культур по данным метеостанции г.Волгограда: а) в утренние часы; б) в вечернее время; в) - средние значения, по данным 2008 года.

На фиг.24 показана конструкция сменной динамической насадки для обеспечения фитоклимата на посевах с.-х. культур, вид сбоку.

На фиг.25 - то же, вид в плане.

На фиг.26 изображена гидроимпульсная насадка для веерного распределения микрокапель воды для увлажнения воздуха и листьев с.-х. культур, вид сбоку с четвертичным разрезом двухкамерного корпуса.

На фиг.27 представлена гидроимпульсная насадка мембранного типа.

На фиг.28 показана гидроимпульсная насадка для распределения микрокапель воды по кругу, вид сбоку.

На фиг.29 изображен диаметральный разрез гидроимпульсной насадки мелкодисперсного распыла воды с размерами микрокапель 10-50 мкм для увлажнения воздуха.

На фиг.30 приведено изображение с четвертичным разрезом гидроимпульсной насадки с распылом капель по сектору с углом 315…345°.

На фиг.31 показана сменная низконапорная насадка для мелкодисперсного распыла воды для увлажнения листьев.

На фиг.32 - сечение 3-3 на фиг.31, диаметральный разрез жиклера и резьбовой пробки в корпусе сменной насадки.

На фиг.33 - сечение И-И на фиг.31, камера завихрения в торцевой части жиклера.

На фиг.34 показана сменная динамическая насадка с жиклером для распыла струй воды на частицы с диаметрами 100…200 мкм.

На фиг.35 представлен блок сменных насадок для мелкодисперсного распыла воды.

На фиг.36 - сечение К-К на фиг.35, диаметральные разрезы сменных насадок, крестообразного корпуса и переходника для размещения на стойках и соединения гибкой трубкой с трубопроводом системы капельного орошения.

Сведения, подтверждающие возможность реализации комплексного изобретения, заключаются в следующем.

Способ регулирования фитоклимата в агрофитоценозах при капельном орошении включает периодическое орошение корнеобитаемого горизонта подачей оросительной воды из гибких поливных трубопроводов 10 (фиг.1) систем капельного орошения, периодическое увлажнение растений методом мелкодисперсного дождевания насадками 12 на стойках 13, определение температуры приземного слоя воздуха, температуры листьев растений и относительной влажности приземного слоя воздуха.

В агрофитоценозах в период суховеев инструментально определяют температуру приземного слоя воздуха, температуру листьев, относительную влажность приземного слоя воздуха, температуру почвы в слое 0-10 см, влажность почвы в корнеобитаемом горизонте, скорость и направление приземного ветра. Затем на основе многолетних наблюдений для каждой культуры устанавливают оптимальные значения указанных выше параметров. По полученным данным рассчитывают безразмерные величины коэффициентов А, В, С по нижеприведенным формулам:

здесь W_bno и W_bnф - оптимальная и фактическая влажности почвы в корнеобитаемом слое, %;

T_no и Т_nф - оптимальная и фактическая температура почвы в слое 0-10 см, °С;

W_bbo и W_bbф - оптимальная и фактическая относительная влажности воздуха в приземном слое, %;

T_bo и Т_bф - оптимальная и фактическая температуры воздуха, °С;

V_bo и V_bф - оптимальная и фактическая скорости приземного ветра, м/с;

Т_ло и Т_лф - оптимальная и фактическая температуры листьев, °С.

Для расчета величин коэффициентов А, В и С в таблице 1 приведены данные оптимальной влажности почвы (в %) при возделывании основных с.-х. культур в зависимости от типа и гранулометрического состава почвы. В нашем случае тип почвы - светлокаштановая, характерная для большого числа с.-х. районов Волгоградской области.

В таблицах 2, 3 и 4 приведены трехлетние данные скоростей ветров в период вегетации с.-х. культур, произрастающих в Волгоградской области.

На фиг.18, 19 и 20 графиками (розами ветров) представлены румбы ветров в течение календарного года, соответственно в 2006, 2007 и 2008 годах. Значения румбов учитывают поправочными коэффициентами при расчете числовых значений коэффициентов «С».

На фиг.21, 11 и 23 в полярных координатах приведены данные по конкретным датам критические скорости ветров, негативно влияющие на рост и развитие, цветение и плодоношение с.-х. растений в агрофитоценозах.

На конкретных примерах рассмотрим значения коэффициентов А, В и С и меры для принятия решения с целью снижения негативного влияния суховеев и поддержания фитоклимата в агрофитоценозах для сохранения растений, завязавшихся на них плодов, початков, клубней, колосьев, бобов и др.

Найденные оптимальные значения из литературных источников указанных выше величин W_bno, T_no, W_bbo, T_bo, V_bo и Т_ло приведены в таблице 5.

Сельскохозяйственные растения очень чувствительны к изменениям температуры как почвы, так и воздуха. Жизнедеятельность и продуктивность сельскохозяйственных культур связана с температурными условиями среды обитания.

Растения являются типичными представителями пойкилотермных организмов и способны существовать в относительно узком интервале температур, который определяется в процессе их эволюции. Физиологи характеризуют этот интервал тремя кардинальными точками: минимум, при котором растение не погибает от холода, максимум, при котором еще сохраняется способность к нормальной жизнедеятельности, если растение вернуть в привычную среду, и оптимум - наилучший температурный режим. Кардинальные точки на протяжении жизни растений не остаются постоянными. По мере развития растения температурный оптимум изменяется с определенной закономерной последовательностью, соответствующей обычному направлению изменения внешней температуры.

Исследованиями установлено то, что до середины августа температурный оптимум смещается в сторону более высоких температур, что вполне согласуется с тем подъемом температуры, который обычно наблюдается от весны к середине лета. В дальнейшем, соответственно осеннему похолоданию, оптимум смещается уже в направлении менее высоких температур. Отношение растения к температуре изменяется и в течение суток.

Для оптимального развития необходимо, чтобы ночные температуры были несколько ниже дневных. В полной мере все вышеизложенное можно отнести и к динамике во времени двух других кардинальных точек.

В интервале температур от минимума до оптимума биологические, биохимические и физиологические процессы подчиняются закону Вант-Гоффа, т.е. удваивают свою интенсивность при повышении температуры на 10°С. Прежде всего это касается роста растений, процесса фотосинтеза, жизнедеятельности корневой системы и биохимических процессов в почве. У каждого из этих процессов имеется свой, как правило отличный от других, оптимум температуры. Так по исследованным данным температура воздуха, при которой наблюдается максимальный продуктивный фотосинтез, равна: для картофеля 18°С, для пшеницы 20°С, для кукурузы 26°С и для хлопка 28°С.

Превышение этих температур вызывает резкое снижение продуктивности фотосинтеза. В то же время оптимальные температуры почвы для развития почвенных бактерий находятся в области гораздо более высоких значений - +29…38°С. В основу исчисления тепловых потребностей растения следует полагаться главным образом на термический режим почвы, причем во все формулы для определения ожидаемого урожая следует вводить температуру почвы с положительным коэффициентом, а температуру воздуха с коэффициентом отрицательным.

Несмотря на такую неоднозначность значений оптимальных температур среды обитания (почвы, приземного слоя воздуха) для различных органов растений и во времени, общая закономерность взаимосвязи урожая и теплового фактора прослеживается четко. Такие уравнения для различных культур были получены путем математической обработки многочисленных экспериментальных данных Шебановым В.В. и Щелгуновой А.А. Они имеют вид

где ,

здесь n_i - значение продуктивности;

n_max - максимальная продуктивность при оптимальных условиях по температурному фактору;

ϕ_t - текущее значение температурного фактора, соответствующее:

и - нижний и верхний пределы оптимального диапазона.

Уравнения вида (4) позволяют рассчитать необходимый интервал температур в зависимости от значений степени оптимальности жизнедеятельности растений C_opt.

Таким образом, для получения высоких гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур необходимо выдерживать, наряду с другими факторами, оптимальные температурные условия среды обитания в течение вегетации.

Пример 1. Кукуруза сахарная гибрида Спирит F1. На основе данных таблицы 5 проведем расчет коэффициентов А, В, С по приведенным формулам (1)-(3).

Значения коэффициентов А, В и С:

А+В=1,3611; В+С=2,6519; С+А=2,2070; А+В+С=2,43599.

В условиях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья, где характерно постоянное воздействие засух и суховеев, незначительное количество выпадающих осадков при возделывании сахарной кукурузы, возможно получение более 30 т/га початков зерна высокого качества путем регулирования фитоклимата в среде растений.

Оптимальные параметры возделывания кукурузы:

1. Минимальная температура прорастания семян - 6-7°С;

2. Оптимальная - 10-12°С

3. Температура воздуха оптимальная для периода вегетации кукурузы - 23-25;

4. Цветение початков наступает на 3…5 дней позднее метелок. При благоприятных условиях 1…2 дня.

Засуха продолжается от 10 до 20 дней. В результате чего получается большое количество бесплодных початков и початков с череззерницей (низкая влажность воздуха и высокая температура).

Кукуруза отличается экономным расходом влаги на создание органической массы.

Транспирационный коэффициент ее примерно 280…350 [Володарский];

5. Влажность почвы в начале вегетации 60-70% НВ, до выметывания 80% НВ, при наливе и созревании початков 65% НВ;

6. КПД фотосинтеза у большей части растений 3-5%, max может достигать 20% [М.К.Каюмов];

7. Мелкодисперсное дождевание повышает влажность воздуха до 15…30% [М.Ю.Храбров];

8. Критическая влажность воздуха - 25%;

Оптимальная влажность воздуха 70-75%;

9. Допустимая скорость ветра до 6 м/с.

Применение способа капельного орошения является не только перспективным приемом орошения, но и имеет ряд преимуществ для осуществления на базовом варианте система капельного орошения (СКО) совершенствования способов и технике полива в зависимости от физиологических особенностей сельскохозяйственных культур. Как показали многолетние наблюдения, метеорологические условия в засушливые и, особенно, в острозасушливые годы играют немаловажную роль в реализации потенциала продуктивности возделывания сельскохозяйственных культур. Поэтому весьма актуально решение задачи оптимизации и совмещения разных способов орошения, многоцелевое использование поливной техники для внесения с оросительной водой корневых и внекорневых подкормок, а также борьбы с грибковыми заболеваниями и паразитами.

Необходимость широкого внедрения в практику сельскохозяйственного производства капельного орошения с другими способами полива определило направление наших исследований. Нами разработана и изготовлена опытная установка для осуществления мелкодисперсного дождевания (МДД) в системах капельного орошения. Экспериментальная часть исследований проводилась в фермерском хозяйстве «Садко» Дубовского района Волгоградской области. Установка МДД в системе капельного орошения смонтирована на участке площадью 0,25 га, в комплект которой входят: электрическая станция; водяной насос; узел водоочистки; магистрального и распределительного трубопроводов; поливные трубопроводы с встроенными компенсированными капельницами; стойки с распылительными насадками для работы системы в режиме мелкодисперсного дождевания; запорная арматура; узел учета и регулирования водоподачи.

Водозабор осуществляется из скважины, которая эксплуатируется для проведения оросительных поливов сельскохозяйственных культур при фермерском хозяйстве.

Полевой опыт заложен по плану полного факторного эксперимента, к изучению поставлены вопросы влияния водопотребления на рост, развитие и продуктивность растений сахарной кукурузы в режимах капельного орошения (КО), мелкодисперсного дождевания (МДД), а также в режиме комбинированного орошения (КО+МДД).

Схемой опыта изучались следующие варианты:

- Вариант I - контроль (без орошения);

- Вариант II - контроль (капельное орошение);

- Вариант III - КО+МДД через 1 час в фазу цветения;

- Вариант IV - КО+МДД через 1 час весь период вегетации;

- Вариант V - МДД без капельного орошения;

- Вариант VI - КО+МДД через 1 час в день полива.

Исследования проводили на посевах сахарной кукурузы гибрида Спирит F₁ раннего срока созревания, когда температура воздуха превышала 25°С. Норму высева семян устанавливали с учетом обеспечения густоты стояния растений к уборке 70 тыс.шт./га. Предполивной порог влажности почвы на всех вариантах опыта поддерживали в пределах 80% НВ в сочетании с внесением удобрений нормой N₁₈₀P₁₀₀K₅₀.

Сравнение времени наступления критических периодов по метеоусловиям и критических фаз развития растений показало их частое совпадение. Как видно из таблицы 7, с наиболее жарким и сухим периодом в июне - июле совпадают фаза 5 листа - молочной спелости кукурузы.

Для оценки целесообразности и эффективности мелкодисперсного дождевания важно знать не только число дней с критическими температурами, но и продолжительность этих периодов в течение суток. С этой целью был проведен анализ почасовых метеорологических данных, в результате которого установлена довольно тесная корреляционная связь (r=0,87) между температурой воздуха и продолжительностью критического периода. Определена вероятность месячных температур воздуха по часам суток в отдельные годы путем расчета эмпирических кривых обеспеченности. Использованием эмпирических кривых были определены значения температуры воздуха различной обеспеченности. Эти значения сняты с кривой обеспеченности распределения, использованы для построения кривых внутрисуточной динамики температуры воздуха различной обеспеченности по месяцам вегетационного периода. Полученные данные позволили нам установить в течение суток время, когда необходимо проводить орошение мелкодисперсным дождеванием. Таких интервалов будет несколько в зависимости от выбранной обеспеченности. Исходя из продолжительности критического периода можно рассчитать примерное значение оросительной нормы для кукурузы с учетом разовой увлажнительной нормы и принятого интервала увлажнения. Таким образом, технология орошения мелкодисперсным дождеванием должна тесно увязываться с оптимальными критическими для кукурузы значениями метеофакторов, общей продолжительностью засушливого периода и хозяйственными условиями.

Пример 2. Картофель голандский селекции Импала. Импала - раннеспелый столовый сорт. Пользуется большой популярностью у фермеров за стабильно высокую урожайность и рентабельность. Сорт Импала идеально подходит для ранних рыночных продаж. Хорошо зарекомендовал себя за три года наблюдений (2007-2009 г.), проведенных в Волгоградской области. Куст прямостоячий, высокий, цветки белые, ягодообразование стабильное. Клубни желтоватые, овальные, с гладкой кожурой и мелкими глазками, мякоть светло-желтая. Урожайность в системе капельного орошения 70-80 т/га товарных клубней. Масса товарного клубня 90-150 г, содержание крахмала 12-15%, вкусовые качества хорошие, лежкость отличная, выход товарных клубней после зимнего хранения 90%. Сорт устойчив к болезням, таким как рак и золотистая картофельная немотода. Восприимчив к фитофторозу и ризоктониозу. Дружное созревание раннего урожая и своевременная уборка, а также строгое соблюдение агротехнических и профилактических мероприятий позволяют полностью избежать поражения заболеваниями.

Установим значения коэффициентов А, В и С для растений в наиболее напряженный период веге