Теоретические предпосылки внедрения экологически безопасной технологии орошения в условиях горного земледелия в Азербайджане

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.58:631ю67

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВНЕДРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОРОШЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ГОРНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В АЗЕРБАЙДЖАНЕ

З.Г. Алиев, кандидат сельскохозяйственный наук, доцент Институт Эрозии и Орошения НАН Азербайджанской Республики

Решение всенарастающей проблемы по обеспечению потребности населения сельскохозяйственными продуктами, т.е. развитие горно-орошаемого земледелия в Азербайджане является задачей очень актуальной. Учитывая, что на территории республики пригодные для сельского хозяйства земли находятся в горных и предгорных районах, требуется особый подход к выбору способа орошения возделываемых сельскохозяйственных культур, т.е. при использовании обычных технологий полива происходит смыв почвы, поверхностный сток воды, развивается эрозия. Все это приводит к нарушению экологического баланса в природе и т.д. Нарушение экологического баланса в природе приводит к серьезным последствиям, от которого страдают обитатели планеты и последующие поколения, поэтому стремления учёных направлены на получение экологически чистой продукции.

Ключевые слова: микроклиматический коэффициент, температурный коэффициент, функция, дефицит влаги, упругости пара, испаряемость, эвапотранспирация, биологический коэффициент, биоклиматический коэффициент.

Азербайджанская республика находится в сложных климатогеографических условиях. Выпадение осадков на территории Республики неравномерное, а в ряде горных регионов и недостаточное для сельскохозяйственных культур в период их вегетации, т.е. имеется острый дефицит воды. Большая часть пригодных для сельского хозяйства земель находится в горных и предгорных районах, которые требуют особого подхода к выбору способа орошения возделываемых здесь сельскохозяйственных культур. Следовательно, при использовании обычных технологий полива происходит смыв почвы, поверхностный сток воды, развивается эрозия, что приводит к нарушению экологического баланса в природе и т.д. Вместе с тем и в области сельскохозяйственной мелиорации недостаточно освещены вопросы орошения склонов в Азербайджане. Недостаточно разработаны вопросы целесообразного применения различных способов полива и усовершенствования конструкции оросительных сетей [1, 4, 5, 6].

Учитывая вышеизложенное, целью наших исследований, являлось изучение влияния прогрессивной (экологически безопасной) технологии полива на урожайность и экологическую чистоту возделываемых культур в условиях горного земледелия в Азербайджане. В связи с этим, нами проводились исследования с применением экологически безопасной технологии полива в условиях горного земледелия с применением систем малоинтенсивного орошения, как в открытом грунте, так и в закрытом. При этом объектом исследования являлся способ орошения микродождеванием.

В ходе исследования в качестве способа полива было принято малоинтенсивное орошение, то есть - микродождевание. При этом эвапотранспирация определяется двумя процессами (рис.1) [2, 3]:

-транспирацией из листового покрова (зона 1);

-испарением из почвы (зона 2).

Рисунок 1 - Зона транспирации

Для учета потребности растений в воде Еv (эвапотранспирация) определяли на основе биоклиматическим методом по формуле

E v = Е Кб Км,

где Еу - водопотребление сельскохозяйственных культур, мм; Б - испаряемость (потенциальная эвапотранспирация), мм; Кб - биологический коэффициент культуры; Км - микроклиматический коэффициент.

В свою очередь, испаряемость можно определять по формуле

е=К а ду),

где К - температурный коэффициент, характеризующий энергетическую часть испарения; а -дефицит упругости пара, мб; А(У) - ветровая функция.

При расчёте испаряемости за сутки температурный коэффициент К и дефицит упругости пара ё можно определить по зависимостям соответственно:

К=61-10"4

ё=1а

где 1 - температура воздуха; 1а - упругость насыщенного пара, соответствующая этой температуре, мб; г - относительная влажность воздуха, %.

Ветровая функция может быть определена из выражения

Б

где У2 - скорость ветра на высоте 2 м от поверхности земли, м/с.

Значения биологического и микроклиматического коэффициентов определяются на основании экспериментальных исследований. Точность расчёта водопотребления по биоклиматическому методу в значительной степени определяется достоверностью применяемых биологических коэффициентов.

Установлено, что биологические коэффициенты имеют не только зональную, но и погодную изменчивость, то есть изменяются в одной и той же зоне в зависимости от метеорологических условий. При аэрозольном орошении биоклиматический коэффициент, учитывающий роль растений и погодные условия расчётного периода, определяется как:

Кб = Кбс Ке, 2

где Кбс - биологический коэффициент культуры; Ке - коэффициент корректировки биологического коэффициента на погодные условия расчётного периода.

Ке можно определить по формуле

Ке=1,40

где Е - фактическая испаряемость за расчётный период, мм; К - микроклиматический коэффициент; Ес - испаряемость, определённая за те же годы, что и Кбс.

Микроклиматический коэффициент Км, учитывающий изменение метеорологического режима под влиянием аэрозольного орошения, определяется как:

Км = Ки ^

где Ки - коэффициент, учитывающий изменение микроклимата под влиянием аэрозольного орошения и равный 0,83-1,0; К - коэффициент, учитывающий размеры орошаемого поля.

Учитывая вышеизложенное, в целом процесс водопотребления можно описывать с помощью кривой Вильямса (рис. 2). Следовательно, при этом процесс водопо-требления рассматривается как сумма транспирации из листового покрова и физического испарения из почвы.

Рисунок 2 - Кривая Вильямса в - исходная влажность почвы; р1 - влажность почвы после полива

Рассмотрим оба процесса. Транспирация из листового покрова - этот процесс определяется объёмом смачивания листьев, то есть площадью листвы Б, коэффициентом смачивания листвы Кс, то есть удержанием влаги на поверхности листьев и общей площадью зелёных листьев, участвующих в транспирации. Тогда можем записывать:

Ь

где а1, а3, Ь - коэффициенты, определяющие зависимость площади листового покрова от времени вегетации; Ь - площадь листового покрова; е - основание натуральных логарифмов; 0 - время вегетации.

Очевидно, что площадь листвы в течение процесса вегетации растёт, замедляясь к концу вегетации, что показано на рис. 3. Исходя из рис. 3 можно допустить, что зависимость площади горизонтального сечения листового покрова от времени вегетации 0 подчиняется экспоненциальному закону.

Б

где Бо - максимальная площадь горизонтального сечения листового покрова; а - коэффициент затухания экспоненциального возрастания.

Рисунок 3 - Площадь листового покрова в течение вегетации

Анализируя параметры уравнения (9), можно отметить, что данные уравнения должны идентифицироваться по двум параметрам: Бо; а.

При максимальном времени вегетации измеряется величина Бо. После его определения определяется коэффициент затухания экспоненциального роста, т.е. подстановкой оценки Бо в уравнении (9) при некотором значении времени вегетации 01. При этом имеем

( \

а = — 1п &

х _ ыц

V ^о ;

Далее для определения величины испарения с листового покрова Ес используем величину смачивания и, тогда можем записывать

Ес = Ь

где Ь - общая площадь зелёных листьев; Кс - коэффициент смачивания листьев, при этом были приняты затраты воды на смачивание листьев, которые составляют от 0,5 до 25 %. Обычно Кс=0,2.

Объём испарения из почвы зависит от степени затенения. Оно уменьшается за счёт затенения участка почвы, который совпадает с Б. Таким образом,

Б^ < Б,

где Б/ - испарение из затенённой области почвы; Б - испарение из всей области почвы, прилегающей к растению.

В целом испарение из почвы определяется открытой, незатенённой областью под растением. Эта область меньше общей площади и суммарное физическое испарение определяется как

Б = Б^ + Б/,

где Б/ - физическое испарение из кроны.

Далее допускается, что физическое испарение из кроны пренебрежимо мало по сравнению с физическим испарением из незатенённой части почвы.

Таким образом, для получения экологически чистой продукции, необходимо учесть накопление тяжёлых металлов в растениях. Под «тяжёлыми металлами» подра-

зумевается соотношение тех же микроэлементов в предельно-допустимых концентрациях.

Известно, что в организм человека ежедневно через дыхательные пути и вместе с пищей поступают в минимальном количестве различные химические соединения, необходимые для жизнедеятельности. Однако избыток того или иного элемента в организме вызывает различные заболевания, которые в результате эволюции приводят к генным мутациям, причём разница между допустимой концентрацией элемента в организме и концентрацией, вызывающей патологию совсем невелика.

Поэтому создание и использование экологически безопасной технологии выращивания сельскохозяйственных культур является актуальной задачей для дальнейшей цивилизации.

Для решения этой проблемы следует рассмотреть нижеприведённые задачи. При этом рассмотрим концентрацию тяжёлых металлов в почве Сь^ Концентрация тяжёлых металлов во всасываемой корневой системой растения воде Сh<ChgCh зависит от глубины залегания грунтовых вод Dg, глубины фильтрации поливной воды Ьф и количества фильтруемой поливной воды.

Глубину фильтрации можно определить следующим образом:

кф =701

УпУП

При этом, когда Dg>hф смещение вод не происходит и концентрация тяжёлых металлов во всасываемой воде минимально.

При Dg<hф происходит накопление тяжёлых металлов в плодах со скоростью, подчиняющейся уравнению

^ = Е?

а0

где К (0) - текущая концентрация тяжёлых металлов в продукции сельскохозяйственных культур в момент 0; Е^ - продуктивная эвапотранспирация из почвы.

Текущая концентрация тяжёлых металлов в продукции сельскохозяйственных культур определяется по формуле:

К

Интегрируя уравнение (16), получим выражение для определения концентрации тяжёлых металлов в сельскохозяйственных культурах в конце вегетации.

в в

АК

При решении вопросов внесения с поливной водой микроэлементов, рассмотрим скорость их накопления. Она определяется следующей формулой:

г*^ + ^ =аСь№{1) ,

а

где а - коэффициент удержания микроэлементов в продуктах а < 1; /ла - концентрация микроэлементов в продуктах;

Решение указанного уравнения имеет вид:

о

г

¡ла = аСъЫ

Интегрируя это выражение, получим оценку концентрации микроэлементов в конце периода вегетации:

в г

^ъах _

о

Учитывая вышеизложенное на рис. 4, показана модифицированная схема развития растений при малоинтенсивном орошении, дающем возможность уменьшить глубину фильтрации и вероятность накопления тяжёлых металлов в продукции сельского хозяйства, что особенно характерно в горных регионах.

Рисунок 4 - Зоны активного слоя почвы при микродождевании

На основании теоретических предпосылок можно сделать следующие выводы: создание и использование экологически безопасной технологии выращивания сельскохозяйственных культур является актуальной задачей для дальнейшей цивилизации. В связи с этим, для получения экологически чистой продукции, необходимо учесть накопление тяжёлых металлов (их концентрации) в возделываемых здесь культурах. Для чего необходимо определить взаимосвязанные между собой параметры исследования: концентрацию тяжёлых металлов в почве; концентрацию тяжёлых металлов во всасываемой корневой системой растения воде; глубину залегания грунтовых вод; глубину фильтрации поливной воды; продуктивную эвапотранспирацию из почвы; интенсивность водоподачи и т.д. При этом необходимо учитывать, что в организм человека ежедневно через дыхательные пути и вместе с пищей поступают в минимальном количестве различные химические соединения, необходимые для жизнедеятельности.

Библиографических список

1. Алиев, З.Г. Проектирование оросительной сети с использованием СИД на склоновых местностях [Текст]: рекомендация / З.Г. Алиев, Б.Г. Алиев //Архив НПО «Импульс». - Баку: МСХ, 1996. - 97 с.

2. Алиев, З.Г. Районирование территории Азербайджанской республики по размещению поливной техники с учетом различных почвенно-климатических условий [Текст]: рекомендация / З.Г. Алиев и др.// Архив НПО «Импульс». - Баку: МСХ, 1996. - 92 с.

3. Алиев, Б.Г. Экологически безопасная технология микроорошения сельскохозяйственных культур в условиях недостаточного увлажненных зон Азербайджана [Текст]: монография / Б.Г. Алиев, З.Г. Алиев, И.Н. Алиев. - Баку : Изд-во «Зия-Нурлан», 2002. - 164 с.

4. Алиев, Б.Г. Орошаемое земледелие в горных и предгорных регионах Азербайджана [Текст]: монография / Б.Г. Алиев, З.Г. Алиев. - Баку : Изд-во «Зия-Нурлан», 2003. - 330 с.

5. Ахмедов, А.Д. Изучение корневых систем интродуцирования видов яблони (malus mill) на Абшероне [Текст] / А.Д. Ахмедов, И.А. Арабзаде // Известия Нижневолжского агро-университетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. -№ 3(27). - С. 14-18.

6. Современные перспективные водосберегающие способы полива в Нижнем Поволжье [Текст]: монография / М.С. Григоров, А.С. Овчинников, Е.П. Боровой, А.Д. Ахмедов. - Волгоград: ИПК ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА «Нива», 2010. - 244 с.

E-mail: zakirakademik@mail.ru