Планування поливів сільськогосподарських культур в умовах обмежених ресурсів - Автореферат

Українська академія аграрних наукРоботу виконано в Інституті гідротехніки і меліорації Української академії аграрних наук (УААН) Науковий керівник:доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Жовтоног Ольга Ігорівна, Інститут гідротехніки і меліорації УААН, завідувач лабораторії водокористування Офіційні опоненти:доктор сільськогосподарських наук, професор Лимар Анатолій Остапович, Інститут південного овочівництва та баштанництва УААН, головний науковий співробітник кандидат сільськогосподарських наук, доцент Онопрієнко Дмитро Михайлович, Дніпропетровський державний аграрний університет, декан еколого-меліоративного факультету Захист відбудеться “30 “травня 2007 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації УААН за адресою: м. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідротехніки і меліорації УААН за адресою: м.Відомі моделі природних процесів, що були рекомендовані для планування оптимальних та водозберігаючих режимів зрошення, не в повній мірі враховують особливості процесів водоспоживання рослин, розподілу вологості у ґрунті, росту та формування врожаю сільськогосподарських культур в умовах неоптимального зволоження ґрунту. Дисертаційну роботу виконували в рамках науково-дослідних робіт відділу використання зрошуваних земель ІГІМ УААН: „Розробити екологічно безпечні режими зрошення сільськогосподарських культур” 04.01.01., 1998-2000 рр., № держреєстрації 0196U021792; ”Обґрунтування моделей управління зрошувальними системами відповідно умов приватного землекористування” №28/19, 2001-2005 рр., № держреєстрації 0103V008473; „Розробити базу знань та методи інформаційного забезпечення для підтримки процесів реорганізації управління зрошенням відповідно до умов реформування агропромислового комплексу” (Підпрограма 2, завдання 01.02) 2002-2005 рр., № держреєстрації 0102V003967. Основні завдання досліджень: - дослідити особливості розподілу вологозапасів у шарі, у якому в період активного розвитку рослин зосереджена основна всмоктуюча поверхня коренів та особливості водоспоживання сільськогосподарських культур при різних варіантах неоптимального зволоження ґрунту; Наукова новизна одержаних результатів полягає у розвитку науково-методичних засад оперативного планування зрошення сільськогосподарських культур в умовах обмежених ресурсів у господарствах, а саме: - удосконаленні методів розрахунку водоспоживання сільськогосподарських культур та динаміки розподілу вологозапасів у ґрунті, розробці моделей формування врожаю сільськогосподарських культур; Планування поливів здійснюється на основі розрахунку динаміки вологозапасів у шарі ґрунту, в якому у період активного розвитку рослин зосереджена основна всмоктуюча поверхня коренів, моделювання прибавки врожаю від проведення поливу та визначення імовірного чистого прибутку чи ефективності використання коштів на проведення поливів відповідно до виду ресурсу, що обмежує зрошення (матеріально-технічні чи фінансові ресурси).Встановлено залежність зміни водоспоживання та розвитку сільськогосподарських культур від обсягів та розподілу вологозапасів у кореневому шарі ґрунту, які суттєво змінюється по роках залежно від обсягів зимово-весняних опадів, а також опадів і поливів протягом вегетаційного сезону. На легкосуглинкових ґрунтах обєкту досліджень вона складала від 5 до 37 % (відповідно від 10 до 70 мм) водоспоживання рослин з шару ґрунту 0-150 см - шару, у якому в період активного розвитку рослин зосереджена основна всмоктуюча поверхня коренів. Запропоновано удосконалення методу розрахунку водоспоживання сільськогосподарських культур для планування поливів при веденні неоптимального зрошення на основі: - проведення розрахунків динаміки вологозапасів ґрунту протягом поливного сезону на глибину, де у період активного розвитку рослин зосереджена основна всмоктуюча поверхня коренів. В оптимальних умовах зволоження при розрахунках водоспоживання сільськогосподарських культур рекомендовано застосовувати функцію пропорційного зменшення розподілу щільності десукції, а в умовах, коли вологість ґрунту нижче критичного рівня - рівномірну функцію.

На основі експериментальних та теоретичних досліджень з удосконалення та розвитку методів оперативного планування поливів для умов ведення зрошення при обмежених ресурсах отримані наступні висновки.

1. Встановлено залежність зміни водоспоживання та розвитку сільськогосподарських культур від обсягів та розподілу вологозапасів у кореневому шарі ґрунту, які суттєво змінюється по роках залежно від обсягів зимово-весняних опадів, а також опадів і поливів протягом вегетаційного сезону.

2. Показано, що при недостатньому вологозабезпеченні протягом періоду розвитку рослин поступово збільшується частка вологи, що відбирається з шарів ґрунту нижче активного. На легкосуглинкових ґрунтах обєкту досліджень вона складала від 5 до 37 % (відповідно від 10 до 70 мм) водоспоживання рослин з шару ґрунту 0-150 см - шару, у якому в період активного розвитку рослин зосереджена основна всмоктуюча поверхня коренів.

3. Запропоновано удосконалення методу розрахунку водоспоживання сільськогосподарських культур для планування поливів при веденні неоптимального зрошення на основі: - проведення розрахунків динаміки вологозапасів ґрунту протягом поливного сезону на глибину, де у період активного розвитку рослин зосереджена основна всмоктуюча поверхня коренів.

- пошарового (10-15см) визначення витрат вологи у цьому шарі та застосуванні диференційованого підходу щодо вибору функції розподілу щільності десукції відповідно до рівня зволоження ґрунту. В оптимальних умовах зволоження при розрахунках водоспоживання сільськогосподарських культур рекомендовано застосовувати функцію пропорційного зменшення розподілу щільності десукції, а в умовах, коли вологість ґрунту нижче критичного рівня - рівномірну функцію.

4. Встановлено граничні умови адаптивної здатності рослин відновлювати продукційний процес залежно від тривалості періоду неоптимального зволоження у різних шарах ґрунту: - при наявності доступної вологи у нижніх горизонтах ґрунту та зниженні вологості у розрахунковому шарі нижче критичного рівня спостерігається короткочасне зниження інтенсивності приросту біомаси рослин (1-3 дні - період адаптації до несприятливих умов), потім розвиток рослин поновлюється;

- в умовах, коли волога в нижніх горизонтах нижче оптимального рівня, призупинення росту рослин відбувається зразу після того, як у активному шарі ґрунту вологозапаси знижуються до критичного рівня. Відновлення продукційного процесу у цьому випадку можливе якщо період неоптимального зволоження ґрунту не перевищує граничних умов (10-13 днів, кукурудза на силос);

5. Встановлено залежності приросту сухої вегетативної маси для кукурудзи на силос і сої та інтенсивності її накопичення від динаміки зволоження шару ґрунту 0-150см та кількості днів, протягом яких волога у цьому шарі перебувала на рівні нижче критичного. Розроблені статистичні моделі дозволяють з достатньою точністю апроксимувати процес накопичення сухої біомаси та інтенсивності її приросту в умовах неоптимального зрошення (R2=0,85-0,90) та можуть бути застосовані у аналогічних до обєкту досліджень природно-кліматичних умовах. Доведено, що при наявності відповідного інформаційного забезпечення, для цілей оперативного планування режимів зрошення сільськогосподарських культур в умовах обмежених ресурсів можливо також використання більш універсальної динамічної моделі продукційного процессу WOFOST.

6. Розроблено метод оперативного планування зрошення на основі проведення економічної оцінки кожного наступного поливу для умов обмежених ресурсів. У якості критерію оптимізації планів поливів для умов обмежених енергетичних та матеріально-технічних ресурсів запропоновано використовувати величину прогнозованого чистого прибутку від проведення поливу. Для прийняття рішень щодо проведення поливів в умовах дефіциту фінансових ресурсів пропонується показник ефективності використання коштів, які потрібно витратити на проведення поливу. Даний метод дозволяє оптимізувати термін та норму проведення кожного наступного поливу для забезпечення максимально можливої за цих умов економічної ефективності зрошення.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. На початку вегетаційного сезону гідротехнікам господарств необхідно обрати стратегію ведення зрошення земель у господарстві. Для цього доречно провести розрахунки бізнес - планів на рік 75%-ної вологозабезпеченості та визначитись з типом режиму зрошення (оптимальний, водозберігаючий, неоптимальний), що буде застосовуватись відповідно до наявних ресурсів господарства та його спеціалізації.

2. У разі прийняття рішення щодо ведення неоптимального зрошення, визначення вологозапасів на початку вегетаційного сезону слід проводити у шарі, в якому у період активного розвитку рослин зосереджена основна всмоктуюча поверхня коренів рослин. Визначення стартових вологозапасів може проводиться, як за прямими вимірюваннями, так шляхом розрахунків за відомими методиками (О.Ф. Литовченко, 2001).

3. При оперативному плануванні поливів сільськогосподарських культур в умовах неоптимального зрошення розрахунки водоспоживання протягом вегетаційного сезону необхідно здійснювати пошарово та застосовувати для цього залежно від рівня зволоження ґрунту різні типи функцій дексукції. В періоди підтримання оптимального зволоження ґрунту рекомендується функція пропорційного зменшення розподілу щільності десукції; для умов, коли вологість ґрунту нижче критичного рівня - рівномірна функція.

4. Для обґрунтування доцільності проведення поливів в умовах дефіциту ресурсів рекомендується використовувати метод та алгоритм прийняття рішень щодо визначення терміну та норми кожного наступного поливу, що базується на економічній оцінці. При обмежених матеріально-технічних ресурсах за критерій оптимізації терміну та норми поливу рекомендується приймати величину прибутку від поливу, що планується. У разі дефіциту фінансів доречно використовувати критерій ефективності використання коштів на проведення поливу.

Брошури

1. О.І.Жовтоног, П.І.Ковальчук, В.А.Писаренко, Л.А. Філіпенко, Т.О.Михальська, Т.Ф.Деменкова, В.В.Поліщук, А.Ф.Салюк, М.М.Волошин, А.І.Задорожний, Н.В.Пендак. Методичні рекомендації з оперативного планування режимів зрошення - К., 2004. - 49 с.

Статті у фахових виданнях

1. Ромащенко М.І., Жовтоног О.І, Поліщук В.В. Еколого-економічне обґрунтування параметрів зрошення//Аграрний вісник Причорноморя, вип. 3.- Одеса, 1999.-С.14-18.

2. Жовтоног О.І., Поліщук В.В., Яцюк З.Ф. Модель урожаю кукурудзи на силос для планування зрошення в умовах значного дефіциту ресурсів//Меліорація і водне господарство. - 2001.- Вип.87 . -С. 40-50.

3. Жовтоног О.І., Філіпенко Л.А., Деменкова Т.Ф., Поліщук В.В., Ходаківська Н.С. Розвиток науково-методичних засад планування режимів зрошення сільськогосподарських культур //Водне господарство України. - 2001.-№ 56. -С. 4-8.

4. Жовтоног О.І., Поліщук В.В. Особливості розрахунку динаміки вологості ґрунту в умовах неоптимального зволоження//Меліорація і водне господарство. - 2003.-Вип. 89.- С. 9-18.

5. Жовтоног О.І., Попович В.Ф., Філіпенко Л.А., Поліщук В.В. Перспективи використання європейських агрогідрологічних моделей у зрошуваному землеробстві //Вісник аграрної науки.-2003.- №7.-С. 54-59.

6. О.І. Жовтоног, С.А. Балюк, В.В. Поліщук. Методологія та методика експериментальних стаціонарних досліджень на меліорованих землях//Вісник аграрної науки.-2004.-№7.-С. 57-62.

7. Жовтоног О.І., Салюк А.Ф., Поліщук В.В. Районування Південного Степу України за потенційною ефективністю зрошення основних с.-г. культур.// Таврійський науковий вісник. Херсон.-2005.-Вип.41.- С.64-73.

8. Салюк А.Ф., Поліщук В.В. Порівняльна оцінка функціонування зрошувальних систем в Україні //Меліорація і водне господарство. - 2005.- Вип. 92.- С.12-23.

9. Поліщук В.В. Обґрунтування оперативних поливів сільськогосподарських культур в сучасних умовах//Вісник аграрної науки.-2007.-№3.-С. 70-72.

Наукові видання та тези доповідей

1. Жовтоног О.І., Філіпенко Л.А., Шостак І.К., Поліщук В.В. Сучасна концепція та методи управління зрошенням на рівні господарства в умовах недостатнього зволоження // Наукові основи землеробства в умовах недостатнього зволоження.-К.: Аграрна наука-2001. - С. 89-92.

2. Поліщук В.В. Особливості відбору вологи коренями рослин в умовах неоптимального вологозабезпеченння //Актуальні проблеми ефективного використання земель. №3. Херсон, 2002.-С. 93-95.

3. О.І.Жовтоног, В.В.Поліщук, А.Ф.Салюк. Адаптація європейської імітаційної моделі росту сільськогосподарських культур WOFOST для умов України. //Матеріали Всеукраїнської конференції молодих вчених “Засади сталого розвитку аграрної галузі”, 28-30 жовтня 2002.-Київ - С.15-16.