CALCULATION OF HUMIDIFICATION PROFILE FOR SUBSTANTIATION OF IRRIGATION DEPTH FOR DRIP IRRIGATION OF THE FRUIT-BEARING GARDEN IN THE CONDITIONS OF THE SUBMONTANE ZONE OF THE JAMBYL REGION

РАСЧЕТ КОНТУРОВ УВЛАЖНЕНИЯ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ ПОЛИВНОЙ НОРМЫ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ ПЛОДОНОСЯЩЕГО САДА В УСЛОВИЯХ ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЫ ЖАМБЫЛСКОЙ ОБЛАСТИ

Научная статья

Кирейчева Л.В.^1, *, Асканбек А.А.², Нурабаев Д.М.³

¹ ORCID: 0000-0002-7114-2706;

¹ Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костякова,

Москва, Россия;

^{2, 3} Таразский Государственный Университет им. М.Х. Дулати, Тараз, Казахстан

* Корреспондирующий автор (kireychevalw[at]mail.ru)

Аннотация

В статье приведены расчеты по  формированию контура увлажнения при капельном орошении для саженцев яблони и плодоносящего яблоневого сада на карликовом подвое, выполнено обоснование размещения капельниц, интенсивность и время подачи воды, обеспечивающее увлажнение корнеобитаемого слоя для подросших яблонь с целью поддержания влажности, соотвествующей 0,7- 0,8 НВ в условиях недостаточного природного увлажнения в предгорной зоне Жамбылской области на светло-сероземных почвах. Показано, что по мере роста и развития яблонь увеличивается необходимость увлажнения корнеобитаемого слоя вдоль капельной линии до полного смыкания контуров увлажнения.

Ключевые слова: капельное орошение, яблоня интенсивного типа, карликовый подвой, режим увлажнения, поливная норм.

CALCULATION OF HUMIDIFICATION PROFILE FOR SUBSTANTIATION OF IRRIGATION DEPTH FOR DRIP IRRIGATION OF THE FRUIT-BEARING GARDEN IN THE CONDITIONS OF THE SUBMONTANE ZONE OF THE JAMBYL REGION

Research article

Kireicheva L.V.^1, *, Askanbek A.A.², Nurabaev D.M.³

¹ ORCID: 0000-0002-7114-2706;

¹ All-Russia Research Institute of Hydraulic Engineering and Land Reclamation of A.N. Kostyakov, Moscow, Russia;

^{2, 3} M.Kh. Dulaty Taraz State University, Taraz, Kazakhstan

* Corresponding author (kireychevalw[at]mail.ru)

Abstract

The article presents calculations on the formation of a humidification profile during drip irrigation for young plants of apple and apple-bearing orchard on a small-stature form of stock, substantiates the placement of droppers, the intensity and time of water supply, which provides moistening of the root layer for grown apple trees in order to maintain humidity corresponding to 0.7- 0.8 HB in conditions of insufficient natural moisture in the submontane zone of the Jambyl region on light sierozemic soils. It is shown that, as apple trees grow and develop, the necessity to moisten the root layer along the drip line increases until the humidification profile is completely closed.

Keywords: drip irrigation, apple tree of intensive type, a small-stature form of stock, moisture regime, irrigation depth.

Введение

В Республике Казахстан уровень обеспечения населения свежей яблоневой продукцией находится на низком уровне. Потребление свежих яблок в Жамбылской области в течение всего года является важным фактором поддержания здоровья местного населения, особенно детей и подростков [5, С. 15]. Кроме того, актуальным становится вопрос водообеспечения плодоводства в целом и эффективности оросительных мелиораций [9], [11]. Аридность климата, дефицит природной пресной воды стимулируют развитие малообъемного орошения садов в республике Казахстан [6]. Актуальной задачей проектирования систем капельного является определение геометрических параметров контуров увлажнения корневой системы, форма и размеры которых определяется скоростью и объемом подаваемой воды через капельницы [2, С. 137], [4 C. 6]. Исследования по изучению параметров контуров увлажнения для разных поливных норм выполняются методом расчета с учетом значительного количества факторов: степени начального увлажнения участка, типа почвы, водопроницаемости, пористости, засоленности, уплотненности почвенного профиля [3], [6, C. 40]. При выборе сорта и саженцев яблонь принимается во внимание их требования к температурным показателям и условиям увлажнения данного региона, что определяет продолжительность периода вегетации, технологию обработки почвы, сроки уборки урожая и мероприятия по уходу за садом. Также следует иметь в виду потребности рынка сбыта сортового состава продукции и получение прибыли за счет выращивания эффективных сортов [5, C. 18].

Цель работы – обоснование наилучших режимов увлажнения почвы плодоносящего яблоневого сада на карликовых подвоях при капельном способе орошения.

Материал и методика

Для исследований был выбран учебно-опытный полигон поливной техники Таразского государственного университета имени М.Х. Дулати, расположенный в пределах предгорной зоны Жамбыльской области. Опытно-производственный участок расположен в центральной части долины реки Талас в зоне резко континентального климата с недостаточным увлажнением, жарким сухим летом и сравнительно продолжительной холодной зимой [3]. Годовое количество осадков на равнинах до 300 мм, в предгорьях и горах от 500 - 700 до 1 000 мм. Вегетационный период составляет 205-225 дней в зависимости от конкретного года [1]. Почвы – сероземные, освоенные на покровных суглинках.

С целью изучения почвенных характеристик на опытном участке были заложены три шурфа, в которых через каждые 20 см отбирались пробы почвы. Почвы опытного участка характеризуются малым содержанием гумуса-0.02...1.42%, имеют комковато-глыбистую структуру, которая легко разрушается при механическом воздействии и увлажнении. По гранулометрическому составу почвы легко и среднесуглинистые, содержание физической глины 24.7...37.7%.  Коэффициент фильтрации расчетного слоя в среднем по участку составляет 0.3 м/сут. [7, C. 71]. Особое внимание при изучении характеристик почвы опытно-производственного участка было уделено определению водно-физических свойств. В таблице 1 приведен гранулометрический состав почвы, который использовался для определения водно-физических характеристик.

 

Таблица 1 – Гранулометрический состав почвы опытного участка

Почвы опытно-производственного участка имеют плотность 1,35 г/см³, наименьшее содержание влаги (НВ) в слое 0,8 м составляет  22-24% от массы почвы, водопроницаемость в первый час - 5,3 см / час. Уровень подземных вод на участке ниже 9-11 метров и они не участвуют в формировании влажности в корнеобитаемой зоне. Почвенные условия по приведенным характеристикам подходят для применения капельного способа полива интенсивного яблоневого сада. Основные характеристики почвы, необходимые для обоснования режима орошения,  представлены на рис. 1.

 

Рис. 1 – Графики распределения по глубине водно-физических характеристик почв участка

 

На участке в 2016 году были высажены 2-х летние саженцы на карликовых подвоях по схеме 4х2 м. Запроектированная капельная система обеспечивала подачу воды непосредственно в приствольный круг с регулируемым расходом капельницы от 2 до 15 л/час. Поливная норма в зависимости от предполивной влажности почвы 70% НВ и 80% НВ при расчетном слое увлажнении почвы 0,4 м составляла в пределах 28,9-49,3 м³/га при продолжительности полива 4,8-8,2 часа. При увлажнении почвы до глубины 0,6 м поливная норма составила 45,7-96,8 м³/га за 7,5-16,2 часов. При увлажнении 0,80 м поливная норма равнялась 86,4-145,9 м³/га, а время полива составляло 14,3-24,1 часа. Был выбран режим увлажнения при предполивной влажности 80% НВ для расчетного слоя почвы 0,40 м при норме полива 49,3 м³/га и продолжительности – 6 часов [5 C.70-72]. Поливную норму m  рассчитывали по формуле:

m = 100H ɑa (HB – λ· HB), м3/га

(1)

где: H – глубина увлажняемого слоя, м; ɑ – плотность сложения почвы, г/см3; a – доля площади питания, подлежащая увлажнению (определялась по экспериментальным данным); HB – наименьшая влагоёмкость, % от массы абсолютно сухой травы; λ – коэффициент предполивной влажности почвы, соответствующей нижней границе оптимального увлажнения, в долях единицы.

Результаты исследований

В процессе полива при расходе капельницы 2 л/час сформировался контур увлажнения (рис. 2). За 6 часов полива глубина увлажнения составила 44,5 см, а диаметр контура 41 см. При таком расположении капельниц (через 2 м) и заданном режиме орошения, смыкания  контуров увлажнения не происходило.

 

Рис. 2 – Контур увлажнения от одной капельницы при поддержании влажности в корневой зоне 80% НВ и заданном режиме орошения

 

В настоящее время сад перешел в фазу полного плодоношения, корневая система достигла 0,8 м и стала распространяться вдоль капельной линии. Для наилучшего увлажнения зрелого сада была поставлена задача обеспечитить смыкание контуров увлажнения почвы в зоне максимального распространения корневой системы. Исходя из этого было рекомендовано устанавить дополнительные капельницы на расстоянии 0,5 м с двух сторон ствола дерева. Для обоснования режима влажности в корневой зоне при установке дополнительных капельниц были выполнены расчеты контуров увлажнения [8]. Задача распределения воды может быть описана численными методами с использованием основной гидрофизической характеристики почвы (ОГХ) и функции влагопроводности, которые зависят от гранулометрического состава почвы, что позволяет полно и однозначно детерминировать перемещение влаги [10].

Расчет выполнялся В.В. Алексеевым для следующих начальных условий, полученных на основании гранулометрического состава почв участка (рис. 1). Для автоматизации расчетов составлена и использована программа на языке визуального программирования Delphi 10. Визуализация вычислений проводилась с использованием среды GoldenSoftwareSurfer 15 [10, C.69]. Алгоритм расчета состоял в подборе расхода капельницы и времени ее работы для увлажнения требуемого слоя при смыкании контуров увлажнения. Так, при расходе капельницы 4 л/час в течение 20 часов произошло увлажнение 0,8 метрового слоя до 80% НВ по всей длине капельной линии. Выполненные расчеты по вышеприведенной программе представлены на рисунке 3.

Рис. 3 – Контур увлажнения вдоль капельной линии при расположении капельниц через 0,5 м

 

Заключение

Выполненные исследования по формированию контура увлажнения при поливе 2-х летних саженцев показали, что при расположении капельниц через 2 м непосредственно в приствольном круге обеспечивало увлажнение контура диаметром 0,4 м. Через 3 года для подросшего сада такого увлажнения оказалось недостаточно. Поэтому для обоснования модернизации капельной линии выполнено математическое моделирование контура увлажнения, которое позволило обосновать расположение капельниц на капельной линии через 0,5 м и разработать необходимый режим подачи воды через капельницы с интенсивностью 4 л/час. в течение 20 часов, что приведет к смыканию контуров  увлажнения  в зоне распространения корневой системы растений 0,8 м и, как следствие, к повышению урожая и устойчивости плодоношения.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Агроклиматический справочник по Жамбылской области Республики Казахстан. – Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1967. – 320 с
2. Ахмедов А.Д. Расчёт распространение влаги в почве при внутрипочвенном орошении / А.Д. Ахмедов // Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства: материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 60-летию образования Волгоград. гос. с.-х. акад. – Волгоград. - 2004. – С. 137-138
3. Режим орошения сельскохозяйственных культур при капельном орошении в условиях Жамбылской области республики Казахстан / Безбородов Ю.Г., Козыкеева А.Т., Кирейчева Л.В., Жатканбаева А.О. // Сборник: Мелиорация и водное хозяйство: проблемы и пути решения. Материалы международной научно-практической конференции. -Москва: Изд. ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова. - 2016. - С. 159-163.
4. Новая система капельного орошения / Бальбеков Р.А., Бородычев В.В., Салдаев А.М., Дементьев А.В., Кузнецов Ю.В. //Мелиорация. - 2003. - № 4. - с. 6
5. Валовой сбор и урожайность сельскохозяйственных культур в Жамбылской области: стат. обзор / Таразстат. – Тараз. - 2015. - 39 с.
6. Гричаная Т.С. Перспективы применения капельного орошения в Республике Казахстан / Гричаная Т.С. // Научные исследования в мелиорации и водном хозяйстве: Сб. науч. тр. ТОО «КазНИИВХ». – Тараз. - 2009. - Т. 46 - Вып. 1. – С. 86-91.
7. Кирейчева Л.В. Влияние капельного орошения на рост и развитие саженцев яблонь на карликовых подвоях в условиях Жамбыльской области / Кирейчева Л.В., Есенгельдиева П.Н., Мусабеков К.К. // Международный научно-исследовательский журнал. - Екатеринбург. 2017. - № 02 (56), ч. 2. – С. 70-72.
8. Кирейчева Л.В. Повышение эффективности капельного орошения на легких полупустынных почвах / Кирейчева Л.В., Шуравилин А.В., Табук М.А. // Российская сельскохозяйственная наука. – Москва. – 2013. - №4. - С. 39
9. Кирейчева Л.В. Оценка эффективности оросительных мелиораций в зональном ряду почв / Кирейчева Л.В., Карпенко Н.П. // Почвоведение. – Москва. - 2015. - № 5. - С. 587-590.
10. Филиппов В.П. Моделирование капельного орошения на склоновых землях / Филиппов В.П., Алексеев В.В., Чучкалов С.И. // Сб. науч. Тр. Проблемы развития сельскохозяйственных мелиораций и водохозяйственного комплекса на базе цифровых технологий. Материалы международной юбилейной научно-практической конференции. –М.: Изд. ВНИИГиМ. - 2019. - Т. 1. - С. 65-71.
11. Шумаков Б.Б. Экологические аспекты мелиорации / Шумаков Б.Б., Кирейчева Л.В. // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. – Москва. - 1994. - № 4. С. 46-51..

Список литературы на английском языке /References in English

1. Agroklimaticheskii spravochnik po Jambylskoi oblasti Respubliki Kazahstan [Agroclimatic Guide to the Jambyl Region of the Republic of Kazakhstan]. – L.: Hydrometeorological Publishing House, 1967. – 320 p. [in Russian]
2. Akhmedov A.D. Raschyot rasprostraneniya vlagi v pochve pri vnutripochvennom oroshenii [Calculation of the Distribution of Moisture in Soil during Intra-soil Irrigation] / A.D. Akhmedov // Osnovy dostizheniya ustoychivogo razvitiya sel'skogo khozyaystva: materialy Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., posvyashch. 60-letiyu obrazovaniya Volgograd. gos. s.-kh. akad [Fundamentals of Achieving Sustainable Agricultural Development: Materials of the Intern. Science-to-Practice Conf. The 60th Anniversary of Volgograd State Agric. Acad.] – Volgograd. – 2004. – P. 137-138. [in Russian]
3. Rezhim orosheniya selskokhozyaistvennykh kultur pri kapelnom oroshenii v usloviyakh Jambylskoi oblasti respubliki Kazahstan [Irrigation Regime of Crops under Drip Irrigation in the Conditions of the Jambyl Region of the Republic of Kazakhstan] / Bezborodov Yu.G., Kozykeeva A.T., Kireicheva L.V., Zhatkanbaeva A.O. // Sbornik: Melioratsiya i vodnoye khozyaystvo: problemy i puti resheniya. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Collection: Land Reclamation and Water Management: Problems and Solutions. Materials of the International Science-to-Practice Conference.] – Moscow: Ed. AIHELR named after A.N. Kostyakov. - 2016. -- P. 159-163. [in Russian]
4. Novaya sistema kapelnogo orosheniya [New Drip Irrigation System] / Balbekov R.A., Borodychev V.V., Saldaev A.M., Dementiev A.V., Kuznetsov Yu.V. // Melioratsiya [Reclamation]. – 2003. – No. 4. – p. 6 [in Russian]
5. Valovoi sbor i urozhainost selskokhozyaistvennykh kultur v Jambylskoi oblasti: stat. obzor [Gross Yield and Crop Productivity in the Jambyl Region: Stat. Overview] / Tarazstat. - Taraz. - 2015. – 39 p. [in Russian]
6. Grichanaya T.S. Perspektivy primeneniya kapelnogo orosheniya v Respublike Kazahstan [Prospects for the Use of Drip Irrigation in the Republic of Kazakhstan] / Grichanaya T.S. // Nauchnyye issledovaniya v melioratsii i vodnom khozyaystve: Sb. nauch. tr. TOO «KazNIIVKH» [Scientific Research in Land Reclamation and Water Management: Scientific Coll. of Works KazNIIVH LLP. - Taraz. - 2009. - V. 46 - Issue. 1. - P. 86-91. [in Russian]
7. Kireicheva L.V. Vliyanie kapelnogo orosheniya na rost i razvitie sazhentsev yablon na karlikovykh podvoyakh v usloviyakh Jambylskoi oblasti [Effect of Drip Irrigation on the Growth and Development of Apple Seedlings on Small-Stature Form of Stock in the Jambyl Region] / Kireicheva L.V., Esengeldieva P.N., Musabekov K.K. // Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal [International Research Journal]. – Ekaterinburg. 2017. – No. 02 (56), Part 2. – P. 70-72. [in Russian]
8. Kireicheva L.V. Povyshenie effektivnosti kapelnogo orosheniya na legkikh polupustynnykh pochvakh [Improving the Efficiency of Drip Irrigation on Light Semi-Desert Soils] / Kireicheva L.V., Shuravilin A.V., Tabuk M.A. // Rossiyskaya sel'skokhozyaystvennaya nauka [Russian Agricultural Science]. – Moscow. – 2013. – No. 4. – P. 39 [in Russian]
9. Kireicheva L.V. Otsenka effektivnosti orositelnykh melioratsii v zonalnom ryadu pochv [Assessment of the Effectiveness of Irrigation Reclamation in the Zonal Row of Soils] / Kireicheva L.V., Karpenko N.P. // Pochvovedeniye [Soil Science]. – Moscow. – 2015. – No. 5. – P. 587-590. [in Russian]
10. Filippov V.P. Modelirovanie kapelnogo orosheniya na sklonovykh zemlyakh [Modeling Drip Irrigation on Sloping Lands] / Filippov V.P., Alekseev V.V., Chuchkalov S.I. // Sb. nauch. Tr. Problemy razvitiya sel'skokhozyaystvennykh melioratsiy i vodokhozyaystvennogo kompleksa na baze tsifrovykh tekhnologiy. Materialy mezhdunarodnoy yubileynoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Coll. of Scientific Works. Problems of Development of Agricultural Land Reclamation and Water Management Complex based on Digital Technologies. Materials of the International Anniversary Science-to-Practice Conference]. – M.: Ed. VNIIGiM. - 2019. – V. 1. – P. 65-71. [in Russian]
11. Shumakov B.B. Ekologicheskie aspekty melioratsii [Ecological Aspects of Land Reclamation] / Shumakov B.B., Kireicheva L.V. // Vestnik Rossiyskoy akademii sel'skokhozyaystvennykh nauk [Bulletin of the Russian Academy of Agricultural Sciences]. – Moscow. – 1994. – No. 4. – P. 46-51. [in Russian]