Эффективность и равномерность орошения. Эффективное использование воды в сельском хозяйстве

Суат Ирмак (Suat Irmak), профессор Отдела Extension Университета Небраски, специалист в
области инжиниринга ирригационных систем и по вопросам почвенных и водных ресурсов
Ламек О. Одхиамбо, исследователь ассистент-профессор
Уильям Л. Кранц, специалист по орошению Отдела Extension Университета Небраски, доцент
Декан Е. Эйзенхауэр, профессор
Кафедра сельскохозяйственной инженерии и биологических систем

В этой статье описываются различные термины
касательно эффективности орошения и использования
воды при орошении урожая, оценки равномерности
полива, и относящиеся к ирригационным системам и
практическим методам, используемым в штате
Небраска, других штатах, и по всему миру.
Определения и формулы, описываемые здесь, могут
быть использованы сотрудниками агротехнических
служб, персоналом ирригационных округов,
университетами, персоналом федеральных агентств для
оценки эффективности применения и/или поглощения
урожаем оросительной воды, а также могут помочь
найти более оптимальный способ использования
водных ресурсов в сельском хозяйстве.
Поскольку водные ресурсы становятся все более
дефицитными, большое внимание уделяется
эффективному использованию оросительной воды для
получения максимальной экономической выгоды и
сохранения водных ресурсов. А это требует
соответствующих методов измерения и оценки
эффективности извлечения воды из источника для
получения урожайности. Ненадлежащее применение
орошения приводит к водному стрессу растений и
уменьшению урожайности. Избыток орошения может
привести к загрязнению водных ресурсов вследствие
потери растениями питательных веществ через
выщелачивание, водосток и эрозию почвы.
Методы эффективного использования
оросительной воды в штате Небраска варьируются. В
местностях, где водные ресурсы ограничены, к
использованию доступной воды относятся более
внимательно. В то время как в районах с обильными
водными ресурсами, вопросам сохранения воды
уделяется меньше внимания и есть тенденция к чрез-
мерному орошению. На эффективность использования
воды также влияет стоимость рабочей силы, доступность
контролируемой воды, орошаемые культуры, тип
ирригационной системы, характеристики почвы. Для
описания эффективности применения и/или
поглощения урожаем оросительной воды используются
различные термины. Нередки случаи неправильного
использования этих терминов, что может привести к
неправильному пониманию эффективности работы
ирригационной системы.
В штате Небраска орошается более 8,6 миллионов
акров земли и примерно 80% дождевальным орошением
(в основном, круговыми дождевальными системами),
примерно 19% поверхностным орошением (в основном,
бороздковым), и менее 1% микро-орошением (капельным
орошением). На практике, почти невозможно донести
каждую каплю оросительной воды до орошаемых культур
вследствие потерь воды, происходящих на этапе между
извлечением воды из источника и точкой полива.
Потери оросительной воды включают испарение
распыляемых капель, забор воды сорняками, испарение с
поверхности почвы, испарение из борозд, утечки в
водопроводе, просачивание и испарение из оросительных
каналов, поверхностный сток и потери на фильтрацию.
Объем каждого вида потерь зависит от характеристик и
управления каждого типа ирригационной системы.
В штате Небраска основным полезным
водопотреблением оросительной воды является
соответствие потребностям суммарного испарения
культур — эвапотранспирации (ET). Другим полезным
водопотреблением является химигация. В некоторых
районах выщелачивание соли из почвы также является
полезным водопотреблением.

Вероятно, самым непродуктивным водопотреблением
является испарение с поверхности воды и почвы,
которое не влияет на увеличение урожайности
сельскохозяйственных культур.
Эффективность орошения определяется тремя
составляющими: (1) эффективность работы
ирригационной системы, (2) равномерность полива,
(3) реакция культур на орошение. Эти меры измерения
эффективности орошения взаимосвязаны и
варьируются во временных и пространственных
масштабах. Пространственные измерения применимы
в пределах одного поля, или, более масштабно, в
пределах ирригационного округа или водосборного
бассейна. Временные измерения могут изменяться от
единичного ирригационного события до более
длительного периода, например, части вегетационного
периода, или периода в несколько лет.

Оценка эффективности работы
ирригационной системы

определяется эффективностью физической системы и
операционных решений по водообеспечению
сельскохозяйственных культур из водного источника.
Для оценки эффективности работы ирригационной
системы используются несколько терминов. Среди
них эффективность водоподводящей системы,
эффективность полива, эффективность
влагоудерживающей способности почвы,
эффективность орошения, общая эффективность
орошения, эффективность полезного
водопотребления.

Эффективность водоподводящей системы (Ec)

Оросительная вода обычно подается от водного
источника на ферму или поле по естественным
дренажным каналам, искусственным земляным или
линейным каналам, или водопроводу. Для многих
водоподводящих систем характерны
трансмиссионные потери, т.е. объем воды,
поступившей на ферму или поле, обычно меньше, чем
объем воды, направляемой из источника. Потери
воды в водоподводящей системе включают потери
воды на просачивание, утечки из каналов
(функциональные или случайные), эвапорационные
потери из канала, и утечки из водопровода.
Эффективность водоподводящей системы обычно
определяется как соотношение объема оросительной
воды, которая поступает на ферму или поле, и объема
воды, извлекаемой из источника. И выражается
формулой:

screenshot_2  (1)

 

Эффективность водоподводящей системы также
может применяться для оценки индивидуальных
сегментов каналов или водопровода. Обычно,
трансмиссионные потери водопровода значительно
ниже в силу отсутствия эвапорации и потери воды на
просачивание. В штате Небраска, оросительная вода
часто подается из скважин на поле или по водопроводу.
Также распространена подача воды по открытым
каналам, особенно в центральной и западной частях
штата. Поскольку в закрытых/герметичных
водоподводящих системах потери воды минимальны,
эффективность водоподвода может достигать 100%.
Эффективность полива (Ea)
Эффективность полива (Ea) дает общее представление
того, насколько хорошо ирригационная система
выполняет свою основную функцию — поступление воды
из водоподводящей системы к выращиваемым
культурам. Основная задача — полив культур и
сохранение в влаги в их корневой зоне для
удовлетворения потребности культур в воде. Eа это
измерение доли общего объема воды, поданной на ферму
или поле, от объема воды, сохраненной в корневой
системе для удовлетворения потребности суммарного
испарения культур (эвапотранспирации (ЕТ)). Оно
выражается формулой:

screenshot_4

Потери воды при дождевальном орошении включают
снос ветром и испарение капель в воздухе, испарение
воды листьями, и с поверхности почвы. Потери воды на
снос ветром — это вода, перемещаемая ветром из целевой
области, а испарение капель — это потери воды,
вызванные прямым испарением воды в процессе
перемещения от форсунки до культур или поверхности
почвы. Потери воды на снос ветром и испарение капель
могут быть значительными, если в силу дизайна
разбрызгивателя или давления в нем, процентное
соотношение очень мелких капель высоко. В штате
Небраска многие круговые дождевальные машины
сконструированы для работы на капельных
разбрызгивателях с низким давлением для орошения на
минимальном расстоянии к лиственной кроне.
Поскольку скорость ветра снижается вблизи лиственной
кроны, размещение разбрызгивателей с низким
давлением непосредственно над лиственной кроной
сокращает потери воды на снос ветром и капельное
испарение. Потери воды через листву — это вода, которая
впиталась листвой растений и испарилась через нее
обратно в воздух. Когда вода достигает поверхность
почвы, могут возникнуть потери на почвенное испарение                                                                                                                                                                                                       поверхностный водосток или фильтрацию ниже
уровня корневой зоны.
В Таблице 1 приведены результаты подсчета
величины потерь воды при поливе, при
использовании трех разных типов разбрызгивателей
(с малым углом распыления, с насадкой спрей, и
LEPA) на основании исследования, проведенного
лабораторией Службы сельскохозяйственных
исследований Министерства сельского хозяйства
США (USDA ARS) в г. Бушленд, штат Техас.
Разбрызгиватели с малым углом распыления были
размещены на верху подводящего трубопровода,
разбрызгиватели-спреи на высоте в 1,5 м от
лиственной кроны, система LEPA с насадками
баблерами (bubbler) на расстоянии 0,3 м от земли.
Расчет потерь воды основан на поливной норме
зрелой кукурузы в 1 дюйм ( 2,54 см) при
минимальной скорости ветра.

screenshot_5

Потери воды при поверхностном ( бороздковом)
орошении включают поверхностный водосток,
испарение воды в бороздовых каналах, испарение с
поверхности почвы, и инфильтрацию ниже уровня
корневой зоны. Поверхностный водосток может
привести к существенным потерям воды, если
возвратные воды не контролируется и не используется
повторно. В случае сбора и повторного использования
возвратных вод, объем оросительной воды,
поступившей на ферму или поле ( ) должен быть
скорректирован с учетом восстановленных возвратных
вод нетто. В штате Небраска фермеры обычно
блокируют нижний конец борозды для
предотвращения поверхностного водостока. Однако,
блокирование концов борозды, может привести к
неравномерному распределению воды и чрезмерной
глубокой фильтрации на обоих концах поля. На
Рисунке 1 показаны примеры инфильтрации при
традиционном бороздковом поливе и поливе с
блокировкой конца борозды. На эффективность
бороздкового полива влияют практика использования,
ширина потока, характеристики почвы, и уклон поля.
Стандартная практика подразумевает поддержание
постоянного потока в течение заданного времени
полива. Некоторые фермеры применяют бороздковое
орошение всплескиваемым потоком для уменьшения
проникновения воды в глубокие слои почвы и
улучшения инфильтрации по всей длине борозды.
При бороздковом орошении всплескиваемым потоком                                                                                                                                                                                                             вода периодически подается в борозды, что обычно
уменьшает поверхностный сток и делает длительность
затопления более равномерной по всей длине борозды.
По причине потерь воды при поливе, эффективность
полива всегда меньше 100 %.

screenshot_6

В Таблице 2 приведены “Потенциальные” показатели
эффективности полива хорошо спроектированных и
эффективно управляемых ирригационных систем.
Возможно иметь высоки показатели Еa , но
недостаточную эффективность орошения. Например,
объем поступившей оросительной воды ( V ) может быть
большим для сокращения потерь на глубокую
фильтрацию и поверхностный сток, но недостаточным
для удовлетворения потребности суммарного испарения
культур (эвапотранспирации (ET)), что приводит к

сокращению урожайности. Также возможно, что
количество вносимой воды ( V f ) верное и потери
воды при поливе очень низкие, но все равно
наблюдается сокращение урожайности, когда
оросительная вода распределяется неравномерно.
Неравномерное распределение воды вызывает
водный стресс в зонах, получающих недостаточное
количество воды, и кислородный стресс в зонах с
переувлажненным грунтом. Чтобы показатель E a имел
практическое значение, показатель V s должен быть
достаточным и хорошо распределенным, чтобы не
возникал водный и кислородный стресс (в корневой
зоне) на ферме или поле.

screenshot_78

Таким образом, оба показателя: эффективности
полива и равномерности полива, являются
индикатором более хорошей общей эффективности
ирригационной системы. Следует учитывать, что
показатели «потенциальной» эффективности
использования в Таблице 2 сильно зависимы от
способа управления ирригационной системой
(например, подповерхностный капельный полив,
который обладает самой высокой «потенциальной»
эффективностью, может иметь более низкий
показатель эффективности, чем другие способы
орошения, при плохом управлении).

Показатели эффективности в Таблице 2 также сильно
зависят от типа почвы, уклона, стадии роста культур,
пропускной способности системы, и других
управленческих факторов, а также особенностей поля
и типа орошения. Таким образом, для одного и того
же типа орошения, эти показатели могут существенно
варьироваться в зависимости от поля или местности.
Надлежащее управление орошением может увеличить
эффективность полива, а ненадлежащее управление
орошением может привести к неэффективному
использованию воды и уменьшению показателей
эффективности полива. Чрезмерное орошение может
привести в просачиванию химикатов в грунт ниже
уровня корневой зоны, сокращению урожайности, и,
в конце концов, к нерациональному использованию
водных ресурсов. Неверный расчет интервалов между
поливами и ненадлежащее применение орошения, не
соответствующее потребностям культур в воде,
может вызвать стресс у культур, снизить объем и
качество урожая.
Для расчета эффективности полива и других
показателей эффективности необходимы измерения
запасов почвенной влаги в корневой зоне, для
которых необходимо измерение содержания воды в
почве. Существует множество способов определения
содержания воды в почве и использования воды с/х
культурами, которые изложены других публикациях
Отдела Extension Университета Небраски (например,
ЕС 783, Применение сенсоров Watermark для
определения потенциала почвенной влаги для
управления системой орошения; G1579,
Использование датчиков Atmometers (ETgage) для
управления системой орошения; EC709,
Планирование орошения: Балансовый метод; G1994,
Расчет суммарного испарения культур из
ориентировочного суммарного испарения и
коэффициентов культур). Для расчета
эффективности орошения, концентрация воды в
почве далее выражается как эквивалентная глубина.
Производители штата Небраска все больше
используют приборы для измерения уровня влаги в
почве для управления системой орошения. Эти
датчики также могут быть использованы для
определения объема воды, внесенного в почву в
процессе орошения.

Эффективность влагоудерживающей способности
почвы (Es)

Основная цель орошения, в большинстве случаев,
повысить запасы почвенной влаги в корневой зоне
для удовлетворения эвапотранспирационной
потребности культур при минимизации процессов
глубокой фильтрации и поверхностного стока.
Эффективность влагоудерживающей способности
почвы показывает, насколько эффективно система
использует способность почвы удерживать влагу в
корневой зоне для удовлетворения потребностей в
ней культур. Таким образом, в большинстве случаев,
увеличение запасов почвенной влаги с помощью

орошения является полезным. Эффективность
влагоудерживающей способности (Es) определяется
как соотношение объема воды, удерживаемой в
корневой зоне, к объему воды, необходимому для
увеличения влаги в корневой системе до уровня
полевой влагоемкости почвы. И выражается
формулой:

screenshot_7

Максимальное количество воды, которое

должно быть внесено для достижения максимально высокого показателя Е

за единичный полив — это разность между полевой влагоемкостью почвы и средней
концентрацией воды в почве в корневой зоне до
единичного полива. Высокий показатель Es означает,
что орошение увеличивает содержание воды в
корневой зоне почвы до уровня полевой влагоемкости,
но не приводит к глубокой фильтрации. В
большинстве случаев, не рекомендуется насыщать
водой профиль почвы до уровня полевой
влагоемкости, оставляя некоторый
влагоудерживающий потенциал на случай осадков.

Таким образом, насыщение почвы влагой до уровня 90
% от полевой влагоемкости почвы может быть
хорошей стратегией. Дождевальные и микро-
ирригационные системы обычно просто
поддерживают необходимый уровень влаги в почве
для удовлетворения потребностей культур в воде (ЕТ),
не заполняя корневую зону почвы. При бороздковом
поливе обычно орошение происходит через одну
борозду для увеличения влагоемкости в корневой зоне
на случай осадков. В таких случаях, использование
показателя Es бессмысленно, потому что для
показателя Ea основной целью не является увеличение
влагоемкости корневой зоны. В зависимости от типа
почвы и других факторов, для целей управления
орошением обычно используется средняя глубина
корневой зоны в 36 дюймов (91,44 см) для сои и 48
дюймов (121,92 см) для кукурузы.

 

Эффективность орошения (Ei)

Иногда оросительная вода может использоваться
на цели, отличные от простого удовлетворения
потребности культур в воде (ЕТ). Другие виды
полезного водопользования включают удаление солей
(выщелачивание), контроля микроклимата
(охлаждение испарением во время чрезмерной жары
или защиты от замерзания), подготовка почвы к
посадке, проращивание семян, смягчение почвенной
корки при прорастании семян, и потребности растений
6
в воде, благоприятные для культур (ветрозащитные
полосы или покровные культуры для садов). Вода
также может быть использована для химигации. Когда
в расчет берется не только вода для ЕТ, используется
термин эффективность орошения ( Ei) для
обозначения эффективности подачи ирригационной
системой всей воды, полезно используемой для
производства урожая. Эффективность орошения
определяется как отношение полезно используемого
объема воды к объему поданной оросительной воды.
И выражается формулой:

screenshot_8

Потери воды, которые возникают в результате
чрезмерной глубокой фильтрации, поверхностного
стока, поглощения влаги сорняками, сноса ветром, и
испарения капель от спреевого дождевателя обычно
не рассматриваются как полезное водопотребление, и
поэтому уменьшают эффективность орошения. При
использовании эффективности орошения в качестве
показателя эффективности основной проблемой
является субъективность, возникающая при оценке
параметра полезного водопотребления. Некоторые
опытные поливальщики считают испарение капель от
спреевого дождевателя полезным водопотреблением,
поскольку испарение при дождевании охлаждает
лиственную крону и частично компенсируется
сокращением транспирации. Большинство
ирригационных систем в штате Небраска
используются преимущественно для удовлетворения
суммарного испарения куль ЕтТур, что позволяет
показателям эффективности полива (Ea) и
эффективности орошения (Ei) быть
взаимозоменяемыми. К другим факторам, влияющим
на полезное водопотребление и, таким образом, на
эффективность орошения, являются предписания
местных служб контроля в области использования и
охраны водных ресурсов и практикуемые фермерами
стратегии управления орошением.
Общая эффективность орошения (Eo)
представляет собой эффективность физической
системы операционных решений по водообеспечению
сельскохозяйственных культур из водного источника.
Она расчитывается путем умножения значения
эффективности водоподводящей системы на значение
эффективности полива:

Eo = (Ec × Ea) x 100 (5)
Eo = общая эффективность орошения (%)
Ec = эффективность водоподводящей системы
(десятичное )
Ea = эффективность полива (десятичное)

Эффективность полезного водопотребления ( Ee)
Повторное использование сточных вод
уменьшает количество воды, качаемой насосом из
источника, и увеличивает общую эффективность
орошения. Эффективность полезного
водопотребления (Ee) — это общая эффективность
орошения с корректировкой на объем воды
поверхностного стока и глубокую фильтрацию,
который используется повторно или
восстанавливается в водном источнике без ущерба
качеству воды. И выражается формулой:
Eo = (Ec × Ea) x 100 (5)
Eo = общая эффективность орошения (%)
Ec = эффективность водоподводящей системы
(десятичное )
Ea = эффективность полива (десятичное)
© Совет попечителей Университета Небраски. Все права защищены.
E (6) e = [Eo + (FR) × (1.0 – Eo)] x 100
FR= доля воды поверхностного стока, просачивания
и/или глубокой фильтрации, которая восстановлена
В некоторых районах, законодательство в области
использования и охраны водных ресурсов запрещает
допускать поверхностный водосток оросительной
воды, качаемой насосом из грунтовых вод. Поэтому у
производителей больше мотивации для повторного
полезного использования стока оросительной воды.
Фермеры, не имеющие системы повторного
использования, часто уменьшают поток воды в
бороздах для минимизации стока. Несмотря на то, что
такая техника может снизить объем стока, в итоге она
приводит к неравномерному распределению воды и
глубокой фильтрации. Другой способ уменьшить
объем стока и при этом улучшить распределение
воды, это орошение всплескиваемым потоком.
Блокировка одного конца борозды — еще один способ
сокращения стока. Потери воды от сноса ветром,
эвапорации и транспирации сорняками восстановить
невозможно.

Оценка равномерности полива
Все ирригационные системы подают воду
неравномерно в той или иной степени. Термин
эффективность работы ирригационной системы
описывался ранее и не имеет прямого отношения к
равномерности или неравномерности полива на
определенном поле. И все же, неравномерность
полива может существенно влиять на характеристики
орошения. Неравномерность полива приводит к тому,
что некоторые участки испытывают дефицит влаги, а
другие ее переизбыток. Выращиваемые культуры
могут испытывать водный стресс на участках с
дефицитом влаги и кислородный стресс на участках с
переизбытком влаги. Чрезмерный полив также может
привести к поверхностному стоку и/или
выщелачиванию питательных веществ ниже уровня
корневой зоны. Таким образом, на участках как с
дефицитом влаги, так и с ее избытком, будет
наблюдаться сокращение урожая. При благоприятных
климатических условиях, оптимальный рост культур и
урожайность достигаются при высокой
равномерности полива, при которой каждое растение
получает равные возможности для доступа к
оросительной воде и питательным веществам.
Равномерность полива зависит от многих
факторов, относящихся в способу орошения,
топографии, характеристикам почвы (инфильтрации),
давлению в ирригационной системе и скорости
потока воды. Неравномерность полива дождевальных
систем может быть вызвана рядом причин: (1)
неправильный выбор диаметра водопроводной трубы
(второстепенной-главной, коллекторов и
подводящего трубопровода), (2) слишком высокое
или низкое рабочее давление, (3) неправильный
выбор головки дождевателя и форсунок, (4)
неправильное перекрытие дождевателями площадей
орошения, (5) влияние ветра на равномерность
полива, (6) временной износ компонентов системы,
например, лопастей насоса, регуляторов давления или
форсунок, и (7) закупорка каналов форсунок.
Неравномерность поверхностного полива может
быть вызвана: (i) различиями в интервалах между
поливами, вызванными поступлением и спадом воды,
(ii) пространственной изменчивостью свойств
инфильтрации почвы, (iii) неравномерным уклоном
бород. Неравномерность микро-полива может быть
вызвана: (i) колебаниями давления, вызванными
сопротивлением трению при забивке труб и
топографическими особенностями почвы, (ii)
изменениями гигроскопических свойств эмиттеров
или точек выброса (от закупорки до других причин),
(iii) различиями в увлажнении грунта от точек
выброса, и (iv) различиями режимов внесения воды.
При любом методе орошения, неэффективное
управление может привести к неравномерности
полива.
В целом, расчет равномерности полива
складывается из косвенных показателей. Например,
предполагается что, равномерность воды,
впитываемой почвой, связана с водой, собранной в
емкости для сбора воды для дождевальных систем, со
временем стояния воды в борозде и скоростью
инфильтрации для систем с поверхностным поливом,
и с выбросом эмиттера для систем микро-орошения.
Общие показатели равномерности полива для
дождевальных, поверхностных и микро-
оросительных систем описаны в следующем разделе.
Коэффициент равномерности распределения
воды Кристиансена (Cu) для дождевальных систем
Коэффициент равномерности распределения
воды Кристиансена (Cu) обычно используется для
описания равномерности распределения воды в
отношении стационарных дождевальных систем
орошения и основан на объеме собранной воды (или
глубине):
Cu
= 100 [1 — (ΣXi — Xm) / ΣXi] (7)
= Коэффициент равномерности Кристиансена (%)
= средняя глубина воды всех емкостей для сбора
(дюйм)
= знак суммы — сложения всех измеренных глубин
(дюйм)
Метод измерения коэффициента Cu предполагает,
что каждая емкость представляет глубину,
примененную к равным участкам. Это не относится к
данным, собранным от круговых дождевальных систем,
когда емкости для сбора равно удаленны вдоль
радиальной линии от центра пивота к внешнему концу.
В отношении круговых дождевальных систем важно
скорректировать и оценить каждый показатель на
основании участка, который он представляет.
Скорректированный коэффициент равномерности
(Cu(a)) для круговых дождевальных систем
Скорректированный коэффициент
равномерности для круговых дождевальных систем
отражает средние значения (взвешенные по площади)
для емкостей для сбора, которые равномерно
размещены и, таким образом, представляют
неравнозначные участки земли:
Cu(a) = 100{1-[(ΣSiVi – (ΣViSi/ΣSi)Σ)/Σ(ViSi)]} (8)
© Совет попечителей Университета Небраски. Все права защищены.
Cu(a) = Скорректированный коэффициент
равномерности для круговых дождевальных систем (%)
Si = расстояние от пивота до равноудаленных
контейнеров для сбора ith (футы)
Vi =о бъем собранной воды в контейнере ith (дюйм)
Равномерность распределения одной четверти (DU)
для систем поверхностного орошения
Термин равномерность распределения чаще
используется для описания распределения
оросительной воды на поле при поверхностном
орошении, но также применим к дождевальным
системам орошения и системам микро-орошения.
Равномерность распределения одной четвертой (DU)
определяется как средняя глубина инфильтрации в
одной четверти поля, поделенная на среднюю глубину
инфильтрации всего поля. И выражается формулой:
D U = (Dlq / Dav) x 100 (9)
DU = равномерность распределения (%)
Dlq = средняя глубина инфильтрации в одной четверти
поля (дюйм)
Dav = средняя глубина инфильтрации всего поля (дюйм)
8
Обычно, показатель DU основан на измерении
после орошения глубины воды, которая фильтруется в
почву, поскольку так ее легче измерить и она лучше
отражает объем воды, доступный выращиваемым
культурам. Однако, при измерении после орошения
проникшей в почву воды для оценки показателя DU не
учитывается вода, которая впиталась выращиваемыми
культурами и испарилась, а также испарения воды из
почвы, возникающее до проведения измерений. Любая
вода, которая фильтруется ниже уровня корневой зоны
или глубины отбора проб также не будет взята в расчет.
Низкое значение показателя DU (<60%) указывает на
неравномерное распределение оросительной воды , а
высокое значение DU (<80%) указывает на
относительно равномерное распределение воды по
всему полю.
Равномерность эмиссии (EU) микро-оросительных
систем
Для систем микро-орошения (капельное
орошение, внутрипочвенного орошения, микроспреи),
оба показателя СU и DU не имеют практического
значения, поскольку поверхность почвы остается
сухой. Равномерность микро-оросительных систем
зависит от различия в скорости выброса эмиттеров.
Различия могут быть вызваны различиями в размере и
форме сопла, закупоркой сопла, топографическими
факторами, и гидравлическими характеристиками
ирригационной системы. Равномерность полива в
отношении микро-оросительных систем определяется
как равномерность эмиссии выраженная
эмпирической формулой:

bezyimyannyiy12

Определение показателя EU основано на
соотношении скорости выброса одной четвертой
эмиттеров к средней скорости выброса, и включает
влияние множества эмиттеров на одно растение, так
что скорость потока складывается из совокупности
различных скоростей потока, основанных на
различиях эмиттеров разных производителей.

Коэффициент заданной равномерности (CUd) для
систем микро-орошения
Другой параметр, наиболее часто используемый
для оценки равномерности распределения воды в
микро-орошении, — это коэффициент заданной
равномерности (CUd), основанный на отклонении
скорости выброса эмиттера от среднего значения:
C (11) Ud = [(1 – 0.798(Cvm)n-1/2)] x 100
CUd = коэффициент заданной равномерности (%)
Cvm = коэффициент равномерности производителя
= количество эмиттеров на одно растение
Оценка реакции культур на орошение
Рассматриваемые ранее параметры
эффективности работы ирригационных систем и
равномерности полива дают оценку инженерно-
технических и эксплуатационных аспектов
ирригационных систем. Для оценки реакции культур
на орошение используются различные параметры.
Три наиболее часто используемых параметра для
оценки реакции культур на орошение —
эффективность использования воды культурами,
эффективность использования оросительной воды,
эффективность использования воды.
Эффективность использования воды культурами
(CWUE)
Эффективность использования воды культурами
(CWUE) чаще всего используется для характеристики
эффективности орошения в отношении выхода
урожая (урожайности). Она выражается в
соотношении массы прибыли или биомассы,
произведенной на единицу оросительной воды,
использованной на ET. И выражается формулой:
CWUE = (Yi – Yd) / (ETi – ETd) (12)

bezyimyannyiy13

Из вышеизложенного определения,
эффективность использования воды культурами
имеет единицы продукции на единицу воды,
использованной в ET. Обычно используемые
единицы — тонны на акр-дюйм, фунты на акр-дюйм,
или бушели на акр-дюйм.

Эффективность использования оросительной воды
(IWUE)
Эффективность использования оросительной
воды (IWUE) используется для характеристики
урожайности по отношению к общей глубине
внесения воды при поливе. И выражается формулой:
IWUE = (Yi – Yd)/IRi (13)
IWUE = Эффективность использования оросительной
воды (бушель/акр-дюйм)
Yi
Yd
IRi
= масса прибыли орошаемых культур (бушель/
акр)
= масса прибыли эквавалентных неорошаемых
культур (бушель/акр)
= глубина внесения оросительной воды при
поливе (дюйм)
Показатель CWUE более точен при
количественной оценке эффективности систем
производства сельскохозяйственных культур, потому
что он отражает количество урожая, полученного из
количества использованной воды, а не исходя из
глубины внесения воды, как в случае с IWUE.
поскольку не вся оросительная вода, подаваемая на
поле, используется для удовлетворения потребности
суммарного испарения культур (ЕТ). Таким образом,
показатель IWUE не учитывает потери воды при
орошении и фактическое потребление воды
культурами.
Эффективность использования воды
Контрольный показатель эффективности
использования воды учитывает общее количество
воды, использованной для производства урожая. И
выражается формулой:
WUEb = Yi / (Pe + IR + ΔSW) (14)
WUEb = Контрольный показатель эффективности
использования воды
= урожайность при орошении (бушель/акр)
= эффективные осадки (дюйм)
= орошение (дюйм)
= изменение концентрации воды в почве в
корневой зоне в течение периода вегетации
(дюйм)
Знаменатель уравнения 14 — замещающий
показатель воды, использованной для производства
урожая. Он не учитывает потери на глубокую
фильтрацию, использование грунтовых вод, и
поверхностный сток. Опытные практики,
занимающиеся орошением, используют показатель
WUEb для определенных регионов и для выявления
различий между методами орошения, управления
орошением, или и того, и другого.
Краткое изложение
Эффективность орошения описывается различными
терминами, используемыми для измерения
эффективности внесения оросительной воды в поле и/
или ее использования выращиваемыми культурами.
Высокая эффективность орошения гарантирует более
низкие оперативные расходы, улучшенную
производительность на единицу поданной воды,
улучшенные экологическую выгоду и управление.
Неверное использование терминов эффективности
может привести к неправильному пониманию
эффективности работы ирригационной системы.
Именно поэтому важно, чтобы при оценке
ирригационных систем производители и специалисты
в области управления орошением выбирали
соответствующие параметры эффективности и
равномерности полива. Для увеличения
эффективности или равномерности полива объем
поданной на поле воды может быть скорректирован.
И тем не менее, эффективность в 100% не всегда
желательна и приемлема. Показатели эффективности
и равномерности, описанные в данной статье, могут
предоставить меры достижения более эффективного
управления орошением, что приведет к сохранению
водных ресурсов и защите экологического качества
орошаемого земледелия

References
Burt, C.M., A.J. Clemens, T.S. Strelkoff, K.H. Solomon,
R.D. Bliesner, L.A. Hardy, T.A. Howell, and D.E.
Eisenhauer. 1997. Irrigation Performance Measures:
Efficiency and Uniformity. J. Irrig. Drain. Eng.,
123(3):423-442.
Heermann, D.F., W.W. Wallender, and M.G. Bos. 1990.
Efficiency and Uniformity. In: Management of Farm
Irrigation Systems. Hoffman, G.J., Howell, T.A., Solomon,
K.H. (eds.). Am. Soc. Agric. Engrs., St. Joseph,
MI. p. 125-145.
Howell, T.A. 2003. Irrigation Efficiency. Encyclopedia of
Water Science. DOI: 10.1081/E-EWS120010252.
Smajstrla, A.G., B.J. Boman, G.A. Clark, D.Z. Haman,
D.S. Harrison, F.T. Izuno, D.J. Pitts, and F.S. Zazueta.
1991. Efficiencies of Florida Agricultural Irrigation
Systems. Bulletin 247, IFAS, Fla. Coop. Ext. Serv.,
University of Florida, Gainesville, Florida.
Schneider, A.D., and T.A. Howell. 1995. “Reducing
Sprinkler Water Losses.” In: Proc. Central Plains
Irrigation Short Course. Garden City, KS. Feb. 7-8,
1995. p. 60-63.
Yoder, R.E., and D.E. Eisenhauer. 2010. Irrigation System
Efficiency. In: D.R. Heldman and C.I. Moraru (eds).
Encyclopedia of Agricultural, Food, and Biological
Engineering . Second Edition, DOI: 10.1081/
E-EAFE2-120045939.
© Совет попечителей Университета Небраски. Все права защищены.
10 © Совет попечителей Университета Небраски. Все права защищены.
Yonts, C.D., W.L. Kranz, and D.L. Martin. 2007. Water
Loss from Above-Canopy and In-Canopy Sprinklers.
NebGuide G1328. University of Nebraska–Lincoln
Extension, Lincoln, Nebraska.
Настоящая публикация прошла экспертный анализ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code