02 monitoryng zroshennya

Irrigation and Field Soil Water Monitoring Орошение и мониторинг почвенных вод на полях

How Much Water to Apply? (Quantity) Сколько использовать воды (количество)?

Soil water measurement is useful in determining: • How much water is available for crop use • When to irrigate • How much irrigation water to apply Soil water measurement must be an integral part of any irrigation scheduling program. Soil water monitoring can help conserve water, conserve energy, and produce optimum crop yields. Измерение почвенных вод полезно для определения: •Сколько воды доступно для c/х культур •Когда производить орошение •Сколько использовать воды для орошения Измерение почвенных вод должно быть неотъемлемой частью любой программы по планированию орошения. Мониторинг почвенных вод может помочь сохранить воду, сэкономить энергию, и получать оптимальную урожайность.

Объемная плотность г/см3

Образец почвы берется с помощью трубы, которая имеет диаметр 2 см и высоту 10 см. Вес пересушенного образца почвы составляет 45,5 г. Какова объемная плотность? Объем = π r2 h = 3,14 (1 см)2 (10 см) = 31,4 см3 3 = 1,45 3 Объемная плотность = 45,5 г /см 31,4 см3г/см = 1,45 г/см3 Объемная плотность = 45,5 г / 31,4

Килограмм почвы/гектар = (объемная плотность в г/см3)(1500000) для 15 см почвы.

Килограмм почвы/гектар = г/см3 х 15 см х 1000 м2/дунам (турецкая единица измерения площади) х 10000 см2/м2 х 10 х дунам/гектар х кг/1000 г – объемная плотность х 1500000

Состояние почвенных вод – для растений

Насыщение – все поры заполнены водой. Емкость поля – содержание воды после внутрипочвенного дренажа становится чрезвычайно незначительным. Влажность устойчивого увядания – содержание воды, при котором растения не могут больше извлекать почвенную воду со скоростью, достаточной для соответствия запросу на испарение. Доступные для растения почвенные воды – разница между емкостью поля и PWP (влажность устойчивого увядания).

 Общее правило θFC = θS/2; θWP = θFC/2

График орошения: сколько воды и когда? i.

Почва - прямые измерения в корневой зоне – содержание почвенных вод, потенциал почвенных вод. ii. Растения – согласно измерениям фактического испарения – открытие устьиц (порометр, система теплового импульса). Согласно измерениям состояния растений (водный потенциал листа, температура воздуха листьев, измерения ствола, стебля или листьев). iii. Метеорология – потенциальное суммарное испарение с помощью бака класса А, или метеорологические данные – радиационный баланс, скорость ветра, тепловой поток почвы, температура сухого и влажного воздуха. Для растительного покрова умножьте ЕТр на коэффициент. Водный баланс (лизиметры). iv. Комбинации • комбинации методов могут привести к более успешному управлению орошением

•Soil water measurements

• • •

Measurement of soil moisture or water potential.

Calculation of AW for plants Trigger levels Измерения почвенных вод

•

Измерение влажности почвы или водного потенциала Расчет AW (доступной воды) для растений Пороговые уровни

• •

ВИЗУАЛЬНЫЙ ОСМОТР И ПРОБА НА ОЩУПЬ Визуальный осмотр и проба на ощупь почвы является, вероятно, наиболее универсальным методом для оросителей при использовании его в целях мониторинга почвенных вод. Рисунок 1: Почвенный зонд

Рисунок 4: Крупнозернистый состав – песчаные суглинки, суглинистые пески Доступная влага 0-25% Сухой, рыхлый, течет сквозь пальцы

Доступная влага 25-50% Выглядит сухим, не будет формировать катышки под давлением

Доступная влага 50-75% Будет формировать катышки под давлением, которые не будут удерживаться вместе даже при легком обращении.

Доступная влага 75-100% Формирует слабый катышек, легко ломающийся, который не будет «гладким».

Available Water Content Доступное содержание воды

AW=(MWP-WP)*BD*DP AW=Available water (m”m)

Доступная вода (м3)

MWP=Moisture weight perc(%)

Процент веса влаги (%)

WP=Wilting point(%)

Точка увядания (%)

BD=Bulk density(ton/m^3) Объемная плотность (тонн/м3) DP=Root system depth(m) Глубина корневой системы (м)

EX’ TO AVAILABLE WATER CONTENT Примеры для содержания доступной воды WP = 19 % BD = 1.5 TON/M^3 DP = 0.3 M’ MWP = 38 % AW=(38-19)*1.5*0.3

8.55 M”M

WP = 19% BD = 1,5 тонн/м3 DP = 0,3 м MWP = 38% AW = (38 - 19) * 1,5 * 0,3 = 8,55 м3

Размер

Глина

Суглинок

1,2 40 28

Глинистый суглинок 1,4 28 17

Объемная плотность (тонн/м3) Емкость поля (%) Влажность устойчивого увядания (%) Вес при средней влажности (%) = объем (%) Количество воды на глубине 30 см (м3)

Песок

1,5 20 10

Песчаный суглинок 1,6 13 6

12 14,4 43,2

11 15,4 46,2

10 15 45

7 11,2 33,2

4 6,4 19,2

1,6 6 2

*Climatic factors 1 Климатические факторы

*Potential evaporation =

The amount of water evaporated from an infinite platform of water in a certain time.

*Transpiration = The amount of water evaporated by a field in a certain time.

Потенциальное испарение = количество воды, испарившейся из бесконечной водной платформы за определенное время. Испарение = количество воды, испарившейся из поля за определенное время.

*Climatic factors 2

Климатические факторы 2 * Potential evaporation is determined by: * 1) radiation(season and clouds) * 2) temperature * 3) humidity * 4) wind- direction and speed Потенциальное испарение определяется следующими факторами: Излучением (сезон и облачность) Температурой Влажностью Ветром – направление и скорость

*Climatic factors 3

Климатические факторы 3

* Transpiration is determined by: * 1) potential evaporation * 2) plant cover of the field and characteristics of the crop.(tab coefficient)

* 3) availability of water in the soil.

*Испарение определяется следующими факторами: 1) Потенциальным испарением 2) Растительным покровом поля и характеристиками урожая (коэффициент измерителя) 3) Наличием воды в почве

Irrigation indicators/monitors Индикаторы / мониторы орошения

*Class A tab

Измеритель класса А

*120 c”m diameter. *25 c”m deep. *minimum amount of water ,200 liter. *No objects in a radius of 50 meter. *No weeds in a radius of 10 meter. *Диаметр 120 см *Глубина 25 см *Минимальное количество воды 200 литров *Отсутствие объектов в радиусе 50 м *Отсутствие сорняков в радиусе 10 м

Оценка стандартного суммарного испарения (ЕТо): Таблица 1. Среднее суммарное испарение (ЕТо), в мм за день, для зерновых культур, растущих в Урумчи, Китай.

Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Нояб. Дек.

0,3

-

Общий вид

1,8

6,2

7,2

11,5 11

11

7,8

2,3

0,9

Бак класса А для измерения испарения

-

Бак класса А для измерения испарения

Потенциальный ET (суммарное испарение)

График орошения. Коэффициенты орошения томатов

Daily evaporation=7.2 m”m

Дневное испарение – 7,2 м3 Irrigation Coefficient of table tomato = 0.6

Коэффициент орошения томатов = 0,6 Irrigation interval=7 days

Интервал орошения = 7 дней DOSE=7.2*0.6*7=30.2 M”M

Доза = 7,2 * 0,6 * 7 = 30,2 м3 30.2 cube meter for 0.1 hec

30,2 кубических метра для 0,1 га.

Urumiqi, Xingiang, China

Average daily evaporation and monthly rainfall 11 10

50

Evaporation Rainfall

45

40

Испарение, мм/день

9

35

8

7

30

6

25

5

20

4

15

3

10

2

1

5

0

0

Jan Feb Mar Apr May Jun July Aug Sep Oct Nov Dec

•bell

Осадки, мм/месяц

12

•Estimation of reference evapotranspiration (ETo): •Table 1. Mean evapotranspiration (ETo), in mm per day, for crops •growing in Urumiqi, China.

Оценка стандартного суммарного испарения (ЕТо): Таблица 1. Среднее суммарное испарение (ЕТо), в мм за день, для зерновых культур, растущих в Урумчи, Китай •Янв. Фев. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Ноябрь Дек.

• 0.3

-

1.8

6.2

7.2

11.5 11

11

7.8

2.3

0.9

-

Комбинированный метод Пенмана: Испарение из насыщенных поверхностей Полуэмпирическое выражение для объемного испарения из насыщенной поверхности Необходимые измерения (компоненты ЕТ) Излучение Давление паров воды (относительная влажность) Температура Скорость ветра (на одной высоте – 2 м над поверхностью испарения) Испарение из открытого бака (эмпирический метод) При местной адвекции (горизонтальном перемещении воздуха) не важно, имеют ли величины испарения из бака и ЕТр хорошее согласование между собой.

FAO 56-Penman-Monteith Equation (for hypothetical reference grass) Уравнение Пенмана-Монтейта (для гипотетической стандартной растительности) 900 0.408( Rn  G )   u2 (es  ea ) T  273 ET0     (1  0.34u2 )

ET0 Rn G T u2 es , ea es-ea 

 •50

стандартное суммарное испарение (мм/день) радиационный баланс (MJ m-2 day-1) плотность теплового потока почвы (MJ m-2 day-1) среднедневная температура воздуха на высоте 2 м (C)

скорость ветра на высоте 2 м (m s-1) насыщение и фактическое давление паров (kPa) дефицит давления паров, VPD (kPa) наклон кривой давления паров (kPa C-1) психрометрическая постоянная (kPa C-1)

•Meteorology station Метеорологическая станция

Methods for estimating actual or potential evapotranspiration 1. Water balance ET = W + P + I – Dr – RO P precipitation, I irrigation, Dr drainage and deep percolation, RO run off, W change in soil water storage Lysimeters 2. Energy balance Components of evapotranspiration (factors involved in ET) Radiation, Temperature, Humidity, Wind Методы оценки фактического и потенциального суммарного испарения 1 Водный баланс ЕТ = ΔW + P + I – Dr – RO P – осадки, I – орошение, Dr – дренаж и глубинная фильтрация, RO – утечка, ΔW – изменение запаса почвенных вод Лизиметры 2 Энергетический баланс Компоненты суммарного испарения (факторы, участвующие в ЕТ) Излучение, температура, влажность, ветер

•Plant based methods for irrigation scheduling • • • • •

stomata opening. porometer. heat pulse. Xylem flow measurement. leaf water potential leaf-air temperature trunk stem or leaf size measurements.

Методы, основанные на параметрах растений, для планирования орошения • • • • •

открытие устьиц, порометр тепловой импульс. Измерение ксилема у растений (потока, транспортирующего влагу в растениях) водный потенциал листа температура воздуха листа измерения размера стебля или листьев

*

Частота орошения: Требование к диапазону кумулятивного орошения, допускаемого между поливами, и не вызывающего водный стресс у растений. Структура почвы

Требование* кумулятивного орошения, допускаемого между поливами (мм)

Песок

5,0 – 7,5

Песчаный суглинок

7,5 – 12,7

Пылевой суглинок

12,7 – 17,7

Глинистый суглинок

12,7 – 15,2

Глина

12,7 – 15,2

* ETo x коэффициент урожайности

‫‪•tan‬‬

‫מאלי •‬ ‫טנסנומ‬ ‫טר ‪2‬‬ ‫‪2003.‬‬ ‫‪ppt‬‬

Коэффициенты орошения фруктовых деревьев

Радиационный баланс Энергетический баланс

Рисунок 3-3: Схематическое представление компонентов радиационного баланса и энергетического баланса

H + Rn + G + LET = 0 H – ощутимый тепловой поток (энергия, используемая для нагрева воздуха) G - тепловой поток почвы (энергия, используемая для нагрева почвы) L – скрытая теплота парообразования; 2,45  109 (Дж/м3) ЕТ – суммарное испарение (м/сек) H, G, LET измеряются в (Вт/м2)

* PRESSURE(P) = force/area * 1 Atmosphere = 10 m head of water * = 1 k”g/ c”m^2 * DISTARGE(Q) = volume(m^3)/time(h) * VELOCITY(V) = volume(m^3) /(time(h)*area(m^3)) = distant(m) * area(m^2)

ДАВЛЕНИЕ (Р) = сила / площадь 1 атмосфера = 10 м высоты напора воды = 1 кг/см2 СПУСК = объем (м3) / время (час) СКОРОСТЬ (V) = объем (м3) / (время (час) * площадь (м2)) = расстояние (м) * площадь (м2)

ЕТо (накопительный с момента последнего орошения, в мм) х коэффициент урожайности для этого периода сезона роста = требование к орошению (в мм). Таблица 2.1: Оценочные коэффициенты урожайности (Кcrop) выбранных овощных культур на различных стадиях развития культур (Doorenbos & Kassam, 1979). Сельскохозяйственная культура Бобы, зеленые

Посадка

Вегетативн ая стадия

Завязывани е плода

Созреван ие

Сбор урожая

0,3 – 0,4

0,65 – 0,75

0,95 – 1,05

0,9 – 0,95

0,85 – 0,95

Капуста

0,4 – 0,5

0,7 – 0,8

0,95 – 1,1

0,9 – 0,95

Кукуруза, сладкая

0,3 – 0,5

0,7 – 0,9

1,05 – 1,2

1,0 – 1,15

Общий период роста 0,85 – 0,9 0,7 – 0,8

0,8 – 0,95 0,4 – 0,6

0,7 – 0,8

0,95 – 1,1

0,85 – 0,9

Лук, сухой 0,4 – 0,6

0,6 – 0,75

0,95 – 1,05

0,4 – 0,5

0,7 – 0,85

1,05 – 1,2

Лук, зеленый Горох 0,4 – 0,5

0,6 – 0,75

0,4 – 0,5

0,7 – 0,8 0,7 – 0,8

1,0 – 1,15

0,95 – 1,05

1,0 – 1,15

0,95 – 1,1

0,8 – 0,95

0,95 – 1,1

0,65 – 0,8 0,8 – 0,95 0,7 – 0,8

1,05 – 1,25

Томаты 0,4 – 0,5

0,95 – 1,05

0,8 – 0,9 0,75 – 0,95

0,95 – 1,2

Перец

Арбуз

0,8 – 0,95 0,95 – 1,1

0,75 – 0,9

0,95 – 1,05

0,75 – 0,85 0,9 – 0,95

0,6 – 0,65 0,65 – 0,75

Доступная влага 0-25% Легко крошится, склонен сцепляться вместе под давлением руки

Доступная влага 25-50% Несколько рассыпчатый, будет сцепляться вместе под давлением руки

Доступная влага 50-75% Легко формирует «катышки», будет «гладким» при малом давлении

Доступная влага 75-100% Легко формирует «катышки», довольно рыхлый, легко становится «гладким»

Рисунок 2: Среднезернистый состав – суглинки и пылеватые суглинки

Доступная влага 0-25% Легко крошится, будет держаться вместе, но «катышки» образуются с трудом и легко ломаются Доступная влага 50-75% Легко формирует «катышки», образует «ленту» между большим и указательным пальцами

Доступная влага 25-50% Не крошится, легко формируется, будет образовывать «катышки» под давлением Доступная влага 75-100% Легко образует «ленты». Создает «гладкое» ощущение

Рисунок 3: Умеренно мелкозернистый состав – глинистые суглинки и заиленные глинистые суглинки

A.W .  D   f .c.   w. p.  c •A.W. – available water (mm) доступная вода •D - soil depth (mm).

глубина почвы

f.c.- field capacity.

емкость поля.

w.p.- wilting point.

влажность устойчивого увядания

•C – coefficient

коэффициент

Days till next irrigation: Дни до следующего орошения

A.W .  ETp  K c 