При організації зрошення для кожного типу грунтів та виду рослин і фази їх розвитку  розраховуються норми і строки поливів. Для цього існує декілька методів.                                 

Графічний метод. Розрахований режим зрошення встановлюють за допустимим вміщенням вологи у грунті. З цією метою будуються три криві допустимих запасів води: максимальна, що  відповідає найменшій вологомісткості грунту -  WHB ; середня - вологості розриву капілярів - WPK (тобто нижньої межі оптимальних вологозапасів); мінімальна - вологості  в’янення - WВВ. Кожна з цих кривих залежить від потужності розрахункового шару грунту. Різниця між цими запасами визначає  найбільшу поливну норму у будь-який час вегетаційного періоду в залежності від водоутримувальних властивостей шару грунту. При цьому інтервал вологозапасів грунту між WHB та  WPK  відповідає оптимальному зволоженню грунту, яке забезпечує максимальний врожай. Розрахований інтервал, що дозволяє зменшення вологозапасів від WHB до WВВ,  використовують при визначенні режиму зрошення в умовах недостатніх водних ресурсів, коли застосовуються «скорочені» поливи. У таких випадках норми і строки зрошення визначаються графічною побудовою на тому ж графіку кривих зміни вологості у розрахунковому шарі грунту під сільськогосподарською культурою (рис. 9.13).

Такі графіки будуються за результатами водно-балансових спостережень.

 

У практиці зрошуваного землеробства розробляються графіки поливів усіх культур, які входять до сівообороту. Графік поливів, побудований для площі 1 га, називають питомим графіком поливів або графіком гідромодуля ( рис.9.13)чисельні значення ординат гідромодуля  q  визначаються з формули:

 

 

                           q  =  a_k  N / 86,4 t                                            (9.57)

 

де  а_к - доля площі, що зайнята культурою у сівозміні;          

N - поливна норма, м³/га;

t - період, впродовж якого проводять полив культури  (від 3 до 15 діб ).

 

Гідромодулем нназивають питому витрату води в літрах за секунду (л/сек) на 1 га зрошуваної  площі сівозміни.

Після встановлення розрахункового режиму зрошення для кожної культури сівозміни та визначення ординат m_i - будують графік гідромодуля (рис.9.13). Для його побудови на осі ординат відкладаються гідромодулі, а на осі абсцис - час; в дні збігу поливів різних культур частинні гідромодулі накладаються один на другий. Ординати на цьому графіку  відповідають даного поливу, абсциса - його тривалості, площа - нормі поливу, віднесеної до 1 га поливної площі.

                                

 

 

Рисунок 9.13 – Графічний метод визначення норм та строків поливів:

1, 2, 3 – криві верхньої  W_НВ та нижньої W_РК границі діапазонів оптимальних запасів вологи в ґрунті та вологості в′янення W_З; 4 – криві зміни запасів  вологи в ґрунті за оптимального режиму поливу;

5, 6 – ті  самі поливи відповідно рідкими, але частими дозами.

 

При цьому дотримуються таких вимог:

1) кількість води, призначеної для поливу даної культури, не змінюють, тобто q₁t₁=q₂t₂, де q₁t₁ та q₂t₂ - ординати гідромодуля та поливний період до і після укомплектування;

2) графік комплектується на основі змінювання тривалості поливу

та строків їх проведення;                                                      

3) інтервали між середніми датами двох сусідніх поливів однієї і тієї самої культури ( період між поливами) могла змінювати не більше ніж на 3 доби.

У результаті укомплектування графіка гідромодуля підвищується зрошувальна можливість джерела зрошення, зменшуються розрахункові максимальні витрати, поліпшується робота зрошування в часі.

Агрогідрологічний метод. В основу агро гідрологічного методу роз-рахунку оптимальних строків  та норм поливів, розробленого Л.О.Разу-мовою та Н.Б.Мещаніновою, покладено сучасну теорію пересування вологи у ґрунті та її  доступності для рослин, а також закономірності витрат води понад вологість  в’янення і розриву капілярів.

 

С.О. Веріго встановлено, що найбільш рухлива, а тому й найбільш споживана рослинами, волога, яка утримується в ґрунті понад вологістю розриву капілярів. Якщо зволоження ґрунту сягає цієї межі, то рух вологи під впливом капілярних сил закінчується  і рослини відчувають спочатку незначну, а далі все більшу нестачу вологи. Тому при організації зрошення слід не доводити вміст вологи у ґрунті до межі менше вологості розриву капілярів. Ця межа відповідає 70% найменшої волого місткості. Тільки у період дозрівання зерна це значення межі зволоження не повинно бути вище 40 мм.

 

Зміна запасів продуктивної вологи на зрошуваних полях, а отже, і настання дат чергового поливу, розраховуються за рівняннями виду:

 

                             Dy  =  a w₁ + b t + cr  + l ,                                   (9.58)

 

де Dy - зміна запасів продуктивної вологи у зрошуваному шарі       

            (мм/доба);

 

Це загальний вигляд рівняння. На підставі багаторічних досліджень рівняння розраховуються для кожної культури і типу грунтів та кожного межфазного періоду.

Слід за­зна­чи­ти, що при ви­зна­чен­ні норм чер­го­вих по­ли­вів для куль­тур, які ви­ро­щу­ють­ся на ле­г­ких гру­н­тах, за вер­х­ню ме­жу зво­ло­жен­ня при­йма­ють зна­чен­ня за­па­сів во­ло­ги в гру­н­ті, які на 30-40 мм пе­ре­ви­щу­ють зна­чен­ня най­меншої во­ло­го­місткості. Но­р­ми по­ли­вів роз­ра­хо­ву­ють­ся окре­мо для рі­з­них ви­дів по­ли­вів.

На зрошуваних землях збільшується виробництво зернових культур, рису, овочевих. Збільшення зрошуваних земель вимагає надійних методів розрахунку зрошуваних норм, кількості поливів за вегетаційний період та норм  та термінів одного поливу.

Агрометеорологічні розрахунки оптимальних режимів зрошення дозволяють враховувати закономірності витрат води із зрошуваних полів у різні моменти розвитку сільськогосподарських культур за різних умов погоди та різного стану зволоження ґрунту.

На разі на мережі гідрометеорологічного обслуговування розраховуються  три види  зрошення:

1)                прогноз вологозарядкових поливів озимих зернових культур;

2)                прогноз оптимальних зрошувальних норм на вегетаційний період основних зернових культур (озима та яра пшениця, кукурудза);

3)                прогнози оптимальних строків та норм поливу зернових культур, картоплі та цукрових буряків, овочевих культур.

Метод прогнозу вологозарядкових поливів озимих культур. У районах недостатнього зволоження на момент сівби озимих культур у деякі роки запаси вологи у орному шарі ґрунту або занадто малі, щоб забезпечити проростання насіння, або зовсім відсутні. Тому тут необхідне зрошення.

Прогноз вологозарядкових поливів під озимі культури складається за один-півтора місяці до сівби і в ньому розраховується очікувані норми та строки поливів.

Норма вологозарядкових поливів (N) розраховується як різниця між найменшою вологомісткістю промочуваного шару ґрунту (W_o)і запасами продуктивної вологи, які спостерігалися у шарі ґрунту перед початком поливу (W₁):

                                                (9.59)

 

Найменша волого місткість визначається за даними фактичних спостережень, які проводяться на агрометеорологічних станціях кожні п’ять років. Якщо такі спостереження не проводились, то вологомісткість метрового шару тяжких ґрунтів (глинистих та суглинків) приймається рівною 170 – 180 мм продуктивної вологи, легких ґрунтів (супіщаних та легких суглинків) – 150 – 160 мм.

Дати оптимальних та надто пізніх термінів сівби озимих культур, а рівно і оптимальних та надто пізніх вологозарядкових поливів, визначаються за рівнянням:

                                                      (9.60)

 

де N – тривалість періоду від дати сівби до наступу оптимального (три-чотири пагони) або задовільного (один пагін) кущіння озимих, дні;

А – сума ефективних температур, що необхідна від сівби до оптимального або задовільного кущіння, ^оС;

t – середня за добу температура повітря за ті ж періоди, ^оС.

Так як вологозарядкові поливи забезпечують добре зволоження ґрунту, то при розрахунках N використовуються константи О.О. Шіголєва. Сума ефективних температур (А), що необхідна  від сівби  до появи першого пагону кущіння для жита становить 119^о С, для пшениці – 134^о С; для періоду від сівби до появитретього пагону сума становить 200^о С.

Для забезпечення доброї сівби необхідно, щоб між вологозарядковим поливом та початком сівби пройшло 5 – 10 днів, щоб ґрунт встиг звільнитися від зайвої води, підсохнути зверху і бути готовим для проведення посівних робіт.

Вологість ґрунту перед початком вологозарядкового поливу визначається інструментально, або розраховується за рівняннями, приведеними у табл. 9.7. та 9.8.

Якщо поля, де повинні проводитись вологозарядкові поливи, були зайняті зерновими культурами (наприклад під ярою пшеницею), або під травами, то для розрахунків очікуваних запасів вологи у ґрунті до дозрівання та збирання цих культур використовується рівняння, як відповідають періоду розвитку.

        Якщо ж поля знаходились під пізніми ярими пропашними культурами (наприклад під кукурудзою), то до моменту їх збирання використовуються рівняння  в залежності від фази розвитку.

Після розрахунку очікуваних запасів продуктивної вологи у метровому шарі ґрунту, визначається норма вологозарядкового поливу, яку необхідно дати на поле, щоб промочити ґрунт не менше ніж на один метр. При необхідності можна розрахувати норму вологозарядкового поливу для промочування шару ґрунту до 2 м.

 

Таблиця 9.7. – Зміна запасів продуктивної вологи у метровому шарі ґрунту на кінець декади (у) в залежності від запасів вологи на початок декади (W₁), середньої температури за декаду (t), та суми опадів за декаду (х) при вирощуванні зернових культур у богарних умовах

 

Період вегетації	Рівняння зв’язку
Після збирання ярих культур	У = - 0,076W1– 0,36t + 0,74x + 1,3
Чистий пар	У = - 0,063W1 – 0,79t + 0,67x +13,0
Формування зерна ярих культур	У= - 0,229W1 – 1,72t + 1,08x + 23,3

 

Після визначення запасів вологи розраховується зрошувальна норма волого зарядового поливу.

 

Таблиця 9.8 – Залежність запасів продуктивної вологи у метровому шарі ґрунту на кінець декади (у) від запасів вологи на кінець попередньої декади (W₁), температури повітря за декаду (t), суми опадів за декаду (х). При вирощуванні кукурудзи у богарних умовах

 

Період вегетації	Рівняння зв’язку
Від викидання волоті до молочної стиглості	У= 0,74W1 – 3,06t + 0,57x + 60,0
Від молочної до повної стиглості	У = 0,76W1 – 0,66t + 0,62x +9,0

 

Метод розрахунку норм зрошення зернових культур на вегетаційний період. Розрахунок норм зрошення озимої пшениці виконується восени, перед сівбою і потім уточнюється. Розрахунки  норм зрошення ярих культур складаються ранньої весни після першого визначення запасів продуктивної вологи.

Зрошувані норми (N) на вегетаційний період розраховуються як різниця між сумарними витратами води (Q), які забезпечують отримання урожаю певної величини та сумарними витратами води (Q₁) у природних умовах:

 

                                                   (9.61)

 

Сумарні витрати води (Q) у природних умовах визначаються як кількість води, що використовувалась рослинами з метрового шару ґрунту за період сівба – воскова стиглість (W₁ – W₂) плюс опади, які випали за цей час (Х):

                                      (9.62)

 

Метод засновано на залежності врожаїв зернових культур від таких факторів: сумарних витрат води за вегетаційний період (рис.9. 14).

При розрахунках оптимальних норм зрошення за максимально високий врожай зернових культур приймається середній із максимальних урожаїв, які отримані за високої агротехніки, відсутності засолення ґрунтів та глибокого залягання ґрунтових вод.

Як видно з рис. 9.14 для отримання високих врожаїв необхідно для ярої пшениці на тяжких ґрунтах 420 мм води, на легких – 460 мм; для кукурудзи на тяжких ґрунтах – 475 мм води, для озимої пшениці на півдні України – 500 мм води.

На момент розрахунків норм зрошення фактично відомі тільки запаси продуктивної вологи та середні багаторічні суми опадів за вегетаційний період. Сума опадів поточного року визначається внесенням поправки до середньої багаторічної суми за синоптичним прогнозом погоди.

Таким чином, норми зрошення (N₁) на вегетаційний період розраховуються:

 

N₁ = N_o – (W₁ – W_o) – (X₁ – X_o)                        (9.63)

 

де N_o – середня багаторічна норма зрошення, що необхідна для отримання певного врожаю;

W₁ – запаси продуктивної вологи навесні;

W_o – середні багаторічні запаси продуктивної вологи навесні;

Х₁ – сума опадів, що очікується від сівби до  воскової стиглості;

Х_о – середня багаторічна сума опадів.

 

 

 

   Рис.9.14 – Залежність врожаю ярої пшениці (а) і кукурудзи (б) (у) від споживання вологи за вегетаційний період (х).

 

        Розраховані норми зрошення є найбільш  імовірними, бо розраховані за середніми багаторічними даними. Разом з тим можна також розрахувати норми зрошення будь якої забезпеченості, тобто, прогнозувати потребу сільськогосподарських культур у воді у різні роки (як у сухі так і у вологі).

Розрахунок оптимальних термінів та норм поливів основних зернових культур. Метод розрахунку оптимальних термінів та норм поливів засновується на сучасній теорії пересування вологи у ґрунті і її доступності рослинам, а також на виявлених закономірностях витрат води із зрошуваних полів за різних умов погоди.

Встановлено, що найбільш рухливою та доступною рослинам є волога, що знаходиться у ґрунті поверх розриву капілярів. Якщо вологість у ґрунті досягає цієї межі, то рух води під дією капілярних сил закінчується і рослини починають зазнавати нестачу вологи.

За даними більшості дослідників межа, за якої рослини зазнають нестачу води становить приблизно 70 % найменшої вологомісткості. Винятком є тільки період дозрівання зерна, коли для запобігання пошкодженню насіння грибковими хворобами та забезпечення своєчасного висихання зерна на кінець воскової стиглості, запаси вологи у ґрунті у метровому шарі  не повинні перевищувати 40 мм.

Зміна запасів продуктивної вологи на зрошуваних землях (у) розраховується в залежності від запасів вологи на початок періоду розрахунку (W₁), середньої температури повітря (t) та суми опадів (х) за рівнянням вигляду:

 

                                  (9.64)

 

Для багатьох сільськогосподарських культур розрахунок запасів продуктивної вологи на зрошуваних полях виконується за рівняннями з визначеними літерними коефіцієнтами (табл. 9.9), що отримані для різних

типів ґрунтів та різних міжфазних періодів розвитку. Ці рівняння отримані внаслідок експериментальних досліджень багатьох авторів.

Норма кожного поливу розраховується як різниця між верхньою (значення НВ) та нижньою (70 % НВ) межею. При цьому також враховується глибина промочування ґрунту, яка залежить від глибини проникання коріння рослин. Найчастіше це шар 0 – 100 см.

Враховуючи це, для зернових культур при складанні прогнозу оптимальних строків та норм поливів користуються положеннями:

– дата та норма поливу встановлюється в залежності від глибини промочування ґрунту;

– за верхню межу зволоження для тяжких ґрунтів приймається значення найменшої волого місткості у мм продуктивної вологи; для легких ґрунтів – найменша волого місткість збільшується на 30 – 40 мм;

– нижньою межею зволоження вважається величина 70 % НВ;

 – витрати вологи із зрошуваних полів досить інтенсивні і залежать від запасів вологи у ґрунті на початок розрахунку та умов погоди, тому запаси вологи розраховуються не за декадами, а за п’ятиденками і дата поливу розраховується з точністю до однієї доби.

Таблиця 9.9 – Зміна запасів продуктивної вологи на зрошуваних полях в залежності від початкових запасів вологи (W₁₎, середньої температури повітря (t) та суми опадів за декаду (х)

 

Період вегетації	Шар ґрунту, см	Рівняння зв’язку
Яра пшениця, легкі ґрунти
Сівба – вихід у трубку	0–20	У=-0,052W1-0,11t + 0,133x + 1,893
	0–50	У = -0,063W1-0,16t + 0,37x + 3,80
	0–100	У =-0,04W1-0,07t + 0,56x + 2.77
Вихід у трубку –молочна стиглість	0–50 0–100	У = -0,07W1-0,27t + 0,44x +5,27 У =-0,07W1-0,42t + 0,58x + 9,09
Молочна стиглість – воскова стиглість	0–50 0–100	У =-0,04W1-0,10t + 0,44x + 1,76 У=-0,04W1-0,08t + 0,53x + 1,47
Важкі ґрунти
Сівба – вихід у трубку	0–20 0–50 0–100	У = -0,03W1-0,06t + 0,20x + 0,84 У = -0,03W1-0,11t + 0,41x – 1,99 У = -0,02W1-0,04t + 0,01x + 1,11
Вихід у трубку –молочна стиглість	0–50 0–100	У =-0,05W1-0,02t +0,71x +0,04 У =-0,03W1-0,13t + 0,01x + 1,27
Молочна стиглість-воскова стиглість	0–50 0–100	У =-0,04W1-0,14t + 0,56x + 2,71 У= -0,04W1-0,18t + 0,85x + 3,69
Озима пшениця
Сівба – 3-тій листок	0–20 0–50	У=-0,44W1-0,006t + 0,25x + 0,97 У =-0,02W1-0,02t + 0,42x + 0,57
3-тій лист – кущіння	0–20 0–50	У =-0,03W1-0,04t + 0,41x + 0,76 У=-0,02W1-0,07t + 0,77x + 0,91
Відновлення вегетації – вихід у трубку	0–50 0–100	У= -0,03W1-0,08t + 0,36x + 1,38 У= -0,02W1-0,12t + 0,61x + 1,90
Вихід у трубку – колосіння	0–50 0–100	У= -0,03W1-0,16t + 0,39x + 1,92 У= -0,03W1-0,24t + 0,50x = 3,86
Колосіння – молочна стиглість	0–50	У= -0,05W1-0,14t + 0.75х + 2,35
Кукурудза, легкі ґрунти
Сівба – початок росту стебла	0–20 0–50	У=-0,53W1-0,06t + 0,18x + 1,47 У=-0,06W1-0,07t + 0,92x + 1,36
Початок росту стебла – цвітіння	0–50 0–100	У= -0,06W1-0,17t + 0,33x + 4,2 У=-0,06W1-0,21t + 0,41x + 5,7
Цвітіння – воскова стиглість	0–50 0–100	У=-0,05W1-0,12t + 0,35x + 2,5 У=-0,04W1-0,02t + 0,26x + 0,4

 

– нижньою межею зволоження вважається величина 70 % НВ;

– витрати вологи із зрошуваних полів досить інтенсивні і залежать від запасів вологи у ґрунті на початок розрахунку та умов погоди, тому запаси вологи розраховуються не за декадами, а за п’ятиденками і дата поливу розраховується з точністю до однієї доби.

Необхідні для розрахунків відомості на момент складання прогнозу отримують із інформації агро- та гідрометеорологічних станцій. Температура повітря та опади визначаються із синоптичного прогнозу погоди, або з агрокіматичних довідників.