Способ определения потенциальной урожайности естественных травостоев заливного луга Советский патент 1991 года по МПК A01G7/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к луговому кормопроизводству, и может быть использовано для определения урожайности естественных травостоев заливных лугов.

На фиг. 1 - 3 представлены зависимости местоположения различных луговых участков от характера формирования поймы.

Известно, что наилок, выпавший на заливной луг во время стояния паводковых вод, существенно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур.

В год, предшествующий исследуемому, с помощью нивелира определяют высоту h каждого конкретного участка луга над меженью реки, являющегося объектом исследования. Исходной (нулевой) точкой берут уровень меженных вод.

В год исследования, во время весеннего паводка, с помощью реперов и измерительной рейки проводят определение максимальной высоты Н паводковых вод над меженью реки.

Сопоставляя полученные показатели высоты Н и h для каждого участка, находят высоту уровня паводковых вод Н - h над каждым конкретным участком луга.

Для получения возможности использовать изобретение для любой реки и упрощения математических расчетов высоту стоянки паводковых вод Н и ширину поймы L делят на 5 равных отрезков, которые выражают как: 1.0Н; 0,8Н; 0.6Н; 0,4Н; 0,2Н и 1,OL; 0,8L; 0,6L; 0,4L; 0.2L соответственно.

Тогда ширина поймы рек, равная 3000 - 2400 м, составляет 1 ,OL; 2400 - 1800 м 0.8L; 1800 - 1200 м 0.6L; 1200 - 600 м 0.4L; 600-Ow 0,2L

Высота паводковых вод, равная 20 - 16м 1,ОН; 16- 12м 0,8Н; 12-8м 0,6Н; 8 - 4 м 0,4Н; 4 - 0 м 0.2Н.

Для учета распределения наилка в воде в зависимости от высоты паводковых вод

СП

с

о

Јь

о ел

N3 О

над меженью реки и отдаленности участка от кромки берега реки разрабатывают таблицу содержания массы наилка в единице объема p(L,H - h) в долях от максимального значения р(Ьмакс.Нмакс) (табл.1) и процентного распределения наилка по фракциям в единице объема в зависимости от удаления конкретного участка от русла реки и высоты паводковых вод, т.е. (L,H - h) (табл.2).

Далее, используя приведенную ниже математическую модель процесса осаждения наилка и данные табл. 1 и 2, определяют скорость выпадения наилка V(a) из единицы объема в единицу времени на единицу площади с характеристиками удаления от русла L и высоты паводковых вод H - h.

Распределение массы-наилка в паводковых водах p(L, H) показано в табл,1. Табл.1 и 2 поясняются чертежами. Математическая модель процесса осаждения из паводковых вод органических и минеральных веществ (наилка). Обозначения:

j. 1,2,3,4 - номер фракции (под фракцией понимаются группы осаждающихся частиц следующих диаметров соответственно, мм: 1,0 - 0,2; 0,2 - 0,05; 0,05 - 0,01; 0,01- 0,001;

aj,i - максимальный диаметр частиц в j-ой фракции, мм;

aj.o минимальный диаметр частиц в j-ой фракции, мм;

kj - доля частиц j-ой фракции в единице объема, %;

k - доля частиц всех фракций в единице объема, %;

С(а) - нормированное количество частиц диаметром j-ой фракции в единице объема, %;

PJ - масса частиц j-ой фракции в единице объема, т/м3;

Р - масса частиц всех фракций в единице объема, т/м3;

V(a) - скорость осаждения частиц диаметром, равным, а, м/с;

mj - масса вещества j-ой фракции, выпадающая в единицу времени на единицу площади из единицы объема, т/м2/с;

m - масса вещества всех фракций, выпадающая в единицу времени на единицу площади из единицы объема, т/га/с;

р - плотность вещества (наилка), т/м3; rj - вязкость жидкости, т/м2с; р - плотность жидкости, т/м ; g - ускорение свободного падения, м/с2. Полагают, что в единице объема перемешивание жидкости равномерное ввиду незначительности объема. Размеры осаждающихся частиц позволяют рассматривать

процесс осаждения при малых числах Рей- нольдса (Re « 1).

Распределение частиц по диаметрам в единице объема J-ой фракции полагают рав- номерным и р2йьым

cj (а )

1

&1,1 а., о

kjk.

10 Масса частиц j-ой фракции в единице объема выражается формулой

Ч-1 cj

aj.o

(a)-pda.

Масса частиц всех фракций в единице объема соответственно равна

20

Р ,.

Величина Р известна. Учитывая, что процесс осаждения протекает при малых 25 числах Рейнольдса, скорость V рассчитывают по формуле Стокса:

30

v-§.ifl/l..

Тогда

mj

81 , 1j, d 3

J cj(a)-/9Vda.

aj .0

Масса вещества всех фракций, выпадающая в единицу времени на единицу площади из единицы объема, равна:

|.

m 2, Щ j 1

45 Вычисляя интеграл для PJ, получают:

Р -ЛРk ki (af, 1 -aj4, о) J 24 (aj.i-aj.o)

50

и, следовательно,

P-tPl-ffit №Г-$:1 1 1/ч j 1 V ai 1 at . О )

}

Из последнего соотношения вычисляем 24 Р

величину k:

К 1--TJ-J--.

„A (af.i-af.,) % (ai.i-aj.o) k

Подставляя в интегральное выражение для mj значение Cj(a) и V и вычислив интеграл, получают:

$Pg(p-p )

J 1

1 (aj.i-aj.oT

J 1

27

. (afi-af.o) . ± aj.i-aj.o j 27

Далее, суммируя по j, вычисляют массу вещества всех фракций, выпадающих в единицу времени из единицы объема на единичную площадь:

Ј4 Рд(р-р )

т -- rv, у-- ....У .,- v

m - 2, mJ - 97яХ

f. 1 - af .о) (aj.i-aj.Vj

ki

(1)

$ (af.i-af.c 1 (aj.i-aj.o

°J )

Последняя формула позволяет вычислить массу наилка, выпадающего на заливной луг в единице объема на единичное основание.

Зная время стояния паводковых вод рассматриваемого единичного объема воды Т и соответствующие значения Р и kj, можно рассчитать массу наилка, выпавшего на заливной луг за время Т, где Р является произведением максимальной массы наилка в единице объема на коэффициент из табл.1, соответствующий рассматриваемым параметрам паводка L и Н.

Для того, чтобы рассчитать массу полного выпадания наилка за время стояния паводковых вод, необходимо просуммировать массу выпавшего наилка по горизонтам глубины, т.е. время стояния паводковых вод для горизонтов находится в пределе от Т до 0.5Т, где Т - максимальное время стояния паводка над конкретным участком, а 0,5Т - минимальное.

Для упрощения расчетов принято допущение, что в пределах ±100 м значение Р и коэффициенты kj, остаются постоянными для любого уровня глубины.

Далее, при наличии данных массы полного выпадения наилка за время стояния паводковых вод, рассчитанных вышеуказанным способом, коэффициентов содержания азота в наилке. коэффициентов

использования растениями азота из почвы и расхода азота на формирование 1 ц сухой массы, определяют потенциальную прибавку урожайности естественных травостоев AM за счет массы наилка, выпавшего на конкретном участке луга, по формуле:

KN Ки

100 100

JL

Ку

ц/га, (2)

на

где М - масса наилкз, выпавшего конкретном участке луга, кг/га;

KN - содержание азота в наилке, % ; Ку- расход азота на формирование 1 ц 15 сухой массы, кг/ц;

Ки - коэффициент использования азота растениями из почвы. %.

Коэффициенты KN, Кц, Ку находят по табличным данным агротехнических норм. При 0 этом KN - процент содержания азота в наилке в зависимости от местоположения на поперечном профиле поймы. Так. например, около русла, где выпадают более крупные песчаные и супесчаные частицы наилка, 5 содержание азота ниже и, наоборот, в притеррасной части поймы выпадают более мелкие глинистые и суглинистые частицы наилка, в которых содержится азота больше.

0 Содержание азота в выпавшем наилке увеличивается равномерно по мере удаления участков от русла реки от 0.24 до 0.40%: 0,2L 0,24% 0,28% 0,3% 0,36% 0,40%

5

0,4L 0.6L 0.8L 1,OL

0

5

0

5

Общую потенциальную урожайность конкретного участка определяют по формуле:

А АО + Ам

где АО - урожайность незаливного луга, известная из предыдущих лет;

AM - потенциальная прибавка урожайности за счет массы наилка, выпавшего на конкретный участок заливного луга.

Незаливной луг - луг, вышедший из сферы затопления паводковыми водами, т.е. Н паводка в течение последних ТО лет имеет отрицательную величину. Он сопряжен на рельефе с заливными лугами и находится на одном поперечном профиле поймы.

Урожайность незаливного луга определяют укосным способом в фазе полного цветения лисохвоста лугового в течение 7 лет, и она составила в среднем 9.5 ± 0,7 ц/га воздушно-сухой массы.

Способ характеризуется тем, что масса наилка, выпавшего во время паводка на конкретном участке луга, определяют через 5 показателей: высоту паводковых вод над меженью реки Н, высоту конкретного участка луга над меженью реки h, высоту паводковых вод над конкретным участком луга Н- п, удаленность участка луга от кромки берега реки L, время стояния паводковых вод Т над конкретным участком луга; а потенци- урожайность конкретного участка заливного луга определяют по сумме урожайности незаливного луга и потенциальной прибавки урожайности за счет наилка, выпавшего на конкретном участке заливного луга: А АО + AM.

П р и м е р 1. Опыт проводили в пойме реки Енисей в 1984 г.

В течение летнего периода 1983г с помощью нивелира было проведено определение местоположения исследуемого участка над меженью в пойме р.Енисей (район пос.Курейка).

Участок располагался на высоте h 6 м и был удален от кромки берега реки на 0,2L 200 м.

5

0

5

Весной 1984 г в период максимального паводка (24 июня) был произведен промер паводковых вод над меженью реки, он был равен 17,8м(Н 1,0).

Далее была сопоставлена высота расположения участка с высотой паводковых йод Н - h, т.е. 17,8 м - 6 м 11,8 м, что подпадает под градацию 0,6Н.

Отдаленность участка подпадает под градацию 0,2L.

В журнале регистрации отмечали, а затем просчитали количество суток стояния паводковых вод над участком (Т, сутки), которое было равно 38 сут.

Используя математическую модель (формула 1), определили массу наилка MI(T) из общей массы воды, выпавшего на участке 1 в расчете на 1 га при параметрах:

1.Отдаленность от кромки берега реки равна 200 м 0.2L.

2.Высота паводковых вод по участкам ,8м 0,6Н.

3.Максимальное время стоянки паводковых вод над участком 1 Т 38 сут.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к луговому кормопроизводству, и может быть использовано для определения урожайности естественных травостоев заливных лугов. Наилок, выпавший на заливной луг во время стояния паводковых вод, существенно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. Потенциальную урожайность травостоев заливного луга определяют по массе наилка, выпавшего из паводковых вод на заливной луг, через показатели высоты стояния паводковых вод над меженью реки и над конкретным участком луга, высоты конкретного участка луга над меженью реки, удаленности участка луга от кромки берега реки и времени стояния паводковых вод над конкретным участком луга. В изобретении используют математическую модель процесса осаждения из паводковых вод наилка. 2 табл., 3 ил.

mi.10-«PJL

0,064 10

10J

(0.2)6-(0.05)6 т + 0,2-0,05и.™° +

(0,9)4-(0.2)(0,2 )4- (0,05 )4 96 +

0,9-0,2U,un + 0,2-0.05и.о +

(0,05)6-(0.01)В.021Э (0,01)6-(0.001)6.0546 0,05-0.010.219+ 0,01-0.001°-Ь4Ь

(o,o5)4-(o,oi)4 0210 ,fo.ot)4-(o.oonV

0,5-0,01 хи, 0,01-0,001и &м

10 6 0,08 кг/м2 с 0,07 тАа сут из метрового слоя .

В этом случае из 3,9-метрового слоя за 19 сут выпало (время стояния верхнего слоя паводка);

(0.9)6-(0.2)6.0 Q (0.2)6-(0.05)6

0.9 -0,20. {/.2-0,05Ъ™

(0.9)4-(0.2)4(0.2 )2- (0.05 )4

0,9-0,20,011+- о,2 -0,05° 18

(0,05)е-(О.ОП6, (0.01)в-(О.ООП6 Q.7f.

0.05-0.010.224+ 1 O.Q -дрен°-575

(0.05)4-(0,01)4 .Q(0,01 )4- (0.001 )4

0,05-0,010.224+ Ь.01-0,001° 575

1500 (0.9)6-(0.2)60.021 + 0,9 - 0,2

mi1 - 0,07 х 19 х 3,9 - 5,2 т/га. 4 0,75 0,64 1500 10

та

27

10J

9164652010

0,08 кг/м2 с 0,07 т/га сут из метрового слоя .

Из 3.9-метрового слоя за 28,5 суток выпало наилка

ГП22 0,07 х 28,5 х 3,9 7,77 т /га сут.

т 4 КГ6 0.82 0.064 10 1500 тз-27

(0,9)6-(0.2)6()6-(0.05)6.0175

0.9-0.20.022 + 0,2-0.05(0.9)4-(0.2)42 (0.2)4-(0,05)4.0175

л п ЯТЯV, ТПОП ОС V, I v

л),9 - 0,20,2 - О.Цэ

(0.05)f-(0.01)6.0229 (0.01)6-(0.001)6.0571 0.05-0. + ftOl-0.001u-s 4

-(0.05)4-(0.01)4 . Q229 t (0.01 )4-(0,001 )4. о 571 0.05-0,010..01-0.001° 574

10 0.073 кг/м2. с 0,074 т/га сут из метрового слоя ; из 3,9-метрового слоя за 38 сут выпало наилка : газ 0.074 х 3,9 х 38 10 97 т/га .

Из всех слоев за время стояния паводкание местоположения исследуемого участка

выпало наилка:над меженью в пойме р.Енисей (район

пос.Куремка).

М m 1 + ma + тз 5,2 + 7,77+10.97 30 Участок 2 располагался на высоте 5 м (h) 23,94 т/га 239.4 ц/гаи был удален от кромки берега р. Енисей

2200M(0,8L).

Прогнозируемая потенциальная при-Весной 1984 г в период максимального

бавка урожайности травостоя на участке 1паводка (24 июня) был проведен промер вырассчитана по формуле (2) математической 35 соты паводковых вод над меженью реки, он модели:был равен 17,8 м (Н 1,0).

Далее была сопоставлена высота распод„ м . KN Км . 1 /ложения участка 2 о высотой паводковых

«Mi MI 1(Ю 100 Ку.Ц/гавод(Н-h) 17,8-5-12.8м, которая подпа40 дает под градацию 0,8 Н.

А, - м 0-24 % 20 % 1Отдаленность участка попадает под гра«М1-М1 100 OQ4дациюО,81.

В журнале регистрации отмечали, а за 239,4 ц/га . 20 % хтем просчитывали количество суток стояния

100 10045 паводковых вод над участком 2 (Г, сут), которое было равно 42 сут.

ХЩ)4а Используя математическую модель

(формула 1), определяли массу наилка MafO

Потенциальная урожайность участка 1из единицы объема (м3), выпавшего на учаравна:50 стке 2 при параметрах:

AI АО + Ам 9,3+ 2,9 12,2 ц/га,1. Отдаленность от кромки берега реки

равна 2200 м 0.8L

где АО 9,3 ц/га - урожайность траво-2. Высота паводковых вод над участком

стоев незаливного луга, известная по пред- 2 Н - h 12,8м 0,8Н.

ыдущим годам.3. Время стояния паводковых вод над

П р и м е р 2. Опыт проводили в поймеучастком 2 Т 42 сут, тогда для ma: 0.8H реки Енисей в 1984 г. В течение летнего 12,8 м;0,81 2200 м;ТМвкс 42 сут; высоту

периода 1983 г было проведено определе-паводка делили на 3 слоя, каждый слой по

11, 164652012

высоте 4,3 м. Дяя упрощения расчетов счи- Масса наи/жа выпавшая из первого

тали, что в пределах каждого слоя Р и Kj неслоя:

меняются. Верхний слой соответствует, л„„ „„„ , „„„

0.8Н, средний 0,6Н и нижний 0.2Н.5 К 0 °°7- К2 - 0,088; Кз - 0,244; К 0.661;

Время стояния верхнего слоя 21 сут, среднего 31,5 сут, нижнего 42 сут.Р - 0,68 0,064

mi 0,148 10 0,68 0,064 15 х

758 0.007 +0,43 0.083 +0.039 0.244 + 0,00001 0.661 935 0,007 + 11 0,088 +0,156 0,244+0,661

0,096 0,66 «0,1 0,66 0.066 кг/м2 с 0,06 т/га сут из первого 4,3-метрового слоя .

4

Из 4,3 м за 21 сут выпало:слоя:

m , 0,06 4,3 21 5,42 т/га ;Kt 0,007; К2 0,099; Кз - 0,238; «4 - 0,656;

т2 0,148 0,58 0,064 15 х

758 0.007 4-0,43 0.099+0,039 0.238 10 +0.00001 0.656 10 х935 0,007 + 11- 0,099 + 0,156 0,238 + 0,656

0,082 0.64 0,052 кг/м2 с «0,044 т/га сут ;

Из 4,3 м за 31,5 сут выпало:слоя:

та2 0,044 4,3 31,5 5,96 т/га;Ki 0,006; ,12; ,228; ,646;

3, Масса иаилка, выпавшего из 3-го 35Р 0,45 0,64;

тз 0,148 tO 0,45 0.064 15 х

758 0.006 +0.43 0.12 +0,039 0,228 10 2 + 0.00001 0.646 х935 0,006 + 11 0,12 + 0,156 0,228 + 0,646

0,064 0,61 « 0,04 кг/м2 с 0,034 т/га сут . Из 4,3 м за 42 сут выпало:х ( 0,0036 0,2 ): 0,04 3,2 ц/га.

тз3-0,034 4.3 42 6.14 т/га;

Потенциальная урожайность участка 2

Всего за время стояния выпало наилка: равна:

М - гтн1 + т22 + гоз3 - 5,42 + 5.96 + 6.14 Аа - А0 + АМ2 9,3 + 3,2 12,5 ц/га.

17,52 т/га 175,2 ц/га.Способ позволяет достоверно олредеПрогнвэируемую прибавку урожайно-лить массу выпавшего наилка на конкретсти травостоев участка 2 рассчитывали поном участке заливного луга, содержание

формуле (2) математической модели:питательных веществ в ней в зависимости

К к 1 / S5 от уровня паводковых вод. Поскольку не

Ам2 Мг jffi 0% ц/га только в различных поймах, но и в различных хозяйствах луга имеют различное мес036% 20% ,1 175 2 ц/га хтоположение и различные параметры

Ma ) 1СЮ 0,04 заливания их паводковыми водами, разра-1

13

ботанный способ позволяет осуществлять дифференцированный подход к каждому конкретному участку луга, что дает возможность анализировать и определять плодородие и, следовательно, урожайность травостоев заливных лугов, валовый сбор кормов с конкретных участков луга, в конкретных хозяйствах.

На основании определения массы выпавшего наилка специалисты могут рекомендовать хозяйствам разработать конкретные предложения по кормопроизводству. Например, будет ли обеспечена необходимая урожайность луга за счет паводковых вод, или в связи с малой массой выпавшего наилка потребуется дополнительное внесение удобрений для получения нужных урожаев травостоев на заливных лугах.

Формула изобретения

Способ определения потенциальной урожайности естественных травостоев заливного луга, заключающийся в том, что в год, предшествующий исследуемому, определяют высоту h каждого конкретного участка луга над меженью реки, при этом за исходную точку берут уровень меженных вод, затем в год исследования во время ве- сзннего паводка проводят определение максимальной высоты Н паводковых вод над меженью реки и по разности определенных величин Н - h рассчитывают высоту паводковых вод над конкретным участком луга, определяют также удаленность участка от кромки берега реки и время стояния паводковых вод над конкретным участком луга Т, при этом потенциальную урожайность травостоя определяют по сумме урожайности незаливного луга АО и потенциальной прибавки урожайности Ам заливного луга, которую рассчитывают по формуле

KN JV 100 100 1чу

где М - общая масса наилка, выпавшего на конкретном участке луга, т/га, рассчитываемая по формуле;

(

14

М

i

I 1

mi Т|, т/га ,

еде h - высота паводка на данном участке, т.е. количество горизонтов толщиной в 1 м;

I - номер горизонта;

mi - масса наилка, выпавшая из единицы объема, в единицу времени на единицу площади из 1-го горизонта, рассчитываемая по математической модели процесса осаждения наилка по формуле:

m,|imj.

f

j i(

af..o)

aj. i - aj. о )

kj

20

(ab-af.o) Ј1 (ai.i-aj.o) kj

5

0

5

0

5

где j 1,2,3,4 - номера фракций, в которых осаждающиеся частицы имеют следующие диаметры, соответственно, мм: 1,0 - 0,2; 0,20 - 0.05; 0,05 - 0,01; 0,010 - 0.001;

mj - масса вещества j-ой.фракции, выпадающая в единицу времени,на единицу площади из единицы объема, т/м2/с;

8,1 - максимальный диаметр частиц в j-ой фракции, мм;

3j,o - минимальный диаметр частиц в j-ой фракции, мм;

kj - доля частиц j-ой фракции в единице объема, %;

р - масса частиц всех фракций в единице объема, т/м2/с;

р - плотность вещества (наилка), т/м3; . tf- вязкость жидкости, т/м2/с; р - плотность жидкости, т/м3;

а - ускорение свободного падения, м/с2;

TI - время стояния 1-го горизонта, с; KN - коэффициент содержания азота в наилке, %;

Ки коэффициент использования азота растениями из почвы, %;

Ку - коэффициент расхода азота на формирование 1 ц сухой массы, т/ц.

Таблица 1

Продолжение табл.2

о ел

го О

UO

0,2

Ширина поймы (L) о

0,2

а

0.6

44--ггт -гт;

шлттт/ш

//

-777;

77//////.

7//77//77777777,

Меженный уробень реки Фиг.1

i

SfC

А0 Ч 0.2

Ширина поймы (L)

ол

ZZ

Z

S777/7;

YZZ/ZZZZZZZZ/ZL

V7/7/77,

06

..r..r.,,,,,,

WV7/7S77SJT///S7//jr///////A//7777/A7//////X

У/7//7Л

0.8

V7Z72TT7

,

Н&кенный уро$ень реки Фиг.2

i

Rs

Ширина поймы (L) 0204

US

0.8

77//////.

7777777,

77777

7/////

7777///А

///////Л-.-.-.-.-.-. .- j //////// ////////

06

0.8

W

.r.,,,,,,

/7777/A7//////X

V7Z72TT7

,