The purpose of the work is to determine erosion-safe values of emitter flow rate and drip irrigation duration using southern chernozems as an example and to develop a justification technique of these parameters. The experimental base of the scientific work was made up of field research materials performed at four test sites, the soil cover of which is southern chernozem. The following influence factors are considered: aggregate-size distribution, minimum moisture capacity, soil compactness, pre-irrigation and post-irrigation soil moisture. The condition of formation of puddles with a diameter of 0.1 m on the soil surface was adopted as a criterion for determining the maximum values of emitter flow rate and drip irrigation duration. The effect of soil conditions and drip flow on the depth of the moistening contour was studied step by step; the effect of soil conditions and drip flow on the amount of pre-drain duration of drip irrigation; the effect of pre-irrigation soil moisture on the amount of allowable drip flow. In the process of analyzing the results of experimental studies, the presence of a close relationship between the erosion-safe value of the emitter flow rate and the considered factors of influence was determined, and empirical dependencies describing this relationship were obtained. Comparison of the drip irrigation parameter values calculated according to the obtained empirical dependencies with the experimental values showed a deviation of no more than 10%. The technique for determining erosion-safe values of the emitter flow rate and the duration of drip irrigation that correspond to the conditions and parameters of drip irrigation, based on the established dependencies, has been developed. The theoretical testing of the technique on typical examples of drip-irrigated areas has shown its operability and acceptability for practical use. | Цель работы - исследование эрозионно безопасных значений расхода капельницы и продолжительности капельного полива на примере южных черноземов и разработка методики их обоснования. Экспериментальную базу научной работы составили материалы полевых исследований, выполненных на четырех опытных площадках, почвенный покров которых представлен южными черноземами. Рассмотрены следующие факторы влияния: гранулометрический состав, наименьшая влагоемкость, плотность почвы, дополивная и постполивная влажности почвы. В качестве критерия при определении предельных значений расхода капельницы и продолжительности капельного полива принято условие формирования на поверхности почвы лужиц диаметром 0,1 м. Поэтапно изучали влияние почвенных условий и расхода капельницы на глубину контура увлажнения; влияние почвенных условий и расхода капельницы на величину достоковой продолжительности капельного полива; влияние дополивной влажности почвы на величину допустимого расхода капельницы. В процессе анализа результатов экспериментальных исследований установлено наличие тесной корреляционной связи между эрозионно безопасным значением расхода капельницы и принятыми к рассмотрению факторами влияния и получены описывающие эту связь эмпирические зависимости. Сопоставление рассчитанных по полученным эмпирическим зависимостям значений параметров капельного полива с опытными значениями показало отклонение не более 10%. На основе установленных зависимостей разработана методика определения эрозионно безопасных и соответствующих условиям и параметрам капельного полива значений расхода капельниц и продолжительности капельного полива. Теоретическая апробация методики на характерных примерах капельно орошаемых участков показала ее работоспособность и приемлемость для практического применения.

The research purpose is to study changes in climatic characteristics of the Saratov region territory that determine moisture availability for agricultural crops and the need to intensify hydrotechnical amelioration. For retrospective statistical analysis, data from 12 baseline weather stations located in the forest-steppe, arid chernozem steppe, dry steppe and semi-desert – in all natural zones of the Saratov region, for observation periods comprising the end of the 20th century and the first two decades of the 21st century. As a result of the analysis, the presence of pronounced growth trends in the main indicators of climate aridity has been established. They include: a decrease in the average annual precipitation, especially noticeable for the dry steppe and semi-desert zones of the Saratov region; an increase in the average annual air temperature by 1 deg. C and in the air temperature of the warm period of the year (April – October) by 0.8 deg. C; a decrease in the moisture supply of the studied area both by the moisture coefficient and by the hydrothermal coefficient; an increase in the area of territories with a hydrothermal coefficient of less than 0.5. The climate changes being in process affect agriculture in all regions of Russia, including the Saratov region, located in the zone of insufficient moisture, where, despite the spring resources of available water on fall-plowed field in the soil layer of 0 to 100 cm by 4.5–30.6%, according to weather stations in this region, there was an deficit increase in the moisture available for agricultural crops with a shift in the boundaries of territories in which guaranteed yields are possible only under hydrotechnical amelioration. | Цель исследований - изучение изменений климатических характеристик территории Саратовской области, определяющих влагообеспеченность с.-х. культур и необходимость интенсификации водных мелиораций. Для ретроспективного статистического анализа были использованы данные 12 опорных метеостанций, расположенных во всех природных зонах Саратовской области (в лесостепи, засушливой черноземной степи, сухой степи и полупустыне), за периоды наблюдений, включавшие конец XX в. и два первых десятилетия XXI в. В результате проведенного анализа установлено наличие выраженных тенденций роста основных показателей засушливости климата. В их числе: уменьшение среднегодовой суммы осадков, особенно заметное для сухостепной и полупустынной зон Саратовской области; повышение на 1 град. C среднегодовой температуры воздуха и на 0,8 град. C температуры воздуха теплого периода года (апрель – октябрь); снижение влагообеспеченности изучаемой территории как по коэффициенту увлажнения, так и по гидротермическому коэффициенту; увеличение площади территорий с гидротермическим коэффициентом менее 0,5. Происходящие изменения климата оказывают влияние на земледелие во всех регионах России, в т. ч. и Саратовской области, расположенной в зоне недостаточного увлажнения, где, несмотря на увеличение весенних запасов продуктивной влаги на зяби в слое почвы от 0 до 100 см на 4,5–30,6%, по данным метеостанций в этом регионе, произошел рост дефицита влагообеспеченности с.-х. культур со смещением границ территорий, на которых получение гарантированных урожаев возможно лишь при условии проведения водных мелиоративных мероприятий.

A methodology for determining the irrigation rate value, which ensures the formation of a primary local contour of moistened soil in the soil space under drip irrigation with one drip emitter has been developed. The methodological and factual basis of the development were materials and empirical dependencies obtained from the data of author's field studies of local moisture contours formed under various soil conditions with top and ground drip irrigation. The known approaches to the calculation of drip irrigation rates of plants were analyzed and evaluated, a direction of the development of the methodology was determined. Based on the materials of field and their laboratory investigation, 11 contour profiles of drip-moistened soil formed under various soil and technological conditions of drip irrigation were obtained. Soil conditions are characterized by a wide range of changes in the following parameters: the content of physical clay is from 20.8 to 74.6% of the dry soil weight (DSW), the lowest moisture capacity is from 16.9 to 32.2% of DSW, the level of pre-irrigation moisture is from 60 to 70% of the lowest moisture capacity. Moisture contours were formed with an average soil moisture content of 90% of the lowest moisture capacity. Empirical dependencies were obtained for determining the maximum and average radius (diameter) of moisture contours at given depths of the moistened soil layer, which make it possible to predict the volumes of moisture contours. The dependence and a procedure for calculating the irrigation rate value, which ensures the formation of a moisture contour of a given depth and a given soil hydration level are obtained for a wide range of granulometric and water-physical characteristics of soils. A procedure for calculating the irrigation rate required for the formation of a local moisture contour in soil space with specified dimensional and moisture parameters during irrigation water delivery by one drip micro emitter is proposed. | Разрабатывали методику определения величины поливной нормы, обеспечивающей формирование в почвенном пространстве первичного локального контура увлажненной почвы при капельном поливе одной капельницей. Методологическую и фактологическую основу разработки составили материалы и эмпирические зависимости, полученные по данным полевых авторских исследований локальных контуров влажности, формирующихся в различных почвенных условиях при надземном и наземном капельном орошении. Результаты и обсуждение. Проведен анализ и дана оценка известных подходов к расчету поливных норм для капельного орошения растений, определено направление разработки методики. По материалам полевых исследований и их камеральной обработки получено 11 профилей контуров капельно-увлажненной почвы, сформировавшихся в различных почвенных и технологических условиях капельного полива. Почвенные условия характеризуются широким спектром изменения их параметров: содержание физической глины от 20,8 до 74,6% массы сухой почвы (МСП), наименьшая влагоемкость от 16,9 до 32,2% МСП, уровень дополивной влажности от 60 до 70% наименьшей влагоемкости. Формировались контуры увлажнения со средней влажностью почвы, составляющей 90% от наименьшей влагоемкости. Получены эмпирические зависимости для определения максимального и среднего радиуса (диаметра) контуров влажности при заданных глубинах увлажняемого слоя почвенной толщи, позволяющие прогнозировать объемы контуров влажности. Получены зависимость и методика расчета величины поливной нормы, обеспечивающей формирование контура влажности заданной глубины и заданного уровня увлажнения почвы, для широкого спектра гранулометрических и водно-физических характеристик почв. Предложена методика расчета поливной нормы, необходимой для формирования в почвенном пространстве локального контура влажности с заданными размерно-влажностными параметрами при подаче поливной воды одним капельным микроводовыпуском.

The work purpose is to study the moisture dynamics in soils on the drainage layer during drip irrigation to save water resources and ensure uniform crop watering using moisture contours. The study is based on the theory of moisture transfer in soil influenced by drip irrigation. Moisture contours were studied in laboratory conditions using a soil lysimeter, which was used to model a geologic cross-section of the irrigated area represented by alluvial meadow soils formed on pebbles. The pebble layer thickness of up to 3 m was assumed. A regression analysis of moisture movement was carried out, and a mathematical model describing the nature of this movement on the drainage layer was obtained. The calculated volume of wet soil was determined based on the moisture contours as a result of calculating the volume of the formed rotation figure according to cartograms for each hour of watering. Data on the moisture distribution in soil profile according to irrigation hours, presented on cartograms constructed using a personal computer, were obtained. The isolines indicating contours with the same soil moisture of 5; 10; 40% are highlighted on the cartograms. It has been determined that water at an emitter discharge of 2.5 L/h reaches the drainage layer 4 h after the beginning of irrigation. A graph for moisture distribution in soil volume by hours reflecting the dynamics of water distribution supplied from an emitter with a constant discharge over 10 h of irrigation has been constructed. The dynamics of moisture distribution during drip irrigation in soils located on a drainage bed was studied. Under experimental conditions, when crop irrigation lasts for more than 8 h, an ineffective excess of irrigation rates and an increase in the design capacity of the drip irrigation system are observed. | Цель работы: с использованием контуров увлажнения исследовать динамику влаги в почвогрунтах на дренажном слое при капельном орошении для экономии водных ресурсов и обеспечения равномерного полива культур. В основу исследования положена теория влагопереноса при воздействии капельного орошения на почвогрунт. Контуры увлажнения изучены в лабораторных условиях на почвенном лизиметре, с помощью которого выполнено моделирование геологического разреза орошаемой территории, представленной сформированными на галечнике аллювиальными луговыми почвами. Мощность галечникового слоя принята до 3 м. Выполнен регрессионный анализ движения влаги, и получена математическая модель, описывающая характер ее движения на дренажном слое. Расчетный объем влажного грунта определялся на основании контуров увлажнения как результат вычисления объема образованной фигуры вращения по картограммам на каждый час полива. Получены данные о распространении влажности в почвенном профиле по часам полива, которые представлены на картограммах, построенных при помощи персонального компьютера. На картограммах выделены контуры с одинаковой влажностью – изолинии, на которых отображалась влажность 5; 10; 40%. Установлено, что вода при расходе капельницы 2,5 л/ч достигает дренажного слоя через 4 ч после начала полива. Построен график распределения влажности в объеме почвогрунта по часам, который отражает динамику распространения подаваемой из капельницы воды с постоянным ее расходом за 10 ч полива. Исследована динамика распространения влаги при капельном поливе в условиях грунтов, расположенных на дренирующей подушке. В условиях опыта при продолжительности полива культур свыше 8 ч наблюдается неэффективное превышение поливных норм и увеличение проектной мощности системы капельного орошения.

The research purpose is automation of calculations of the irrigation regime for open ground tomatoes based on the developed software. The basis is a methodology of calculating and adjusting the irrigation regime of tomatoes, including the determination of the total evaporation and soil moisture, the timing and quantity of irrigation using the calculation method with a mathematical model based on the relationship between bioclimatic coefficients and the sum of average daily temperatures or evaporability on the field on an accrual total from the beginning of the crop growing season to the ripening period, as well as the results of the Crimea zoning according to moisture conditions. To automate the calculations, an algorithm for calculating soil moisture reserves in relation to evaporability, which was implemented in Microsoft Excel software, was developed. Bioclimatic coefficients of water consumption were determined with reference to the sum of temperatures above 12 deg C and evaporability on an accrual total from sprouting or sowing seedlings. The obtained calculated dependencies for determining the bioclimatic coefficients of water consumption of open ground tomatoes cultivated in different moisture supply zones of the Crimea make it possible to calculate and adjust the irrigation regime for years with different precipitation levels with high approximation reliability. Using the software, the design irrigation conditions for open ground tomatoes including watering and irrigation rates, frequency of irrigation, which were determined depending on the moisture coefficient of the territory and the year of 50, 75 or 95% precipitation was calculated. Effective cultivation of agricultural crops, especially vegetables, largely depends on the irrigation regimes used. Increasing the accuracy of calculations of the main elements of the irrigation regime through the use of modern software will allow optimizing the water resources use to achieve the planned crop performance. | Цель исследований - автоматизация расчетов режима орошения томатов открытого грунта на основе разработанного программного обеспечения. В основу положена методика расчета и корректировки режима орошения томатов, включающая определение суммарного испарения и влагозапасов в почве, сроков и количества поливов расчетным методом с использованием математической модели, основанной на взаимосвязи между биоклиматическими коэффициентами и суммой среднесуточных температур или испаряемостью на поле нарастающим итогом от начала вегетации культуры и до периода созревания, а также результаты районирования Крыма по условиям влагообеспеченности. Для автоматизации вычислений был разработан алгоритм расчета влагозапасов в почве во взаимосвязи с испаряемостью, который был реализован в программном обеспечении Microsoft Excel. Биоклиматические коэффициенты водопотребления определялись с учетом суммы температур выше 12 град. C и испаряемости нарастающим итогом от всходов семян или высадки рассады. Полученные расчетные зависимости для определения биоклиматических коэффициентов водопотребления томатов открытого грунта, возделываемых в различных по влагообеспеченности зонах Крыма, с высокой достоверностью аппроксимации позволяют рассчитывать и корректировать режим орошения для лет с различной обеспеченностью осадками. С помощью программного обеспечения рассчитан проектный режим орошения томатов открытого грунта, включающий поливную и оросительную нормы, кратность поливов, которые были определены в зависимости от коэффициента увлажнения территории и года 50, 75 или 95% обеспеченности осадками. Эффективное возделывание с.-х. культур, а особенно овощей, во многом зависит от применяемых режимов орошения. Повышение точности расчетов основных элементов режима орошения за счет применения современного программного обеспечения позволит оптимизировать использование водных ресурсов для получения запланированной продуктивности.

The research purpose is to determine the share influence of agrophysical, technological, climatic factors and soil moisture on spring wheat grain yield in the arid conditions of the Saratov Trans-Volga region based on a complete correlation analysis of long-term field data. To achieve this goal, an experiment with basic tillage with various implements according to the following scheme, was carried out: A0 – with PLN-8-35 plow at 23–25 cm (control); A1 – with plow PBS-10P at 23–25 cm; A2 – with deep ripper SSD-4 (2017–2020), chisel plow PChM-4 (2021–2022) at 30–32 cm; A3 – with a disk header BDM 7х3 PPKShKS at 10–12 cm. The research was carried out over a period of six years using the conventional methods. A complete correlation analysis of long-term data has shown that the most significant influence on the spring wheat yield in the Trans-Volga region is exerted by precipitation during the growing season (24.1%) and the hydrothermal coefficient (23.6%). Air temperature determined this indicator only by 12.5%. The share influence on the yield of soil density in the 10–30 cm layer was 2.9%. The moisture content of the top half-meter soil layer during the spring wheat tillering phase determined the yield of 14.8%, and the subsoil (50–100 cm) of 15.6%. On average, over six years, the maximum yield of spring wheat, Albidum 32 variety was obtained in plots with plowing (PBS-10P and PLN-8-35): 1.16 and 1.17 t/ha. Nonmouldboard cultivation with a deep ripper and chisel plow reduced this indicator by 8.5%. Cultivation of dark chestnut soil with a disk header reduced the spring wheat grain yield by 24.8% relative to the control plot. | Цель исследования - установление долевого влияния агрофизических, технологических, климатических факторов и влажности почвы на урожайность зерна яровой пшеницы в засушливых условиях Саратовского Заволжья на основе полного корреляционного анализа многолетних полевых данных. Для достижения поставленной цели был заложен опыт с основной обработкой почвы различными орудиями по схеме: А0 – плугом ПЛН-8-35 на 23–25 см (контроль); А1 – плугом ПБС-10П на 23–25 см; А2 – глубокорыхлителем SSD-4 (2017–2020 гг.), чизельным плугом ПЧМ-4 (2021–2022 гг.) на 30–32 см; А3 – дискатором БДМ 7х3 ППКШКС на 10–12 см. Исследования проводились в течение шести лет. Руководствовались общепринятыми методиками. Полный корреляционный анализ многолетних данных показал, что в Заволжье наиболее значимое влияние на урожайность яровой пшеницы оказывают осадки периода вегетации (24,1%) и гидротермический коэффициент (23,6%). Температура воздуха определяла данный показатель только на 12,5%. Доля влияния на урожайность плотности сложения почвы слоя 10–30 см составила 2,9%. Влажность верхнего полуметрового слоя почвы в фазу кущения яровой пшеницы определяла урожайность на 14,8%, а нижнего (50–100 см) на 15,6%. В среднем за шесть лет максимальная урожайность яровой пшеницы сорта Альбидум 32 была получена на вариантах со вспашкой (ПБС-10П и ПЛН-8-35): 1,16 и 1,17 т/га. Безотвальная обработка глубокорыхлителем и чизельным плугом снижала данный показатель на 8,5%. Обработка темно-каштановой почвы дискатором уменьшала урожайность зерна яровой пшеницы на 24,8% относительно контроля.

The optimal combinations of regimes for regulating soil moisture by irrigation and the use of biological plant protecting agents at various stages of crop growth and development, ensuring the minimization of anthropogenic impact on the environment have been identified. The studies were conducted in 2021–2022 at the All-Russian Research Institute of Irrigated Agriculture of the city of Volgograd. The 'Gulliver' potato was cultivated in a two-factor field experiment. Factor A: A1 – the moisture content of the soil layer 0.4 m deep throughout the entire potato growing season was maintained at a level not lower than 70% of the minimum moisture capacity; A2 – the same, only at 80% of the minimum moisture capacity. Factor B: B1 is the biological system of potato plant protection; B2 is the integrated protection system; B3 is the chemical protection system (control). The experiment was carried out on light chestnut, heavy loamy, low-humic, non-saline soils. The years of research are characterized as follow: 2021 was average wet, 2022 was average. In the first variant of the irrigation regime, the irrigation rate of 2720 and 3060 m3/ha was provided with 8 and 9 irrigations. The second irrigation regime was maintained with almost twice as many irrigations – up to 15–17, the watering rate decreased to 230 m3/ha, and the irrigation rate increased to 3450–3910 m3/ha. In the moisture regime variant of 80% of the minimum moisture capacity in a horizon of 0.4 m, in conjunction with a plant protection system based on the use of biological preparations, the largest green matter of 385 g/plant, which is by 98 g/plant more than control one was obtained. The maximum weight of tubers in the bunch was also obtained in this combinable variant; it was 660 g/plant, which is by 30% higher than the variant with chemical protection. On the soils of the Lower Volga region, potatoes are best cultivated at a moisture regime in which humidity is not below 80% of the minimum moisture capacity in a soil horizon of 0.4 m, in conjunction with a plant protection system based on the use of biological preparations, which provides favorable conditions for obtaining a tuber yield of 32.4 t/ha. | Устанавливали оптимальные сочетания режимов регулирования влажности почвы орошением и применения биологических средств защиты растений на различных этапах их роста и развития, обеспечивающих минимизацию антропогенного воздействия на окружающую среду. Исследования проводились в 2021–2022 гг. во Всероссийском НИИ орошаемого земледелия г. Волгограда в посадках картофеля сорта Гулливер в двухфакторном полевом опыте. Фактор А: А1 – влажность слоя почвы глубиной 0,4 м в течение всего периода вегетации была на уровне не ниже 70% наименьшей влагоемкости; А2 – то же самое, только при 80% наименьшей влагоемкости. Фактор В: В1 – биологическая система защиты растений картофеля; В2 – интегрированная система защиты; В3 – химическая система защиты (контроль). Эксперимент проводился на светло-каштановых тяжелосуглинистых малогумусных незасоленных почвах. Год исследования 2021 г. характеризуется как средневлажный, 2022 г. как средний. В первом варианте режима орошения оросительная норма 2720 и 3060 м3/га была обеспечена 8 и 9 поливами. Второй режим орошения был выдержан практически вдвое большим количеством поливов – до 15–17, поливная норма уменьшилась до 230 м3/га, а оросительная норма увеличилась до 3450–3910 м3/га. В варианте режима увлажнения 80% наименьшей влагоемкости в горизонте 0,4 м во взаимосвязи с системой защиты растений, основанной на применении биологических препаратов, была получена наибольшая вегетативная масса – 385 г/раст., что на 98 г/раст. больше контроля. Максимальная масса клубней в гнезде получена в этом сочетаемом варианте, она составила 660 г/раст., что выше варианта с химической защитой на 30%. На почвах Нижнего Поволжья картофель лучше всего возделывать при соблюдении режима увлажнения, при котором влажность не ниже 80% наименьшей влагоемкости в почвенном горизонте 0,4 м, во взаимосвязи с системой защиты растений, основанной на применении биологических препаратов, что обеспечивает благоприятные условия для получения урожая клубней на уровне 32,4 т/га.