Анализ режима водного стресса орошаемых агроценозов с использованием данных космического мониторинга агрогидрологических моделей AquaCrop и SWAP

Современное развитие технологий орошения направлено на повышение урожайности посевов сельскохозяйственных культур при одновременном снижении объема используемых для этого водных ресурсов. Это способствует гармоничному соседству оросительных систем с экосистемами рядом расположенных на сельских территорий и водных объектов. Повышение эффективности использования земельных и водных ресурсов в орошаемом земледелии требует решения многих сложных технологических задач. Одной из них является разработка технологий и инструментов анализа и управления орошением, способствующих получению существенно лучших пространственно-временных оценок потребностей орошения на каждом отдельном поле в соответствующий интервал времени. В итоге это, по экспертной оценке, должно позволить существенно увеличить эффективность использование поливной воды агроценозами. Для решения этой задачи требуются новые технологии реализации систем поддержки принятия решений, основанные на прогностических компьютерных моделях водного баланса корнеобитаемого слоя почвы, использующих данные аэрокосмического и геофизического мониторинга растительного и почвенного покрова. Это позволит специалистам разрабатывать сценарии ведения орошения для оценки необходимых водных ресурсов, его воздействия на почвенный покров и грунтовые воды в текущих и будущих климатических условиях, а также устойчиво повышать эффективность использования поливной воды за счет выстраивания гибкого оперативного управления режимами орошения на каждом отдельном поле, учитывающего соответствующие объективные потребности в воде. Одними из таких расходных параметров агрогидрологических моделей являются составляющие эвапотранспирации (суммарного испарения). Традиционно, составляющие эвапотранспирации, являющиеся расходными статьями водного баланса, оцениваются по данным наземных метеостанций, что зачастую является не достаточным для локальных оценок этих характеристик по агрогидрологическим моделям. В настоящее время в связи с бурным развитием технологий аэрокосмического мониторинга оценка составляющих суммарного испарения проводится по данным съемки подстилающего слоя в тепловом диапазоне электромагнитного спектра.
С помощью дистанционно определяемых составляющих водного баланса в агрогидрологических моделях задаются граничные условия на поверхности растительного и почвенного покрова. Это в свою очередь позволяет проводить локализацию агрогидрологические модели на уровне отдельного поля и таким образом достичь высокой объективизации, получаемых показателей потребностей в воде, привлекая для этого также показатели роста и развития посевов сельскохозяйственных культур, текущие запасы почвенной влаги в корнеобитаемом слое почвы, гидрологические характеристики почв и грунтов, а также данные наземного агрометеорологического мониторинга и прогноза погодных условий.
Представляемые результаты проведенных исследований основаны на использовании данных оценки эвапотранспирации по данным ДЗЗ, а также сценарных расчетов по двум агрогидрологическим моделям AquaCrop и SWAP для оценки потребностей орошаемых агроценозов в воде. В качестве объектов исследований были использованы посевы сельскохозяйственных культур, расположенные на территории 1-ой очереди Приволжской оросительной системы (Марксовский район Саратовской области ). Потребности в воде были представлены с помощью коэффициента водного стресса, являющегося отношением данных измеренной суточной интенсивности испарения к потенциальной. Полученные результаты анализа реализованных режимов орошения свидетельствуют о невысокой эффективности использования поливной воды для получения отчетной урожайности сельскохозяйственных культур в сравнении с результатами сценарных расчетов, полученными по использованным двум агрогидрологическим моделям . По мнению авторов полученные результаты свидетельствуют о наличии принципиальной возможности получения более высоких урожаев орошаемых сельскохозяйственных культур и повышении эффективности использования при этом водных ресурсов на основе использования данных дистанционного зондирования для компьютерного агрогидрологического моделирования водного режима корнеобитаемого слоя почвы.
Благодарность
Авторы выражают благодарность РФФИ (грант № 16-05-01097 А) за финансовую поддержку проведения исследований в рамках проекта «Водопотребление агроценозов на "точечном" и "площадном" уровнях исследований».