Рационализация технологии поверхностного орошения плодовых насаждений

В последние годы наряду с широко распространенным способом орошения дождеванием, находят применение поверхностный и капельный способы полива, особенно при возделывании плодовых культур. Изучением элементов техники поверхностного полива занимались многие исследователи: А.Н. Костяков, В.Я. Чичасов, Д.А. Штоколов, Ю.П. Поляков, М.С. Григоров, А.Н. Зербалиев, М.Б. Баширов, А.Н. Ляпин, В.В. Волобцев, И.П. Кружилин, Г.В. Ольгаренко, В.А. Сурин, А.А. Бурдун, и др. Ими обоснованы элементы техники полива с учетом водно-физических свойств почвы и рельефа местности для полевых и технических культур. Отмеченные разработки внесли достойный вклад в развитие орошения. Однако они не всегда позволяют учитывать многообразие местных условий и, в ряде случаев, приводят к возникновению ирригационной эрозии. Особенно это имеет место на полях с уклонами, превышающими 0,01, а в Приазовской зоне, особенно в пригородных районах, сады размешаются на землях, имеющих уклоны местности от 0,002 до 0,02 и механический состав почв довольно разнообразен от легких до тяжелых почв. Разработанные ранее элементы техники полива не всегда учитывают специфику полива плодовых насаждений, что приводит к низкой эффективности орошаемого гектара. Отсюда, разработка рациональных элементов техники полива для плодовых насаждений на черноземах обыкновенных, не допускающих смыва плодородного слоя, является актуальной задачей. Правильное назначение элементов техники поверхностного полива по бороздам, который является основным способом полива садов, имеет решающее значение в деле сохранения плодородия почв и повышения урожайности плодовых культур. Задача техники поверхностного полива подавать на орошаемое поле воды в нужном количестве, распределять её по поверхности поля, обеспечивать поглощение воды в почву и сохранять структуру и высокий коэффициент использования воды, создавать условия для механизации и высокой производительности труда на поливе.

Изучением элементов техники поверхностного полива занимались многие исследователи: А. Н. Костяков, В .Я, Чигасов, Д. А. Штоколов, Ю. П. Поляков, А. Н. Ляпин, В. В. Волобцев и др. Они установили допустимые значения элементов техники полива на различных по воднофизическим свойствам почвах для полевых и технических культур. Необходимо отметить, что проводимые ранее исследования не предусматривали экологических ограничений применительно к любым культурам, а тем более к плодовым, где имеет место своя специфика организации внутрихозяйственной территории. На больших уклонах ирригационная эрозия разрушает верхние слои орошаемых земель, смывая плодородный слой. Поэтому встала задача установить оптимальные элементы техники полива и не допустить смыва плодородного слоя почвы при поливах на тяжелых суглинках в садах, с учетом различных экологических уровней на примере черешни. Это культура, рано вступаюшая в состояние глубокого покоя, обеспечивающая этим высокую устойчивость цветочных почек к заморозкам. Организация территории в садах специфическая, поэтому правильное назначение элементов техники поверхностного полива по бороздам имеет решающее значение в деле сохранения плодородия почв и повышения урожайности плодовых культур. В Ростовской области, по природно-климатическим условиям, выделено две основные зоны плодородства: южная и северная. В северной зоне плодовые почки черешни сильно повреждается морозами, поэтому там она не высаживается в садах. Южная зона включает в себя три подзоны: югозападную, южную и юго-восточную, куда входит 27 административных района Ростовской области. Для данной зоны из ранних сортов районированными являются: Апрелька и Золотая. К сортам, имеющим средний по продолжительности период покоя и, соответственно, средний срок созревания, относятся средне спелые: Дайбера черная, Дрогана желтая. Французская черная, Жабеле, Евлах и другие; позднеспелыми сортами являются: Дрогана розовая, Наполеон и другие.

Раннее вступление черешни в состояние глубокого покоя обеспечивает высокую устойчивость цветочных почек к заморозкам в начале зимы. Исследования по технологии поверхностного орошения проводились в 2004-2007 гг., в юго-западной зоне Ростовской области Семикаракорского района на полях МУ СХП совхоза «Бакланниковский», т.к. в ростовской области режим орошения черешни ранее не изучался.

Цель работы усовершенствовать технологии поверхностного и капельного орошения черешни, обеспечивающие рациональное использование водных ресурсов и сохранение почвенного плодородия. Для достижения поставленной цели, предусматривалось решить следующие задачи: выполнить анализ и обобщить результаты исследований в области совершенствования технологии орошения плодовых; обосновать элементы техники поверхностного орошения на тяжелых почвах, обеспечивающих сохранение их плодородия; установить влияние элементов техники поверхностного полива на величину смываемого слоя почвы; обосновать критериальные уровни элементов техники полива с учетом допустимого смыва почв и усовершенствовать методику их расчёта при поливе по бороздам; получить уравнения регрессии распределения поливной нормы по длине борозды, при поливе переменной и постоянной струёй; разработать рациональный режим орошения черешни и установить зависимость урожайности черешни от уровня водообеспеченности; усовершенствовать систему очистки воды для капельного орошения; дать оценку экономической и энергетической эффективности разработанной технологии поверхностного полива.

Научная новизна исследований заключается в том что: обоснованы элементы технологии полива по бороздам на слабоводопроницаемых почвах при различных уклонах местности и расходах воды в борозду; установлены аналитические зависимости распределения поливной нормы по длине борозды при поливе постоянной и переменной струей; разработан лабиринтный фильтр для очистки воды при капельном орошении (патент 2291735 от 20.01.2007 г.); усовершенствована методика расчета элементов техники полива по бороздам в зависимости от допустимой величины смыва почв; даны математические зависимости урожайности черешни от уровней водообеспеченности.

На защиту выносятся элементы технологии поверхностного орошения с учетом экологических ограничений зависимости основных элементов техники полива от уклона местности, для различных уровней смыва почв уточненная методика расчета элементов техники поверхностного полива; технологическая схема очистки воды при капельном орошении с усовершенствованным фильтром математические зависимости влияния уровня водообеспеченности на показатели урожайности и рациональные режимы орошения черешни, в том числе с учетом ресурсных ограничений оценка эффективности поверхностного и капельного орошения.

Методология исследований основана на проведении многолетнего эксперимента по изучению техники полива на различных уклонах местности и водопотребления черешни. Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследований в организации и проведении теоретических и экспериментальных исследований с учетом современных методологических подходов, подготовке диссертации, выводов и предложений производству. Достоверность результатов исследований подтверждается применением апробированных современных методик, большим объемом экспериментальных исследований, применением стандартных методов математического анализа, с положительными результатами производственной проверки и внедрения.

Разработаны и внедрены рекомендации по применению элементов техники полива в зависимости от уклона местности при поливе постоянной и переменной струёй, позволяющие получать высокие урожайности. Обоснован рациональный режим орошения черешни и даны зависимости для определения урожайности в зависимости от уровня водообеспеченности.

Результаты исследований по совершенствованию технологии орошения черешни внедрены в 000 «ГТРОД АГРО» на площади 4,0 га и в МУ СХП, «Бакланниковский совхоз» Семикаракорского района Ростовской области, на площади 4,0 га; в СПК «Золотая коса» Неклиновского района Ростовской области на площади 2,0 га в 2005-2007 годах с общим экономическим эффектом 380 тыс. рублей. Основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях в ФГОУ ВПО «Новочеркасской государственной мелиоративной академии», на конференциях молодых ученых РосНИИПМ, в НИИ «Радуга» в 2005 году и расширенных заседаниях научной секции «Эксплуатация мелиоративных систем» отделения земледелия, хозяйства Россельхозакадемии (в 2005-2007 г.г.).

Выводы

1. Поверхностное орошение черешни является эффективным мелиоративным мероприятием в борьбе за повышение урожайности, позволяющее при правильном сочетании поливного режима, с высокой агротехникой возделывания плодовых, получать в 1,5-2,2 раза больше урожайность по сравнению с участками без орошения, независимо от погодных условий.
2. На уклонах местности 0,002-0,008 рекомендуется вести полив расходом 1,6 - 2,5 л/с в голове борозды и при достижении 50-60% длины борозды переходить на полив переменной струей, уменьшив первоначальный расход на половину. Дальнейшее увеличение расхода воды в борозду приводит к интенсивному смыву почвогрунтов. Изменение уклона местности до 0,01-0,05 способствует сокращению расхода, подаваемого в борозду до 0,15-0,80 л/с.
3. Получены уравнения квадратичной регрессии распределения полив ной нормы по длине борозды при поливе постоянной и переменной струей. Вычислены коэффициенты распределения поливной нормы в относительных единицах по длине равные 1,41 и 1,22 соответственно при поливе постоянным и переменным расходом. Построена номограмма (изолинии равной глубины) для определения глубины промачивания в зависимости от поливной нормы и длины борозды.
4. Уточнена методика расчета элементов техники полива плодовых (на примере черешни) для слабоводопроницаемых почв, учитывающая экологические ограничения для различных уровней смыва почв, которая предусматривает в качестве основной исходной информации — величину поливной нормы, уклон, шероховатость, среднюю скорость впитывания и др. при принятой величине экологического смыва почв.
5. Получены уравнения регрессии между величиной смываемого слоя почв и расходом воды в борозду и составлен алгоритм расчета элементов техники полива при уклонах местности / < 0,02 и / > 0,02, обеспечивающих равномерность увлажнения и выдачу заданных поливных норм, не допускаюших размыва в условиях черноземов тяжелосуглинистых при средней скорости впитывания Ко =0,048 м/ч и коэффициенте затухания а =0,49 с учетом экологических ограничений.
6. Разработан лабиринтный фильтр для очистки воды при капельном орошении (патент .№ 2291735). Габариты его являются переменной схемой и уточняются в зависимости от размера источника орошения (канала). Он надежен в эксплуатации, обеспечивает увеличение площади фильтрации и удельного объема профильтровавшихся вод и требуемое качество очистки.
   
7. Установлено, что поливной режим, обеспечивающий максимальную урожайность и требующий минимальных затрат на единицу продукции достигается поддерживанием в метровом слое почвы влажности в пределах от 75 до 100% НВ, и проведением двух вегетационных поливов нормой по 1000 м/га в среднесухой год. Если хозяйство ограничено в ресурсах, то целесообразно поддерживать почвенные влагозапасы в пределах 65-90% НВ, что обеспечивает экономию воды на 20%. При капельном орошении необходимо поливать 3-6 раз нормой 90 м/га в течение одного периода в зависимости от уровня тепло и влагообеспеченности.
8. Суммарное водопотребление в среднем за годы исследований для обоих сортов черешни за вегетационный период изменялось от 2802 м/га до 4282 м/га, а при капельном орошении составляло 2550 м/га. Уточнена методика расчета водопотребления за год: черешня во вневегетационный период расходует воду на суммарное водопотребление в среднем 1156 м/га, в том числе на транспирацию 20,4%.
9. Установлена экономическая эффективность орошения черешни по бороздам и канельным способом. Себестоимость черешни изменялась в зависимости от варианта опытов и самая низкая была на 1-м варианте, и со ставила 7032 рубля за тонну для сорта Дайбера черная и 7804 рубля за тонну для сорта Дрогана желтая. Рентабельность по вариантам опытов изменялась от 9,06% до 66,80% для сорта Дайбера черная и от 3,38% до 38,46% для сорта Дрогана желтая. Рассчитаны энергетические коэффициенты, которые изменяются от 2,09 до 2,90 в зависимости от сорта и уровня увлажнения и указывают на эффектив ность орошения, т.к. энергия накапливается в ягодах больше, чем расходуется.