СтатьиСовершенствование технологии полива по бороздам с разработкой противоэрозионной системы

Статьи

Совершенствование технологии полива по бороздам с разработкой противоэрозионной системы

Проблема сохранения почвенного плодородия в условиях орошаемого земледелия весьма актуальна. Только в Южном федеральном округе (ЮФО) ежегодный ущерб, причиняемый эрозией сельскому хозяйству, по прогнозным оценкам составляет величину порядка 2-2,5 млрд руб. В первую очередь, это недобор с эродированных площадей с.-х. продукции, потеря верхнего плодородного слоя почвы, гумуса, всех питательных компонентов, переформирование микрорельефа, ложбинообразование. Только в Ростовской области, по данным специалистов, ежегодный ущерб, причиняемый эрозией, выражается потерями 50-55 тыс. тонн азота, 25-30 тыс. тонн фосфора и 500-550 тыс. тонн калия.

Для разных почвенно-климатических зон, многие авторы дают самые противоречивые рекомендации по установлению предельно допустимых уклонов в рассматриваемых условиях. Многие из этих рекомендаций основаны только лишь на возможности пропуска воды и определенной поливной нормы без учёта потерь верхнего плодородного слоя почвы и питательных веществ.

Обобщая имеющуюся информацию по части влияния уклонов почвы, можно отметить расхождение этих данных даже в идентичных зонах Северного Кавказа. Отсюда вытекает целесообразность и необходимость проведения дополнительных исследований в Ростовской области и в частности для условий Левобережья Нижнего Дона, а так же их количественного выражения.

Кроме того, в достаточной степени почвоохранные мероприятия при проектировании и эксплуатации оросительных систем, как правило, не предусматриваются, что идет в разрез с целевыми программами по сохранению почвенного плодородия земель сельскохозяйственного назначения.

В диссертации приведены результаты теоретических и практических исследований, выполненных в соответствии с межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ РАСХН на 2006-2010 гг., поз. III.01.01.

Цель работы — уточнить закономерности эрозионного смыва почв при поливе по бороздам и предложить мероприятия по его предотвращению за счёт закрепления смоченного периметра борозд и применения противоэрозионной системы орошения.

Задачи исследований:

провести сбор и анализ информации по развитию процессов смыва почвы при поливах по бороздам;
уточнить закономерности смыва почвы в зависимости от расхода поливной струи, уклона и длины борозд;
разработать новый состав структурообразователя для закрепления смоченного периметра поливных борозд;
предложить противоэрозионную систему орошения кукурузы по бороздам для хозяйственных- условий Левобережья Нижнего Дона;
произвести расчёт экономической эффективности.

Объект исследования — ирригационная эрозия при, поливе по бороздам.

Предмет исследований — мероприятия по предотвращению ирригационного смыва почв за счёт закрепления смоченного периметра борозд и применения допустимых элементов-техники полива.

Методология исследований. В работе использованы метод системного анализа, лабораторный и полевой эксперименты, проведенные в соответствие с методическими требованиями. Обработка экспериментальных данных осуществлена методами планирования эксперимента и математической статистики.

Достоверность научных результатов подтверждается большим объемом экспериментальных данных, полученных в ходе лабораторных и полевых исследований в многократной повторности, высокой, степенью сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами апробации в производственных условиях.

Научная новизна работы состоит в уточнении закономерностей смыва почвы в зависимости от расхода поливной струи, уклона и длины борозд, новых эмпирических зависимостях прогноза и учёта ирригационного смыва, совершенствовании технологии приготовления и внесения водного раствора композиции структурообразователя, а также в разработке противоэрозионной системы орошения, обеспечивающей возможность расширения способов борьбы с ирригационным смывом, снижении себестоимости продукции при поливе сельскохозяйственных культур по бороздам.

Основные положения, выносимые на защиту: результаты анализа развития процессов смыва почвы при орошении по бороздам, их последствия и степень опасности; уточнённые закономерности смыва почв от воздействия основных факторов; новые эмпирические зависимости прогноза и учёта ирригационного смыва почв при орошении кукурузы по бороздам; состав и оптимальная доза водного раствора композиции структурообразователя; усовершенствованный способ полива по бороздам с применением противоэрозионной системы орошения.

Практическая значимость работы заключается в разработке производственных рекомендаций по применению технологии приготовления и внесения водного раствора композиции структурообразователя и противоэрозионной системы орошения.

Результаты исследований внедрены в хозяйствах ЗАО «Нива», ОАО «Аксайская нива» Ростовской области. Материалы исследований использованы при составлении отчётов о НИР, выполненных по программе развития АПК МСХ РФ на 2006-2010 гг.

Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ» и Депме-лиоводхоза Минсельхоза России: «Вопросы мелиорации» (г. Москва, 2007 и 2009 гг.), на научно-практических семинарах ФОГУ ВПО «НГМА» и ФГНУ «РосНИИПМ»: «Пути повышения эффективности орошаемого земледелия» (г. Новочеркасск, 2008 г.), на теоретическом семинаре инженерных факультетов Волгоградской ГСХА (г. Волгоград, 2009 г.).

Основные научные результаты исследований по теме диссертации изложены в 8 публикациях общим объемом 1,8 п.л., одна из которых издана в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

Закрепление грунтов в поливных бороздах искусственными структуре образователями в условиях Северного Кавказа, и в частности в условиях Левобережья Нижнего Дона, изучено крайне недостаточно. Для решения существующих проблем следует уточнить закономерности эрозионного смыва почв при поливе по бороздам и предложить мероприятия по его предотвращению за счет применения допустимых элементов техники полива и закрепления смоченного периметра борозд водным раствором структурообразователя на основе местных природных материалов.
В процессе проведения исследований установлено, что основными факторами, обуславливающими ирригационный смыв при поливе по бороздам, являются: уклон и длина борозд; расход поливной струи и скорость воды в борозде. При катастрофических уклонах (0,03) увеличение расхода поливной струи в 20 раз увеличивает смыв почвы в 38-40 раз. При уклонах 0,023 увеличение расхода воды в борозде в 20 раз увеличивает ирригационный смыв в 30-33 раза, а при уклонах 0,006 увеличение смыва достигает в 25-28 раз.
На участках с уклоном 0,031 при поливе струей 2 л/с ежегодный смыв достигает слоя 7-8 мм. Головная часть поливных борозд длиной свыше 70 м на 1/3 размывается на глубину до 4-6 см, а в середине и нижней трети длины происходит отложение продуктов эрозии. Основная часть эрозионных потерь приходится на первый полив после нарезки борозды.
Разработан способ приготовления водного раствора композиции структурообразователя. По предложенному способу смесь композиции готовится в три стадии: на первой стадии осуществляется механохимическая активация (1100 об/мин.) воды с добавкой гидролизованного полиакрилонитрила в течение 1 мин. На второй стадии загружается бентонит с частью воды (от 60 до 70 % от общего ее расхода) и проводится механохимическая активация полученного раствора (1,5-2 мин.). На третьей стадии с раствором перемешивается оставшаяся вода (1 мин.).
Доза водного раствора композиции структурообразователя составит 2700-2800 л/га. Соответственно, дозы компонентов составят: вода — 2388-2477 л/га; бентонит — 490-508 кг/га и гидролизованный полиакрилонитрил-184-190 кг/га.
Разработана и реализована на практике противоэрозионная система орошения кукурузы на зеленый корм по бороздам, показавшая высокий противоэрозионный эффект. Смыв почвы на данном поле (S = 54 га) был существенно снижен, и составил 0,06 мм против 1,7 на контроле при поливе вдоль склона (7 = 0,015). Урожайность кукурузы на зеленый корм повысилась на 9,4 %.
Годовой экономический эффект составил 419,5 тыс. руб. на весь объем внедрения. Эколого-экономический расчет предотвращенного укрупненного ущерба, наносимого эрозионным стоком водным объектам, показал, что предотвращенный ущерб, рассчитанный по укрупненной методике, составил 364,3 тыс. руб./год при закреплении борозд водным раствором композиции структурообразователя и 234,5 тыс. руб./год при реализации противоэрозионной системы орошения.

Предложения производству:

В процессе приготовления водного раствора композиции структурообразователя дозы компонентов в пересчете на 1м³, составят: вода — 884,52 л; бентонит — 181,44 кг и гидролизованный полиакрилонитрил — 68,04 кг.
Водный раствор композиции структурообразователя следует готовить трехстадийным способом с обязательной механохимической активацией воды гидролизованным полиакрилонитрилом (1100 об/мин).
Предлагаемый состав композиции структурообразователя использовать для закрепления смоченного периметра поливных борозд при уклонах до 0,031.
Использовать противоэрозионную систему орошения по бороздам для организационно-хозяйственных условий Левобережья Нижнего Дона при выращивании кукурузы.