CC BY
20АГРОНОМИЯ
УДК 631.671.1
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРОШЕНИЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СЕВЕРНОМ ПРИЧЕРНОМОРЬЕ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
EFFICIENCY OF THE USE OF IRRIGATION IN GROWING OF AGRICULTURAL CROPS IN THE NORTHERN
BLACK SEA REGION IN CONDITIONS OF CLIMATE CHANGE
Коковихин С.В., доктор сельскохозяйственных наук, профессор; Чернышова Е.О., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; Макуха О.В., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ГБОУ ВО «Херсонский аграрный университет».
Kokovikhin S.V., Doctor of Agricultural Sciences, Professor;
Chernyshova Е.О., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor;
Makukha О.V., Candidate of Agricultural
Sciences, Associate Professor,
SBEI HE «Kherson agrarian university».
Исследования показывают, что в связи с изменениями климата на территории Северного Причерноморья необходимо учитывать продуктивность орошения отдельных культур. Коэффициент продуктивности орошения максимальное значение имеет при выращивании кукурузы на зерно (4,60) и люцерны (4,37).
Ключевые слова: орошаемое земледелие, климат, урожайность, годы обеспеченности, коэффициент продуктивности орошения.
Researches show that in connection with the changes of climate on territory of Northern Black Sea Region it is necessary to take into account the productivity of irrigation of separate cultures. The coefficient of irrigation productivity has the maximum value at growing of corn for grain (4.60) and alfalfa (4.37).
Keywords: irrigated agriculture, climate, productivity, years of material well-being, coefficient of irrigation productivity.
Введение. Движущие факторы, определяющие спрос на земельные и водные ресурсы, имеют комплексный характер. По оценкам ФАО ООН [1], к 2050 году сельскому хозяйству нужно будет производить почти на 50 % больше продовольствия, волокон и биотоплива, чем в 2012 году, чтобы удовлетворить глобальный спрос и успеть решить задачу по ликвидации голода к 2030 году. Прогресс, который достигнут в начале XXI века в деле сокращения численности людей, страда-
7
ющих от недоедания, пошел вспять. Если в 2014 году таких людей было 604 млн, то в 2020 году - уже 768 млн. Возможность удовлетворить потребности в питании 9,7 млрд человек к 2050 году на глобальном уровне есть, но требует формирования новых моделей климатически обоснованного сельского хозяйства [2, 3].
Орошение является одним из основных факторов интенсификации земледелия в районах с недостаточным и неустойчивым природным увлажнением. Этот важнейших агротехнический прием позволяет получать высокие и стабильные урожаи при дефиците атмосферных осадков. Искусственное увлажнение широко распространено в аридных регионах Земли, особенно во второй половине XX века [4]. В настоящее время в мире орошаются свыше 340 млн. га, причем поливные земли обеспечивают более 40 % мирового производства продовольствия, занимая лишь 18-20 % площади сельхозугодий [5].
Во второй половине ХХ века в степных районах Северного Причерноморья был создан высокотехнологичный водохозяйственный комплекс, который способствовал масштабному развитию сельскохозяйственной и других отраслей, а эффективность орошения в данной зоне была близкой к средним мировым показателям. По статистическим данным, орошаемые земли, занимая в период максимального развития около 8 % пахотных земель, обеспечивали производство трети кормов, 60 % овощей, 100 % риса, значительную часть зерна, технических культур, плодово-ягодной продукции [6].
Возможности расширения площади обрабатываемых для сельскохозяйственных целей земель ограничены. Лучшие сельскохозяйственные земли оказываются утраченными из-за урбанизации. На нужды орошения уже сейчас идет 70 % забираемой пресной воды [7]. Опустынивание, антропогенная деградация земель, дефицит воды и изменение климата повышают уровни риска для сельскохозяйственного производства [8]. Поэтому актуальное значение имеет научное обоснование и практическая реализация оптимизированных систем земледелия на орошаемых землях, с усовершенствованием и разработкой севооборотов, систем основной обработки почвы, удобрения, защиты растений и т.п.
Материал и методы исследований. Целью исследований было установить эффективность применения орошения при выращивании основных сельскохозяйственных культур в засушливых условиях Северного Причерноморья для обоснования необходимости создания климатически оптимизированного сельского хозяйства и рационального использования сельскохозяйственных земель, поливной воды и других ресурсов. Для оценки изменения климатических условий за период с 1882 по 2021 гг. были использованы метеорологические данные Херсонской агрометеостанции [9]. Для моделирования показателей количества осадков использован корреляционно-регрессионный метод [10]. Установление эффективности применения орошения на разных сельскохозяйственных культурах проводили на основании анализа многолетних экспериментальных данных отдела орошаемого земледелия Института орошаемого земледелия [11].
Коэффициент продуктивности орошения (СЖРЕ), который был предложен
8
учёными ФАО ООН [12] и отображает соотношение прибавки урожайности от применения поливов к разнице среднесуточного испарения (эвапотранспира-ции) между орошаемыми и неполивными условиями устанавливали с помощью формулы (1):
Л - Ус!
(1)
где Yi - урожайность сельскохозяйственных культур при орошении, т/га;
Yd - урожайность эквивалентных сельскохозяйственных культур без орошения, т/га;
ЕТ - среднесуточное испарение для орошаемых культур, мм;
ETid - среднесуточное испарение для эквивалентных неорошаемых культур, мм.
Результаты и обсуждение. Продуктивность сельскохозяйственных культур в засушливых условиях Северного Причерноморья в большой степени зависит от погодных условий, а особенно от количества атмосферных осадков за год и за теплый период (в условный период с апреля по сентябрь). После обобщения многолетних данных Херсонской агрометеорологической станции [9] сумм осадков за период с 1882 по 2021 годы установлена общая устойчивая тенденция к их постепенному повышению, что можно трактовать как один из элементов климатических изменений на региональном уровне (рис. 1).
500 у=17,2к + 311,54
1М1 1960
19611980
19812000
20012006
20072016
20172021
Годы
~■ Сумма осадков за апрель-сентябрь лмй Сумма осадков за год
Рисунок 1. Динамика сумм осадков (мм) за год и за период
апрель-сентябрь на территории опытного поля Института орошаемого
земледелия (за период с 1882 по 2021 гг.)
В наибольшей степени эта тенденция проявилась за условный период с 2001 по 2006 годы, когда этот показатель повысился до 455,7 мм, что на
9
32,7-43,4 % больше других условных периодов с минимальными значениями (1882-1990 и 1941-1960 гг.). Также высоким, на уровне 439,6 мм, количество атмосферных осадков было и за период с 2017 по 2021 гг.
Следует отметить, что одновременно с тенденцией повышения количества атмосферных осадков также проявляется устойчивая тенденция повышения неравномерности их выпадения (рис. 2). Так, за исследуемый период (2005-2021 гг.) зафиксировано повышение коэффициента вариации до 193-220 % в 2012, 2016 и 2015 гг. При этом наименьшее варьирование (V = 138-142 %) было отмечено в 2010 и 2007 гг., которые характеризовались существенным дефицитом атмосферных осадков и длительными (до 1,5 месяца) бездождевыми периодами.
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2018 2019 2020 2021
Годы
Рисунок 2. Динамика коэффициента вариации выпадения атмосферных осадков по декадам условного периода апрель-сентябрь по данным Херсонской агрометеорологической станции (за период с 2005 по 2021 гг.), %
Линия тренда отражает общую направленность относительно роста неравномерности поступления атмосферных осадков. Эта тенденция свидетельствует о необходимости применения орошения, которое компенсирует дефицит или отсутствие осадков. При преодолении негативного влияния засухи искусственное увлажнение будет способствовать усилению позитивного действия на растения других элементов технологий выращивания сельскохозяйственных культур с повышением эффективности использования удобрений, пестицидов, биопрепаратов и других агроресурсов.
Учёные Института орошаемого земледелия [10] на протяжении десятилетий проводили полевые исследования по определению эффективности применения орошения при выращивании основных сельскохозяйственных культур (табл. 1).
Анализ представленных данных показывает, что при выращивании определенных культур существенно изменяется величина оросительных норм - от
10
950 м3/га у ярового ячменя до 4150 м3/га у люцерны, то есть разница между этими показателями оставляет 4,4 раза. Поэтому необходимо по показателям оросительных норм моделировать севообороты для обеспечения всех культур в оптимальных параметрах водопотребления и недопущения недостаточных поливов.
Следует отметить, что урожайность разных по биологическому потенциалу и агротехническим особенностям выращивания сельскохозяйственных культур изменяется в широком диапазоне, как в орошаемых условиях, так и без полива. Минимальная урожайность отмечена у люцерны при выращивании на семена (без орошения - 0,2; при орошении - 0,5 т/га), а максимальная (164,6 т/га) - у кормовой свёклы при орошении. Установлено, что максимальные прибавки урожая в физических величинах (т/га) были при выращивании кормовой свёклы (113,0 т/га) и помидор (68,4 т/га). По относительным показателям (%) наибольшую эффективность орошения обеспечило выращивание помидор (281,5 %), сои (277,8 %) и кукурузы на зерно (276,0 %).
Также на продуктивность сельскохозяйственных культур проявилось влияние погодных условий в период вегетации, которые можно разделить на влажные, средние и засушливые годы (табл. 2). В целом, необходимо отметить тенденцию снижения уровней урожайности культур в неполивных условиях в зависимости от их биологических особенностей, в направлении от влажных лет к засушливым, что объясняется негативным проявлением дефицита влаги и физиологической реакцией растений на данный стресс-фактор.
Таблица 1. Эффективность применения орошения в опытах Института орошаемого земледелия [11] на темно-каштановой почве Ингулецкой оросительной системы (за период с 1980 по 2021 гг.)
Культура Средняя оросительная норма, м3/га Урожайность, т/га Прибавка урожая от применения орошения
при орошении без орошения т/га %
Озимая пшеница 2150 6,3 3,0 3,3 110,0
Озимый ячмень 1650 6,5 3,7 2,8 75,7
Яровая пшеница 1050 3,3 2,4 0,9 37,5
Яровой ячмень 950 4,1 2,6 1,5 57,7
Кукуруза на зерно 2750 9,4 2,5 6,9 276,0
Соя 2550 3,4 0,9 2,5 277,8
Подсолнечник 1400 3,2 1,3 1,9 146,2
Люцерна 2-го года использования на з/к 4150 65,2 18,2 47,0 258,2
Кукуруза на силос 2380 65,3 18,6 46,7 251,1
11
Продолжение таблицы 1
Кормовая свёкла 3150 164,6 51,6 113,0 219,0
Помидоры 3450 92,7 24,3 68,4 281,5
Картофель ранний 1300 23,8 12,0 11,8 98,3
Родительские формы кукурузы 1950 3,3 1,2 2,1 175,0
Люцерна на семена 3750 0,5 0,2 0,3 150,0
При орошении такая закономерность четко прослеживается на сое, что связано с её биологическими особенностями - требовательностью не только к достаточному количеству влаги в почве в зоне корневой системы, но также и к высокой влажности воздуха, что не всегда возможно выдержать даже при применении большего количества вегетационных поливов. Таблица 2. Эффективность орошения сельскохозяйственных культур в разные за погодными условиями годы в опытах Института орошаемого
земледелия [11] (за период с 1980 по 2021 гг.)
Культура Показатель Годы влагообеспеченности
влажные средние засушливые
Озимая пшеница Урожайность, т/га орошение 6,21 6,94 5,81
без орошения 3,48 2,96 2,17
Прибавка урожая от орошения, т/га (%) 2,73 (78) 3,98 (135) 3,64 (168)
Кукуруза на зерно Урожайность, т/га орошение 9,51 9,78 9,36
без орошения 3,85 2,59 2,34
Прибавка урожая от орошения, т/га (%) 5,66 (147) 7,19 (278) 7,02 (300)
Соя Урожайность, т/га орошение 4,37 3,85 3,24
без орошения 2,15 1,28 0,57
Прибавка урожая от орошения, т/га (%) 2,22 (103) 2,57 (201) 2,67 (468)
Люцерна 2-го года жизни Урожайность зелёной массы, т/га орошение 64,8 69,2 58,5
без орошения 22,5 18,4 12,3
Прибавка урожая от орошения, т/га (%) 42,3 (188) 50,8 (276) 46,2 (376)
У таких культур как люцерна на зелёный корм, кукуруза на зерно и озимая пшеница, максимальную урожайность в орошаемых условиях можно получить
12
в средние по природному влагообеспечению годы. Это можно объяснить оптимальным уровнем поступления солнечной радиации и тепла на фоне достаточного наличия в почве легкодоступной влаги. При этом в средние годы в физическом исчислении получены наибольшие прибавки урожая - у люцерны на зелёный корм 50,8 т/га; кукурузы на зерно - 7,19; озимой пшеницы - 3,98 т/га.
В процентном соотношении на всех исследуемых культурах максимальная эффективность применения искусственного увлажнения была в сухие годы, что связано с резким снижением урожайности на неполивных землях. Наибольшую прибавку в относительных величинах обеспечили соя - 468 % и люцерна на зелёный корм - 376 %.
Расчеты, проведенные по результатам собственных исследований с сельскохозяйственными культурами, и обобщения многолетних экспериментальных данных других ученых [11] доказывают существенные отличия коэффициента продуктивности орошения при выращивании основных сельскохозяйственных культур в условиях Северного Причерноморья (рис. 3).
Рисунок 3. Коэффициент продуктивности орошения при выращивании основных сельскохозяйственных культур в условиях Северного Причерноморья
Наивысшим этот показатель был у кукурузы на зерно (4,60) и у люцерны второго года использования (4,37). Минимальное значение коэффициента продуктивности орошения было получено при выращивании озимого ячменя -1,25. Полученные данные свидетельствуют о необходимости учета параметров продуктивности орошения для каждой сельскохозяйственной культуры при планировании севооборотов и повышения эффективности использования поливов для определённой локальной территории на уровне каждого хозяйства и орошаемого массива.
13
Выводы. Анализ 140-летних данных Херсонской агрометеостанции свидетельствует о тенденции повышения выпадения атмосферных осадков в засушливой зоне Северного Причерноморья, как в целом за год, так и в условный период апрель-сентябрь, влагообеспеченность которого наиболее важна с точки зрения формирования урожайности сельскохозяйственных культур. Также установлена чёткая тенденция повышения неравномерности выпадения осадков за период с 2005 по 2021 гг. с коэффициентами вариации до 215-222 %, что обуславливает необходимость применения орошения для преодоления водного дефицита растений в периоды без дождей, которые могут длиться до 1,5 месяцев.
За многолетний период исследований Института орошаемого земледелия установлено, что орошение обеспечивает максимальные прибавки урожая при выращивании кормовой свеклы (113 т/га) и помидор (68 т/га). Наибольшее позитивное влияние орошение проявляет в засушливые годы с минимальным количеством осадков и длительными периодами без дождей. В данных условиях преимущество имеют такие культуры орошаемого севооборота - соя (468 %) и люцерна на зелёный корм (376 %).
По результатам анализа многолетних экспериментальных данных установлено, что наивысший коэффициент продуктивности орошения при выращивании сельскохозяйственных культур на поливных землях Северного Причерноморья сформировался у кукурузы на зерно - 4,60, а также у люцерны второго года использования - 4,37. Проведенная сравнительная характеристика полученных коэффициентов обусловливает необходимость учета параметров продуктивности орошения для каждой сельскохозяйственной культуры при планировании севооборотов и повышения эффективности использования искусственного увлажнения в засушливых условиях Северного Причерноморья.
Список использованных источников:
1. ФАО. 2021. Состояние мировых земельных и водных ресурсов для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства. Системы на пределе. Сводный доклад 2021. Рим. 99 с. [electronic resource] URL: https:// doi.org/10.4060/cb7654ru.
2. Сохранить и приумножить на практике «кукуруза - рис - пшеница». Практическое руководство по устойчивому производству зерновых. ФАО ООН. Рим, 2016 [electronic resource] URL: http://www.fao.org/37a-i5318r.pdf.
3. Cafer A.M., Willis M.S., Beyene Sh., Mamo M. Growing Healthy Families // Household Production, Food Security,
References:
1. FAO. 2021. State of the world landed and aquatic resources for the production of food and conduct of agriculture. Systems on a limit. Summary lecture 2021. Rome. 99 p. [electronic resource] URL: https://doi.org/10.4060/ cb7654ru.
2. To save and increase in practice a «corn - rice - wheat». Practical guidance on the steady production of grain-growing. FAO UN. Rome, 2016 [electronic resource] URL: http://www. fao.org/ 3/a - i5318r.pdf.
3. Cafer A.M., Willis M.S., Beyene Sh., Mamo M. Growing Healthy Families // Household Production,
14
and Well - Being in South Wollo. Ethiopia. 2015 [electronic resource] URL: http://onlinelibrary.wiley.com/ doi/10.1111/cuag.12053/full.
4. Лымарь А.О. Экологические основы систем орошаемого земледелия. - К.: Аграрная наука. - 1997. -398 с.
5. The state of food security and nutrition in the World 2017 // Building resilience for peace and food security. FAO UN [electronic resource] URL: http://www.fao.org/3/a-i5528r.pdf.
6. Писаренко В.А. Зрошення: здобутки, стан, проблеми // Пропози-Ця. - 2002. - №7. - С. 44-45.
7. Силва Ж.Г., Нвазе К.Ф., Казин Э.П. Достижение нулевого голода. Критическая роль инвестиций в социальную защиту и сельское хозяйство. ФАО ООН. Рим, 2016 [electronic resource] URL: http://www.fao.org/37a-i4951r.pdf.
8. Лысогоров С.Д. Орошаемое земледелие. - М.: Колос, 1971. - 375 с.
9. Отчетные материалы отдела орошаемого земледелия Института орошаемого земледелия за период 1980-2021 гг.
10. Херсон. Архив метеорологических данных [electronic resource] URL: http://rp5.ru/kherson.archive.
11. Ушкаренко В.А., Лазарев Н.Н., Голобородько С.П., Коковихин С.В. Дисперсионный и корреляционный анализ в растениеводстве и луговодстве: монография - М.: Изд. РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2011. - 336 с.
12. Konuma H. Climate-Smart Agriculture: A call for action // FAO. Synthesis of the Asia-Pacific Regional Workshop. - Bangkok, Thailand, 2015. -120 p.
Food Security, and Well - Being in South Wollo. Ethiopia. 2015 [electronic resource] URL: http://onlinelibrary. wiley.com/doi/ 10.1111/cuag.12053/full.
4. Limar A.O. Ecological bases of the systems of the irrigated agriculture. -M.: Agrarian science, 1997. - 398 p.
5. The state of food security and nutrition in the World 2017 // Building resilience for peace and food security. FAO UN [electronic resource] URL: http://www.fao.org/ 3/a - i5528r.pdf.
6. Pisarenko B.A. Irrigation: achievements, figure, problems // Proposition. - 2002. - №7. - C. 44 - 45.
7. Silva J.G., Nvaze K.F., Kazin E.P. Achievement of a zero hunger. Critical role of investments in social defence and agriculture. OAO OF UNO. Rome, 2016 [electronic resource] URL: http://www.fao.org/ 3/a - i4951r.pdf.
8. Lisogorov C.D. Irrigated agriculture. - M.: Kolos, 1971. - 375 p.
9. Kherson. Archive of meteorological data. [electronic resource] URL: http://rp 5.ru/kherson.archive.
10. Reports of department of the irrigated agriculture of Institute of the irrigated agriculture for period 20002021.
11. Ushkarenko V.A., Lazarev N.N., Holoborodko S.P, Kokovikhib S.V. Dispersible and cross-correlation analysis in a plant-grower and grassland: monograph. - M.: Publ. of RSAU - MAA the name of K.A. Timirazev, 2011. - 336 p.
12. Konuma H. Climate - Smart Agriculture: A call for action // FAO. Synthesis of the Asia - Pacific Regional Workshop. - Bangkok, Thailand, 2015. -120 p.
15
Сведения об авторе:
Коковихин Сергей Васильевич -доктор сельскохозяйственных наук, профессор ГБОУ ВО "Херсонский аграрный университет", e-mail: serg. [email protected], 73006, г. Херсон, ул. Розы Люксембург, 23, ГБОУ ВО "Херсонский аграрный университет"
Чернышова Евгения Олеговна -кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры ботаники и защиты растений, ректор ГБОУ ВО «Херсонский аграрный университет», 73006, г. Херсон, ул. Розы Люксембург, 23, ГБОУ ВО «Херсонский аграрный университет».
Макуха Ольга Владимировна -кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующая кафедрой ботаники и защиты растений ГБОУ ВО «Херсонский аграрный университет», e-mail: [email protected], 73006, г. Херсон, ул. Розы Люксембург, 23, ГБОУ ВО «Херсонский аграрный университет».
Information about the author:
Kokovikhin Sergey Vasilevich -Doctor of Agricultural Sciences, Professor of the SBEI HE "Kherson agrarian university", e-mail: serg.ac@ mail.ru, SBEI HE "Kherson agrarian university", 23, Rosa Luxemburg str., Kherson, 73006.
Chernyshova Evgeniia Olegovna -Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Botany and Plant Protection, Rector of the SBEI HE "Kherson agrarian university"; SBEI HE "Kherson agrarian university", 23, Rosa Luxemburg str., Kherson, 73006.
Makukha Olga Vladimirovna -Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Botany and Plant Protection of the SBEI HE "Kherson agrarian university", e-mail: [email protected], SBEI HE "Kherson agrarian university", 23, Rosa Luxemburg str., Kherson, 73006.
16
