CC BY
15УДК 631.67:551.58
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ С УЧЁТОМ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ОСНОВНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО ПРИЧЕРНОМОРЬЯ
Адамень Ф.Ф., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик НААН, ФГБУН «Ордена Трудового Красного Знамени Никитский ботанический сад - национальный научный центр РАН»;
Коковихин С.В., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ГБОУ ВО «Херсонский аграрный университет»;
Сташкина А.Ф. кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН».
Установлено, что в овощеводческих хозяйствах удельный вес овощных культур и картофеля целесообразно увеличить до 50-60 %, а при использовании капельного орошения -до 80%. Самый высокий коэффициент продуктивности орошения при выращивании сельскохозяйственных культур на поливных землях получен у кукурузы на зерно (4,6) и у люцерны второго года использования (4,37).
EFFICIENCY OF APPLICATION OF ARTIFICIAL HUMIDIFICATION TAKING INTO ACCOUNT
METEOROLOGICAL FACTORS IN GROWING BASIC CROPS UNDER THE CONDITIONS OF THE NORTHERN
BLACK SEA REGION
Adamen F.F., Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Academician of the National Academy of Sciences, FSBIS «Order of the Red Banner of Labor Nikitsky Botanical Garden -National Scientific Center of the Russian Academy of Sciences»; Kokovikhin S.V., Doctor ofAgricultural Sciences, Professor,
SBEI HE «Kherson Agrarian University»; Stashkina A.F., Candidate of Agricultural Sciences, FSBIS FRC «A O. Kovalevsky Institute of Biology of the South Seas of the Russian Academy of Sciences».
It has been established that in vegetable farms, it is advisable to increase the share of vegetable crops and potatoes to 50-60%, and when using drip irrigation - up to 80%. The highest productivity coefficient of irrigation when growing crops on irrigated lands was obtained for corn for grain (4.6) and for alfalfa of the second year of use (4.37).
34
Ключевые слова: орошение, климат, погодные условия, севооборот, моделирование, продуктивность орошения.
Key words: irrigation, climate, weather conditions, crop rotation, modeling, irrigation productivity.
Введение. Наука в развитии сельскохозяйственного производства имеет большое значение в связи с многогранностью и сложностью процессов, обеспечивающих аккумуляцию солнечной энергии и превращение ее в органическое вещество - источник жизни на Земле. Процесс создания урожая связан с наличием многих количественных и качественных внешних факторов, с их динамикой в пространстве и времени, отличиями способности растений использовать почвенные и климатические условия, противостоять неблагоприятным физическим и биологическим факторам, положительно реагировать на дополнительные агротехнические мероприятия (обработка почвы, внесение удобрений, применение пестицидов и биопрепаратов и т.д.) [1, 2].
Орошение в условиях жёсткого дефицита природной влагообеспеченности является одним из главных факторов интенсификации современного сельскохозяйственного производства. Оптимальное взаимодействие искусственного увлажнения с другими составляющими земледелия и комплексной механизации способствует высокопродуктивному использованию растениями тепла, света, питательных веществ, влаги, что в комплексе обеспечивает эффективное использование земельных ресурсов, получению высоких и устойчивых урожаев разных по биологическим свойствам культур [3]. В течение прошлого столетия орошение получило широкое распространение в мире. Высокая эффективность искусственного увлажнения обусловила стремительный рост площадей поливных земель, особенно в странах с засушливым климатом и высоким температурным потенциалом [4, 5].
Весь этот комплекс является наиболее эффективным при научно обоснованном планировании и внедрении в агропроизводственные системы с учётом влияния каждого из составляющих элементов системы земледелия, которые должны обеспечивать высокие и стабильные урожаи при одновременном повышении плодородия почвы, создании благоприятных условий для растений, получении максимальной экономической эффективности и снижении техногенного влияния на агроэкосистемы [6]. В последние годы эффективность использования искусственного увлажнения существенно снизилась. Поэтому необходимо научно обосновывать, разрабатывать и внедрять в производство новые агротехнические, эколого-мелиоративные и хозяйственно-экономические мероприятия, направленные на развитие орошаемого земледелия, повышение его производительности и экономической эффективности [7].
Материал и методы исследований. Целью исследований было установить влияние метеорологических факторов на эффективность применения искусственного увлажнения при выращивании основных сельскохозяйственных
35
культур в засушливых условиях Северного Причерноморья. Для проведения моделирования за период с 1980 по 2020 гг. были использованы метеорологические данные Херсонской агрометеостанции [8] - минимальная и максимальная температура воздуха, относительная влажность воздуха, скорость ветра, интенсивность солнечной радиации и осадки. Для математического анализа экспериментальных данных были использованы корреляционно-регрессионный метод, вариационный анализ, а также специальные методы моделирования в агрономии [9]. Установление эффективности применения орошения при выращивании основных сельскохозяйственных культур проводили с использованием данных Института орошаемого земледелия [10].
Результаты и обсуждения. Анализом метеорологических показателей (за 12-летний период с 2005 по 2016 гг.), гидротермического коэффициента, солнечной радиации и эвапотранспирации за условный вегетационный период основных сельскохозяйственных культур с апреля по сентябрь, доказано, что они характеризовались определенными различиями в отдельные годы. Наибольший диапазон варьирования зафиксирован по обеспеченности атмосферными осадками - от 221 мм в 2006 году до 451 мм - в 2015 году, что больше в 2,0 раза (табл. 1).
Также по результатам вариационного анализа установлено, что показатели количества атмосферных осадков характеризовались наибольшей изменчивостью, при этом коэффициент вариации данного показателя составил 27,5%. Гидротермический коэффициент Селянинова, отражающий естественную увлажненность территории, также имел высокое варьирование - 28,3% с колебаниями от 0,61 (2012 г) до 1,34 (2008 г). Другие изучаемые показатели имели низкий уровень изменчивости с коэффициентами вариации менее 10%, особенно - поступление солнечной энергии, относительная влажность воздуха и сумма температур свыше 10оС.
Интересные результаты показал линейный корреляционно-регрессионный анализ изучаемых показателей с интерполяцией трендовых значений исследуемых показателей за период с 1970 по 2025 гг. (рис. 1).
Полученные в результате математического анализа многолетних метеорологических данных линии тренда свидетельствуют про высокий уровень нарастания за исследуемый период количества атмосферных осадков (обозначение 1), сумм температур воздуха более 10 оС (2) и эвапотранспирации (7). Относительная влажность воздуха (4) и скорость ветра (5) характеризовались практически полной стабильностью на протяжении исследуемого периода, а приход солнечной энергии на 1 м2 (6), наоборот, проявило тенденцию к снижению. Следует отметить, что, несмотря на увеличивающееся трендовое значение количества атмосферных осадков, также значительно выросла неравномерность их выпадения на протяжении вегетационного периода сельскохозяйственных культур, а также в последние десятилетия существенно увеличилось количество непродуктивных осадков.
36
Таблица 1. Динамка метеорологических показателей, солнечной радиации и эвапотранспирации за период с апреля по сентябрь в годы проведения исследований
Показатели Годы Среднее Коэффициент вариации, %
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Количество осадков, мм 259 221 249 439 293 397 227 235 264 316 451 401 313 27,5
Сумма температур воздуха более 10°, °С 3496 3283 3482 3286 3353 3539 3327 3858 3534 3570 3476 3574 3482 4,6
ГТК 0,74 0,68 0,72 1,34 0,87 1,12 0,68 0,61 0,75 0,88 1,30 1,12 0,90 28,3
Относительная влажность воздуха, о/ /О 63,7 64,3 59,4 67,0 59,5 65,8 62,6 60,1 61,7 60,0 65,1 66,0 62,9 4,4
Скорость ветра, м/с 2,4 2,4 2,5 2,5 2,4 1,9 2,3 2,5 2,3 2,4 2,7 2,3 2,4 8,0
Приход солнечной энергии, МДж/м2 за сутки 17,7 18,4 19,4 19,5 18,9 18,8 19,1 19,4 18,2 17,0 19,0 18,5 18,7 4,0
Эвапотранспирация, мм/сут./га 3,8 4,0 4,5 3,9 4,3 4,0 4Д 4,2 4,3 5Д 4,6 4,5 4,3 8,5
2025
Рисунок 1. Линейные зависимости результатов корреляционно-регрессионного анализа метеорологических показателей, солнечной энергии и эвапотранспирации за условный период интенсивного влагопотребления (с апреля по сентябрь) в годы проведения исследований:
1 - количество осадков, мм (y = 10,077х - 19947; R2 = 0,7821);
2 - сумма температур воздуха более 10о, оС (y = 20,119х - 36968; R2 = 0,7549);
3 - гидротермический коэффициент (y = 0,0235х - 46,269; R2 = 0,9104);
4 - относительная влажность воздуха, % (y = 0,0308х - 1,0718; R2 = 0,6816);
5 - скорость ветра, м/с (y = 0,00,21х - 1,8345; R2 = 0,7212);
6 - приход солнечной энергии, МДж/м2 за сутки (y = -0,0255х +69,975; R2 = 0,7151);
7 - эвапотранспирации, мм/сутки (y = 0,0668х - 129,99; R2 = 0,9421)
>•**♦♦••' Испаряемость
С
□ Дефицит испаряемости
KSWaa Осадки
— ♦— Коэффициент аридности
Рисунок 2. Элементы водного баланса и коэффициент аридности в зависимости от дефицита испаряемости в годы проведения исследований
38
В природно-климатическом отношении Северное Причерноморье характеризуется высоким обеспечением тепловыми ресурсами, на фоне которого на протяжении последних лет происходят климатические изменения, в основном приравнивающиеся к явлениям глобального потепления. Так, за последние десятилетия среднегодовая температура воздуха выросла на 1,9 0С, а в летние месяцы на 3,63,9 0С, достигая в июле максимального среднесуточного показателя 24,6 0С (рис. 2).
Кроме того, за последние 35 лет наблюдалось нарушение равномерного поступления атмосферных осадков в течение вегетационного периода, что привело к уменьшению коэффициента аридности до 1,43-2,36 в сухие и среднесухие годы.
Выращивание сельскохозяйственных культур связано с действием и взаимодействием многих факторов, о чем свидетельствует влияние природных и антропогенных условий. На уровне каждого хозяйства в целях повышения экологичности агротехнических и мелиоративных мероприятий и способов ведения сельского хозяйства необходимо оценивать их влияние на почвы и агроэкосистемы. В засушливых условиях Северного Причерноморья наиболее действенной мерой улучшения водного режима почвы является орошение, позволяющее оптимизировать условия ведения земледелия.
Таблица 2. Научно обоснованная структура посевных площадей на
орошаемых землях для сельскохозяйственных предприятий разного размера и специализации,%
Культуры Крупные хозяйства, имеющие животноводство Хозяйства, специализирующиеся на производстве зерна и технических культур Хозяйства овощного направления
орошение дождеванием капельное орошение
Зерновые - всего 40-45 50-60 20-25 -
в т.ч. озимая пшеница 18-20 20-25 20-25 -
кукуруза 18-20 20-25 - -
Технические - всего 5-10 30-35 - -
в т.ч. соя 5-10 20-25 - -
рапс - до 5 - -
подсолнечник - до 5 - -
Овощи и картофель, всего - - 50-60 80
Кормовые - всего 40-45 10-20 20-25 20
в т.ч. многолетние травы 20-22 10-15 18-20 -
39
Разработки отечественных учёных и опыт практиков агрономии свидетельствуют про необходимость научного обоснования севооборотов, как главного составляющего элемента систем земледелия на орошаемых землях. В севооборотах с короткой ротацией широкое распространение в регионе получила разработанная система почвозащитной энергосберегающей обработки почвы, которая обеспечивает экономию горюче-смазочных материалов (на 20%), со снижением энергоемкости процесса (на 40 %). Также доказана научно обоснованная структура посевных площадей на орошаемых землях для сельскохозяйственных предприятий разной специализации (табл. 2).
Расчетами доказано, что для обеспечения максимальной продуктивности орошения в крупнотоварных хозяйствах, имеющих животноводство, наибольший удельный вес в севооборотах до 40-45% необходимо выделить по посевы зерновых и кормовых культур. В хозяйствах, специализирующихся на производстве зерна и технических культур, при формировании севооборотов следует предоставить абсолютное преимущество на уровне 50-60% зерновым культурам, в том числе озимой пшеницы - 20-25%; кукурузе - 20-25%, а также техническим культурам, главным образом сои - 20-25%. В хозяйствах овощного направления удельный вес овощных культур и картофеля должен быть увеличен до 50-60% за счет ограничения площадей под зерновыми и кормовыми культурами. При использовании капельного орошения удельный вес овощей и картофеля следует повысить до 80%.
Рисунок 3. Коэффициент продуктивности орошаемых земель при выращивании основных сельскохозяйственных культур в условиях Северного Причерноморья
40
Вместе с тем, для инновационного развития орошаемых мелиораций в условиях Северного Причерноморья есть ряд нерешенных вопросов. На ближайшую перспективу необходимо углубить исследования в направлении улучшения влаго-
обеспеченности посевов сельскохозяйственных культур за счет применения вла-гонакопительных способов основной обработки почвы, водосберегающих режимов орошения, нормирования ресурсов и других агротехнологических факторов.
Расчётами доказан высокий уровень коэффициента продуктивности орошения земель при выращивании основных сельскохозяйственных культур (рис. 3).
Максимальным, на уровне 4,60, этот показатель сформировался у кукурузы на зерно, а также у люцерны второго года использования - 4,37. Минимальные значения коэффициента продуктивности орошения были получены при выращивании озимого ячменя - 1,25. Полученные данные свидетельствуют о необходимости учета параметров продуктивности орошения для каждой сельскохозяйственной культуры при планировании севооборотов и повышении эффективности использования искусственного увлажнения в засушливых условиях Северного Причерноморья.
Выводы. Эффективное ведение земледелия на орошаемых землях на фоне нарастания экологических проблем и негативного влияния климатических изменений обуславливает необходимость поиска новых подходов к организации производства растениеводческой продукции на поливных землях, планирования и оперативного управления режимами орошения, нормирования всех видов ресурсов, экономическая и экологическая целесообразность применения каждого элемента системы земледелия. Для решения проблем орошаемого земледелия в условиях климатических изменений на глобальном, региональном и локальному уровнях необходимо сконцентрироваться на выполнении следующих стратегических направлений: разработать и внедрить мероприятия по водного, питательного и других режимов почвы за счет применения влагосберегающих способов основной обработки почвы; оптимизировать структуру посевных площадей, севооборотов, систем удобрения и защиты растений; разработать адаптивные режимы орошения к конкретным полям и севооборотам на основе учета расхода воды культурами и испарения. Доказано, что в крупнотоварных хозяйствах, имеющих животноводство, необходимо в орошаемых севооборотах увеличить до 40-45 % удельный вес зерновых и кормовых культур. В хозяйствах, которые специализируются на производстве зерна и технических культур, оптимальным решением будет увеличение посевной площади в севообороте до 50-60 % зерновых культур. В овощеводческих хозяйствах удельный вес овощных культур и картофеля целесообразно увеличить до 50-60%, а при использовании капельного орошения - до 80 %. Установлено, что самый высокий коэффициент продуктивности орошения при выращивании сельскохозяйственных культур на поливных землях получен у кукурузы на зерно (4,60) и у люцерны второго года использования (4,37). Проведенная сравнительная характеристика полученных коэффициентов обуславливает необходимость учета параметров продуктивности орошения для каждой
41
сельскохозяйственной культуры при планировании севооборотов и повышения эффективности орошения.
Список использованных источников:
1. Орошаемое земледелие / Кузнецова Е.И. [и др.]. - М.: Изд-во ФГБОУ ВПО РГАЗУ, 2012. - 117 с.
2. Планирование водопользования при орошении сельскохозяйственных культур: инструктивно-методическое издание / Ольгаренко Г.В. [и др.]. - М.: Изд-во ФГБНУ «Росин-формагротех», 2014. - 172 с.
3. Современное состояние орошаемого земледелия в мировой практике / Калашников А.А. и др. [electronic resource]. URL: http://www.rusnauka. com/26_WP_2012/Agricole/3_116187. doc.htm (дата обращения: 16.02.2023).
4. Статистические материалы на официальном сайте Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных наций [electronic resource] URL: http://www. fao.org/statistics/ru/ (дата обращения: 16.02.2023).
5. Ефремов А.Н. Лазерная планировка орошаемых земель. - М.: Издательство ООО «Литера Принт», 2016. - 52 с.
6. Отчет о реализации I этапа (2014-2016 годы) федеральной целевой программы «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы» / Горнов Г.С. [и др.]. - М.: Изд-во ФГБНУ «Росинфор-магротех», 2017. - 88 с.
7. Лымарь А.О. Экологические основы систем орошаемого земледелия. -К.: Аграрная наука. - 1997. - 398 с.
8. Херсон. Архив метеорологических данных [electronic resource]
References:
1. Irrigated agriculture / Kuzne-tsova E.I. [and etc.]. - M.: Publishing House of FSBEI HE RSACU, 2012. - 117 p.
2. Water use planning for irrigation of agricultural crops: instructive and methodological publication / Olgarenko G.V. [et al.].- M.: Publishing house ofthe FSBSI "Rosinformagrotech", 2014. - 172 p.
3. The current state of irrigated agriculture in world practice / Kalashnikov A.A. and others [electronic resource]. URL: http://www.rusnauka. com/26_WP_2012/Agricole/3_116187. doc.htm (Accessed 16.02.2023).
4. Statistical materials on the official website of the Food and Agriculture Organization of the United Nations [electronic resource] URL: http://www.fao.org/statistics/ru/ (date of access: 02/16/2023).
5. Efremov A.N. Laser planning of irrigated lands. - M.: Publishing house of Litera Print LLC, 2016. - 52 p.
6. Report on the implementation of stage I (2014-2016) of the federal target program "Development of melioration of agricultural land in Russia for 2014-2020" / Gornov G.S. [and etc.].
- M.: Publishing house of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Rosinfor-magrotech", 2017. - 88 p.
7. Lymar A.O. Ecological foundations of irrigated farming systems.
- K .: Agrarian science. - 1997. - 398 p.
8. Kherson. Meteorological data archive [electronic resource] URL: http://rp5.ru/kherson.archive.
42
URL: http://rp5.ru/kherson.archive.
9. 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.
10. Отчетные материалы отдела орошаемого земледелия Института орошаемого земледелия за период 1980-2020 гг.
9. Ushkarenko V.A., Lazarev N.N., Goloborodko S.P., Kokovikhin S.V. Dispersion and correlation analysis in plant growing and meadow growing: monograph - M.: Izd. RGAU - MSHA them. K.A. Timiryazeva, 2011. - 336 p.
10. Reporting materials of the Department of Irrigated Agriculture of the Institute of Irrigated Agriculture for the period 1980-2020.
Сведения об авторах:
Адамень Фёдор Фёдорович - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик НААН, советник директора по науке ФГБУН «Ордена Трудового Красного Знамени Никитский ботанический сад - национальный научный центр РАН».
Коковихин Сергей Васильевич -доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры ботаники и защиты растений ГБОУ ВО «Херсонский аграрный университет», e-mail: serg. [email protected], 73006, г. Херсон, ул. Розы Люксембург, 23, ГБОУ ВО «Херсонский аграрный университет».
Сташкина Алёна Фёдоровна -кандидат сельскохозяйственных наук ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН», научный сотрудник, 299011, Россия, г. Севастополь, проспект Нахимова, 2, ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН».
Information about the authors:
Adamen Fedor Fedorovich - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Academician of the National Academy of Sciences, Advisor to the Director for Science of the FSBIS "Order of the Red Banner of Labor Nikitsky Botanical Garden - National Scientific Center of the Russian Academy of Sciences".
Kokovikhin Sergey Vasilevich -Doctor of Agricultural Sciences, Professor 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.
Stashkina Alena Fedorovna -Candidate of Agricultural Sciences, Researcher of the FSBIS FRC "A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the South Seas of the Russian Academy of Sciences", FSBIS FRC "A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the South Seas of the Russian Academy of Sciences", 2, Nakhimov Avenue, Sevastopol, 299011, Russia.
43
