CC BY
16
УДК 502/504:631.67
Ю. В. КУЗНЕЦОВ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»
НЕКОТОРЫЕ КРИТЕРИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВЫ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ
Расчетным путем установлены допустимые бесстоковые поливные нормы для посевов томатов на светло-каштановых средне- и тяжелосуглинистых почвах. Определены сочетания предполивных порогов влажности почвы и глубины расчетного слоя увлажнения, позволяющие стабильно получать расчетную урожайность и удовлетворяющие условиям невозникновения ирригационной эрозии.
Допустимая норма полива, элементы техники полива дождеванием, режим орошения томатов.
The admissible sprinkling drain-free rates for tomato planting on the light-chestnut medium- and heavy-loamy soils are estimated. There are determined combinations of pre-watering thresholds of soil moisture and depth of the moisture estimated layer allowing constantly obtaining the estimated crop harvest and satisfying the conditions of irrigation erosion non-arising.
Admissible watering rate, elements of
tomatoes.
Стабильное производство сельскохозяйственной продукции в условиях Волго-Донского междуречья, относящегося по климатическим условиям к зоне рискованного земледелия, возможно только в условиях орошения, обеспечивающего восполнение дефицита водных ресурсов в период активной вегетации растений. Современное экологическое состояние мелиоративного фонда настоятельно требует оптимизации антропогенного воздействия наряду с совершенствованием существующих и созданием новых научно обоснованных технологий природопользования, способных повысить эффективность эксплуатации оросительных систем.
Основным средством сельскохозяйственного производства, которое должно оставаться не только сохраненным, но и улучшенным, является почва. Защита орошаемых земель от эрозии - важнейшая часть проблемы расширенного воспроизводства плодородия почв, его наращивания, особенно пашни. Выявление причин, приводящих к нарушению
sprinkling technology, irrigation regime of
экологической устойчивости орошаемых агроландшафтов, и разработка мероприятий по снижению их воздействия является наиболее актуальной задачей в современных экологических условиях.
Основные элементы противоэрозион-ной техники полива дождеванием - максимальная установившаяся скорость безнапорного впитывания, допустимая поливная норма и длительность полива, зависящие от условий рельефа, свойств почв и энергетических параметров дождя.
Кроме совершенствования технологии проведения полива различными дождевальными машинами рекомендуются и широко применяются агротехнические приемы (прерывистое бороз-дование, щелевание, кротование, лункование, глубокое рыхление, плоскорезная обработка почвы и т. д.). Однако их выбор и применение в конкретных почвенно-климатических условиях связаны с некоторыми трудностями. Результаты эксперимента и расчета смыва почвы по эмпирическим зависимостям не имеют тесной
корелляционнои связи, это затрудняет оценку эффективности одних и тех же приемов предупреждения эрозии. Обобщающих материалов об эффективности перечисленных приемов краИне мало.
В связи с этим по результатам экспериментальной части опыта в хозяйствах Волгоградской области (совхоз «АхтубинскиИ», СПК «СветлоярскиИ», КСП «Суровикинское») с целью уменьшения поверхностного стока и смыва почвы проведена оценка совместного влияния тех факторов эрозии, которые одновременно являются элементами техники полива.
Расчетным путем были установлены допустимые бесстоковые поливные нормы для посевов томатов на светло-каштановых почвах средне- и тяжелосуглинистых по гранулометрическому составу применительно к отечественным дождевальным машинам и агрегатам типа ДДА-100МА, ДМ «Фрегат», ДФ-120 «Днепр», ДКШ-64 «Волжанка», ДДН-70, ЭДМФ «Кубань», МДЭК «Кубань-ЛК», «Мини Фрегат-К», «Мини Кубань-К», «Мини Кубань-ФШ», «Фермер Кубань-ЛК».
В результате выполненных расчетов выявлено, что величина максимальной установившейся скорости безнапорного впитывания P является
max y
определяющеИ при установлении допустимых бесстоковых поливных норм. Ее значение может изменяться в зависимости от характеристик применяемых дождевальных машин, от степени развития надземноИ части сельскохо-зяИственных культур (площади покрытия листовоИ поверхностью верхнего контактного слоя почвы) и от величины средневзвешенного диаметра водопрочных агрегатов.
Используя имеющиеся данные водно-физических своИств, впитывающеИ способности и гранулометрического состава почв при уклонах орошаемого поля до 0,01, можно расчетным путем установить допустимую поливную норму.
Для расчета необходимо определить энергетические характеристики
дождя: интенсивность, размер и скорость падения дождевых капель. Характеристики зависят от дождевальных аппаратов, определяются экспериментально или по эмпирическим зависимостям [1].
На основании выполненных авторами расчетов максимальная установившаяся скорость безнапорного впитывания P равна 0,03 мм/мин. На
max y
величину P существенное влияние
max y
оказывает надземная часть растениИ [1]. Положительное влияние проективного покрытия растениИ S связано с уменьшением силы удара капель дождя F в результате изменения надземноИ частью растениИ скорости vK и диаметра dK капель дождя, что предохраняет структуру верхнего контактного слоя почвы от разрушения.
В зависимости от фазы развития томата (степени проективного покрытия) большая или меньшая часть орошаемого участка характеризуется повышен-ноИ величиноИ средневзвешенного диаметра водопрочных агрегатов верхнего слоя почвы, а значит и большеИ мак-симальноИ установившеИся скоростью впитывания. При S = 100 % посевов томатов максимальная установившаяся скорость безнапорного впитывания Pmax y = 0,06 мм/мин. Проведение поливов с интенсивностью дождя, не превы-шающеИ расчетных значениИ P ,
max y
может служить основным мероприятием по ликвидации стока и сброса воды за пределы орошаемого поля. Но расчетные величины P даже с учетом
max y
влияния проективного покрытия не соответствуют параметрам интенсивности дождевания существующих в настоящее время дождевальных машин (r = 0,67 мм/мин для МДЭК «Кубань-ЛК»). Поэтому для проведения поливов современными дождевальными машинами без образования стока приходится ограничивать поливную норму определен-ноИ допустимоИ величиноИ. Под допусти-моИ нормоИ полива m понимается слоИ
г доп
воды, которыИ распределяется в течение всего полива с заданноИ выше P интен-
max y
сивностью дождя без образования стока.
№ 5' 2010
(19|
Величина допустимоИ поливноИ нормы определяется следующеИ зависимостью [1]:
1,6710 -5 A • r
m =-— =
доп (r - P )eF
v max y '
1,67 • 10-5 • 1,61 • 103 • 1,12• 10-5 = (1,12 • 10-5 - 0,057 • 10-5)e0,47 = 0,0177 м = 17,7 мм = 177 м3/га,
где A - параметр, учитывающиИ влияние своИств почвы, с (A = 26,90 мин); r - интенсивность дождя, м/с (r = 1,12-10-5); е - основание натурального логарифма; F - сила удара капель дождя, кН/м2-с (F = 0,47).
По применяемоИ технологии возделывания томатов необходима нарезка направляющих щелеИ для проведения междурядных обработок до всходов и с повышенноИ скоростью. Это меро-при-ятие одновременно является и проти-воэрозионным, так как обусловливается аккумуляциеИ и повышенноИ инфильтрациеИ воды в щелях.
Применяя предложенную методику расчета [1], можно приближенно оценить эффективность щелевания при размерах щелеИ b = 0,04 м, h = 0,4 ми расстоянии между ними l = 1,4...2,8 м (по 0,7 м от оси трактора).
В результате расчета определен слоИ воды, которыИ дополнительно к допустимоИ поливноИ норме может быть задержан в результате щелевания почвы (Am = 0,0132 м).
Допустимая поливная норма с учетом проведения щелевания: m = m + Am = 0,0177 + 0,0132 =
доп.щ. доп. 7 7
= 0,031 м.
Допустимая поливная норма вычислена без учета проективного покрытия растениями томата. Расчетами установлено, что ее значение будет больше на 11 мм в фазу наибольшего проективного покрытия. Значит, величина допустимоИ поливноИ нормы будет колебаться в течение вегетационного периода и составит в начале периода 31 мм, а к концу может достичь 42 мм. Это указывает на то, что при поливе посевов томатов дождеваль-ноИ машиноИ «Кубань-ЛК» поливными нормами свыше 31,0...42,0 мм соответственно фазам роста будет
возникать опасность образования стока и смыва почвы.
Необходимо отметить, что при поддержании расчетного поливного порога влажности почвы (60, 70, 80 или 90 % НВ) в каждом отдельно взятом случае впитывающая способность почвы (при всех прочих равных условиях для определенного типа почв) будет различной. Поэтому будет наблюдаться варьирование допустимой поливной нормы и в зависимости от поддержания конкретного уровня предполивного порога влажности, т. е. чем меньше его величина, тем большее значение может принимать допустимая поливная норма.
Анализ расчетных данных показал, что у отечественных дождевальных машин минимальное значение допустимой поливной нормы находится в пределах 120...190 м3/га при поддержании режима влажности почвы на уровне 80 % НВ и максимальное - 180.290 м3/га при жестком режиме влажности почвы в пределах не ниже 60 % НВ.
Применение исследуемых режимов увлажнения почвы с переменной глубиной в большей степени удовлетворяет условиям невозникновения ирригационной эрозии, поскольку в этих вариантах увеличивается количество поливов и уменьшается поливная норма, особенно с уменьшением амплитуды колебаний влажности почвы от верхней до нижней границы НВ.
В результате исследований установлена возможность формирования одного и того же уровня урожайности при различном сочетании факторов водного и пищевого режимов почвы. В связи с этим необходимо рассмотреть влияние условий увлажнения почвы для различных вариантов на состояние окружающей среды.
Анализ полученных данных показывает, что при условии поддержания уровня увлажнения в пределах 85...95...85 и 85 % НВ при постоянной и переменной глубине увлажняемого слоя почвы поливная норма в течение трех лет исследований была
меньше допустимой. В варианте 75...Б5...75 % (0,3...0,6 м) были проведены 1-2 полива нормой 50 мм, превышающей допустимую в 1,6 раза. Всего же в эти годы было проведено соответственно 15 и 17 поливов.
При поддержании постоянной глубины увлажнения число поливов, превышающих допустимую поливную норму, наблюдалось в течение всего периода исследований и колебалось от двух до четырех в год.
При снижении предполивного порога влажности до 65...75...65 % НВ по всем вариантам и во все годы исследований наблюдалось превышение допустимых поливных норм в 1,3...2,3 раза.
Таким образом, на жестком режиме увлажнения необходимо увеличить количество щелей, т. е. применять на тракторе не 2, а 4 щелевателя-направителя с постоянным расстоянием между ними 1,4 м. Это обеспечит минимальное расхождение поливных норм с допустимыми и достижение оптимальной с точки зрения невозникновения ирригационной эрозии экологической обстановки на орошаемом участке. А допустимая поливная норма возрастает до 67,6 мм.
Применение исследуемых дифференцированных режимов увлажнения почвы с переменной глубиной расчетного слоя (0,2...0,6; 0,3...0,6; 0,4...0,6 м) в значительной мере удовлетворяет условиям невозникновения ирригационной эрозии, так как в этих вариантах увеличивается количество поливов и уменьшается величина поливной нормы расчетного режима орошения, особенно в вариантах, где
амплитуда колебания влажности почвы от верхней до нижней границы минимальная. Анализ полученных данных в хозяйствах Волгоградской области показывает, что в разработанных дифференцированных режимах орошения с переменной глубиной расчетного слоя увлажнения почвы, обеспечивающих получение урожая томата на планируемом уровне, величина рассчитанной поливной нормы не превышает ее допустимых значений в различные по влажности годы. Поэтому применение технологии полива овощных культур дождеванием с переменной глубиной расчетного слоя увлажнения (0,2.0,6; 0,3.0,6; 0,4.0,6 м) и поддержание пред-поливного порога влажности почвы не ниже 70 % НВ в сочетании со щелевани-ем обеспечивает в различные по влажности годы исключение поверхностного стока в течение всего периода вегетации.
Благоприятно складывающуюся эколого-мелиоративную обстановку на опытном орошаемом участке подтверждает и тот факт, что сумма обменных оснований Са, М£ и Ыа оставалась неизменной. Отклонение в ту или другую сторону по годам исследований не превышало 5 % от первоначально определенного и находилось в течение трех лет на уровне 22,7 мг-экв на 100 г почвы в пахотном горизонте, в том числе 15,0 мг-экв приходилось на долю обменного Са, а обменный Ыа редко превышал 5...9 %.
Материал поступил в редакцию 02.08.10. Кузнецов Юрий Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Кадастр недвижимости и геодезия» Тел. 8-904-403-55-00
№ 5' 2010
