Перспективы развития орошения в Ростовской области Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ПРОБЛЕМЫ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

УДК 626.8:631.411.2

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОРОШЕНИЯ В РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

© 2006 г. С.М Васильев, Е.А. Васильева

В конце 50-х годов прошлого века широкомасштабное внедрение орошаемого земледелия в Ростовской области, было нацелено на скорейшее получение максимальной продукции сельского хозяйства с вводимых в строй оросительных систем. Орошаемые земли играли все возрастающую роль в увеличении площадей интенсивных севооборотов. Вопросы поддержания и охраны природного комплекса решались формально. В результате накопилось немало проблем, тормозящих дальнейший подъем земледелия. К важнейшим из них относятся: непоследовательный, не комплексный подход к интенсификации сельскохозяйственных угодий; низкая агротехника возделывания сельскохозяйственных культур (нарушение севооборотов); низкий технический уровень мелиоративных систем; неблагоприятные гидрогеологические условия с массовым развитием орошения, способствующие миграции растворимых солей; моральное и физическое старение мелиоративных систем и объектов; снижение плодородия земель и сельскохозяйственных культур; низкая эффективность мелиорированных земель. Находящиеся в государственной собственности объекты межхозяйственной сети теряют свой технический ресурс, но более всего в процессе реформ пострадали каналы внутрихозяйственной оросительной сети и дождевальная техника. Ухудшение природного плодородия почв происходит как в орошаемом, так и в богарном земледелии. На орошаемых землях особенно интенсивно стали развиваться процессы деградации почв, такие как: переувлажнение; подъем уровня грунтовых вод; засоление; водная эрозия; слитность и т.д. [1].

Высокая степень освоенности земель Ростовской области и чрезмерные антропогенные нагрузки привели к тому, что степи стали природной зоной, имеющей наибольшую долю нарушенных земель и прогрессирующих негативных процессов. Для достижения максимума воспроизводящих свойств орошаемых ландшафтов неограниченно долгое время необходимо рациональное использование всех природных элементов в едином комплексе. В настоящее время в связи с экономическим кризисом и экологической целесообразностью формируется стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства. Стратегия ландшафтного природопользования, в современных условиях, это целенаправленная оптимальная пространственно-

временная организация современных агроландшаф-тов, которая должна быть наиболее адекватной их природной структуре и динамике [2]. Достижение высоких и устойчивых результатов в сельскохозяйственном производстве в значительной степени зависит от сложившейся в данное время экологической ситуации, от наличия и степени рациональности использования земельных, водных и других природных ресурсов. Необходима защита непосредственных результатов мелиоративной деятельности от негативных последствий изменения среды и других побочных явлений снижающих расчетный положительный эффект. Повышение эффективного использования земельных ресурсов должно проводится путем внедрения новых водо- и почвосберегающих технологий орошения, адаптированности мелиоративных систем для ландшафта.

Наиболее полно такому эколого-экономическому подходу, с учетом сельскохозяйственных зон, отвечает принцип периодического орошения сельскохозяйственных культур в севооборотах, когда после получения запланированных на ряд лет экономического эффекта, накопления в почве гумуса, улучшения ее структуры и в целом повышения плодородия участок оставляют под богарное земледелие на срок, необходимый для восстановления уровня грунтовых вод и выноса биологическим дренажом солей, внесенных с оросительной водой [1-3]. В настоящий момент времени недостаточно иметь высокую надежность технических средств, обеспечивающих доведение к полю расчетного количества влаги в заданные сроки. Требуется гарантия того, чтобы в мелиоративных системах было сведено до минимума негативное влияние техногенной составляющей системы на природную.

Оптимизированная технология периодического орошения, в условиях Ростовской области, не должна, за счет искусственного орошения, качественно менять наиболее благоприятные водный и солевой режимы, особенности которых предопределили существование именно данного типа почв в рассматриваемой местности. За исходную гипотезу принято, что чем в более засушливой зоне находится севооборот, тем менее продолжительное время каждое поле может находиться в условиях искусственного орошения.

В качестве исходного материала использовались опытные данные научно-исследовательских учреждений и организаций [4-6]

Для оптимизации периодического орошения сельскохозяйственных культур в севооборотах исследования проводились по следующим направлениям:

1. Осуществление сбора информации по данным полевых исследований о изменении свойств почв при орошении.

2. Определение оптимального воздействия оросительной воды на почву, при использовании полустационарно-мобильной системы орошения.

3. Выявление культур, в составе севооборотов, дающие достаточно высокие урожаи при орошении и при естественном увлажнении.

4. Прогнозирование эффективного сочетания периодов орошения и богарного использования поля севооборота.

Исследования нацелены на выявление оптимальных параметров периодического орошения сельскохозяйственных культур в севооборотах с учетом данных по мелиоративным условиям орошаемых участков, особенности которых уточнялись с использованием программ для ПЭВМ. Оптимизация периодического орошения сельскохозяйственных культур в севооборотах проводилась по следующим этапам:

1. Определение сельскохозяйственной зоны, в которую входит участок исследований.

2. Сбор и обобщение опытных и статистических материалов.

3. Оптимизация периодического орошения.

4. Определение наилучшего варианта полустационарной или мобильной оросительной системы.

Агротехника на исследуемых участках, за исключением опытного, общепринятая, на основании зональных рекомендаций. Культуры, выращиваемые в севооборотах - районированные сорта и гибриды. Режим орошения (нормы, сроки и число поливов), техника поливов устанавливалась в зависимости от зональных особенностей, культуры в соответствии с рекомендациями.

Район орошаемого земледелия на юге Ростовской области представляет равнину с абсолютными отметками от 3 до 200 м, поверхность которой расчленена долинами рек Дон, Сал, Маныч, Егорлык и его притоки, которые одновременно являются естественными границами оросительных систем.

На основании почвенно-климатических и экологических условий и физико-географического положения на территории Ростовской области выделено шесть сельскохозяйственных зон [1]. Участок исследований располагается в Веселовском районе и относится к Центральной орошаемой зоне, подзоне 111-б.

Эта подзона характеризуется следующими природно-климатическими условиями: количество осадков годовое - 390-450 мм; за период с температурой выше + 10 °С — 190 - 250 мм; продолжительность безморозного периода 175 - 180 дней. Лето жаркое, максимальная температура достигает + 38 ... + 40 °С. Основными элементами рассматриваемой зоны явля-

ются теплообеспеченность, влагообеспеченность и биоклиматический потенциал.

Для определения потребностей почвообразовательного процесса в водных мелиорациях определяли радиационный баланс солнечной энергии на поверхности почвы [1]:

Я = Я' Ь Вп ,

где Я' - гидротермический коэффициент; Ь - скрытая теплота парообразования, кДж/см2/год; Вп - количество впитавшейся в почву воды, мм.

Условия влагообеспеченности растений и увлажненность местности определялись по методу Д.Н. Шаш-ко (отношением осадков к основному фактору испарения - дефициту влажности воздуха):

Мё = Р / У[Е - е], где Р - осадки, мм/год; [Е - е ] - сумма среднесуточных значений дефицита влажности воздуха в год.

За критерий биологической продуктивности принимается биоклиматический потенциал, характеризующий возможность климата для сельскохозяйственного производства:

Xг° > 100 с

БКП = Кр

1000

где Кр - отношение максимальной продуктивности в условиях достаточного увлажнения к продуктивности

Уг0 >100 с

при недостатке влаги; —- - относительная

1000

величина биоклиматического потенциала.

Преобладающие почвы на территории Центральной зоны - черноземы обыкновенные, очень теплые, периодически промерзающие, карбонатные, мощные глинистые и тяжелосуглинистые. В табл. 1 представлены характеристики условий почвообразовательных процессов сельскохозяйственных зон Ростовской области.

При постоянном орошении сельскохозяйственных культур в севооборотах теряется значительное количество гумуса. Обобщенные данные полевых исследований и результатов работ других авторов [2, 3] о динамике процентного содержания гумуса на орошаемых черноземах представлены на рис. 1.

&

ю о

£ 3

£ 2

й

а

¡и1 «

о О

Ненарушенный чернозем

~I I

1990 1995 2000

годы

2004

Рис. 1. Изменение содержания гумуса в орошаемых обыкновенных мицеллярно-карбонатных черноземах Центральной зоны: 1 - в пахотном слое; 2 - в подпахотном слое

5

4

1

1

0

Анализируя приведенные данные рисунка 1, можно сделать вывод о том, что в периоды кризиса сельскохозяйственного производства содержание гумуса возрастало (1990-2000 гг.). Начиная с 2000 г., в связи с некоторой стабилизацией экономической ситуации в стране и увеличением техногенной нагрузки на поля, происходит снижение содержания гумуса.

Известно, что при периодическом орошении обеспечивается прирост сельскохозяйственной продукции, улучшаются водно-физические и химические свойства почвы благодаря выращиванию при орошении трав, травосмесей, бобовых культур. Использование периодического орошения позволит частично решить проблему водосбережения и снижения объемов миграций химических элементов. На основании проведенного научно аналитического обзора технологий орошения выявлено, что при периодическом орошении сельскохозяйственных культур наиболее целесообразно и экологически выгодно использовать полустационарные и мобильные оросительные системы представленные дождевальными шлейфами и комплектами синхронно-импульсного дождевания. Для проведения исследований были выбраны дождевальные шлейфы ШД-25-300 и ШД-25-30-А предлагаемый специалистами ФГНУ «РосНИИПМ» и комплект КСИД-10А выпускаемый АО «Автополив» г. Тирасполь. Дождевальные машины «Волжанка», «Днепр», «Кубань», «Фрегат», «ДДА-100МА» и др. более раннего

выпуска имеют существенный недостаток - высокую интенсивность дождя, которая превышает среднюю скорость впитывания в почву, что часто приводит к образованию поверхностного стока и водной эрозии. Одним из путей повышения эффективности орошения дождевальных систем является внедрение технологии экологически оптимального орошения, полностью снижающей деградацию почв и затрат на строительство. Экологически приемлемые технические средства нацелены на обеспечение: ежедневного водопотреб-ления; длительного положительного воздействия на растения, почву и приземный слой воздуха. Это обеспечивается за счет снижения интенсивности водопо-дачи и ее приближения к интенсивности водопотреб-ления. Допустимые и фактические средние нормы интенсивности дождя различной техникой орошения, обобщенные по результатам исследований представлены в табл. 2.

При выборе контрольных участков необходимы предварительно благоприятные условия для организации периодического орошения. Они определяются уровнем грунтовых вод (не менее 3 м) и наличием близких источников для забора качественной оросительной воды. Экологическая надежность периодического орошения повышалась за счет биологического дренажа культурами с соседнего неорошаемого участка.

Таблица 1

Условия почвообразования в Ростовской области

Сельскохозяйственные зоны Продолжительность теплого периода, />10 Годовое количество осадков за, мм Годовое количество осадков за вегетативный период, мм Запасы продуктивной влаги в метровом слое, мм Среднегодовая температура Мощность плодородного покрова, м ППК, мг. экв. на 100 г Влажность в активном слое, доли НВ Влагоемкость, мм Коэффициент фильтрации Модульный коэффициент Степень засоленности почв, S, % от массы содержания солей

Северо-западная 175 370-450 190-240 90-130 6 0,4-0,7 33-50 0,7 290-360 0,09-0,12 1,36 >2-3

Северо-восточная 190 250-350 180-225 75-110 7 0,4-0,7 35-70 0,75 210-360 0,12-0,27 1,36 0,5-2

Центральная (орошаемая) 170 370-450 190-240 90-130 7 0,4-0,7 35-70 0,75 210-360 0,12-0,27 1,27 0,5-3

Приазовская 180 380-500 200-260 130-180 6 0,6-0,9 35-63 0,75 290-360 0,09-0,12 1,27 0,5-3

Южная 180 380-500 200-260 130-180 6 0,6-0,9 33-50 0,7 290-360 0,09-0,12 1,21 0,5-3

Восточная 190 250-350 180-225 75-110 8 0,3-0,6 25-40 0,8 210-280 0,12-0,27 1,21 0,5-2

Таблица 2

Допустимые и средние значения интенсивности дождевания

Тип почвы Допустимая интенсивность, мм/мин Средняя интенсивность дождевальных машин, мм/мин

Волжанка, Днепр, Фрегат ДДА-100МА ШД 25-30-А КСИД-10А

Супесчаные 0,74 - 0,17 0,3 - 0,32 0,36 - 1,8 0,17 0,02

Среднесуглинистые 0,42 - 0,09

Тяжелосуглинистые 0,09 - 0,025

Для прогноза оптимального сочетания периодов орошения и периодов богарного использования участков использовали информацию о процессах протекания деградации почв при орошении и экологическими требованиями к восстановлению черноземов [3].

Длительность экологически оптимального периода орошения участков ориентировочно можно установить на основании изучения показателей ухудшения мелиоративной обстановки и критических значений показателей состояния южных черноземов. Предложены показатели, позволяющие оптимизировать безопасную, для южных черноземов, продолжительность оросительного периода. Величины показателей состояния южных черноземов, по достижению которых необходим перевод орошаемого участка в богарный режим использования, представлены в табл. 3.

Длительность временного орошения участка, соответствующему по своим показателям природному ландшафту, ограничивается при достижении граничных значений показателей (начальная стадия экологического кризиса по В.М. Ивонину). В этом случае необходимо орошаемый участок переводить в богарный режим.

Рассматривая интенсивность орошения по длине струи воды можно отметить неравномерность выпадения осадков. Так, например, в радиусе 0,2-0,3 длины струи от места установки оросителя осадков практически не наблюдается. На расстоянии 0,7-0,85 длины струи выпадает максимальное количество осадков. Поэтому, для исключения непролива и равномерности орошения площади по длине струи необходимо установить другой ороситель на расстоянии радиуса действия первого, т. е. произвести перекрытие.

Таблица 3

Оптимальные, допустимые и граничные значения показателей

Показатель состояния Значения показателя

Оптимальные Допустимые Граничные

Ранее неорошаемые пахотные земли при циклическом орошении

Плодородие почв, % от потенциального 100 90-100 менее 60

Содержание гумуса в слое почв 0-20 см, % 100 90-100 менее 70

Мощность гумусового горизонта в районах эрозии: мощные и среднемощные черноземы, см >50 25-55 менее 15

Мощность гумусового горизонта в районе дефляции, см 50 35-50 менее 25

Площадь средне- и сильно эродированных почв, % общ. пл. 0 0-10 более 10

Ранее орошаемые пахотные земли при циклическом орошении

Водно-физические показатели почв:

- сумма водопрочных агрегатов >0,25 мм, % 64-69 30-60 менее 30

- объемный вес слоя 0-20 см, г/см3 1-1,1 1,12-1,6 более 1,16

- общая скважность, % >55 50-55 менее 50

- наименьшая влагоемкость, % >55 35-55 менее 25

Химические показатели почв:

- хлоридный тип засоления <0,03 0,03-0,10 более 0,1

- сульфатно-хлоридный <0,05 0,05-0,12 более 0,12

- хлоридно-сульфатный <0,10 0,10-0,25 более 0,25

- сульфатный <0,15 0,15-0,30 более 0,3

- содово-хлоридный и хлоридно-содовый <0,10 0,10-0,15 более 0,15

- содово-сульфатный и сульфатно-содовый <0,15 0,15-0,25 более 0,25

Содоустойчивость, мг-экв/100 г <10 10-20 более 20

Запасы гумуса в слое 0-20 см, т/га >200 150-200 менее 100

Вода для орошения:

- класс (по Бездниной С.Я.) 1 1 2

- минерализация воды, г/дм3: 0,3 - 0,4 0,4 - 0,5 более 0,5

Средняя глубина залегания грунтовых вод, м. >6 4-5 менее 3

Определены величины оптимального воздействия оросительной воды при циклическом орошении овощей на почву орошаемого участка: площадь орошения 40-50 га; поливная норма для капусты - 350 м3/га, для лука 500 м3/га; интенсивность дождя менее 0,17 мм/мин; диапазон регулирования влажности почвы 0,75 НВ; активный слой орошения 0,3-0,4м; крупность капель 0,6-1,0 мм.

Поэтому эффективную зональную норму для южных черноземов следует определять по зависимости

Мзф.зон = Мдоп = 100 а Н (В - 0,75ИБ), где Мэф.зон -эффективная зональная норма, м3/га; Мдоп -допустимая поливная норма, при которой сток не превышает 10 % [5]; а - объемная масса в слое 0 - 25 см, г/см3; Н - расчетный слой, см; НВ - наименьшая вла-гоемкость, %

Более низкая энергоемкость и стоимость эксплуатации дождевальных шлейфов, а также преимущества по сравнению с традиционно используемой техникой орошения заставили обратить внимание на целесообразность их использования в периодическом орошении. Поддержание влажности почвы на необходимом уровне без доведения ее до верхнего предела создает возможность аккумулирования части естественных осадков в слое активного влагообмена. Такой подход позволяет повысить коэффициент продуктивного использования естественных осадков уменьшить оросительную норму и соответственно снизить величину угнетающего воздействия искусственного орошения на формирование естественного режима развития почв.

Для увеличения глубины промачивания почвы, сохранения ее структуры и плодородия, целесообразно производить поливы дробными нормами 0,5 от Мдоп. Это позволит наиболее эффективно промочить корне-обитаемый слой без образования стока и разрушения структурных агрегатов слоя 0-25 см. Применение обоснованных норм полива позволит обойтись без устройства коллекторно-дренажной сети. Небольшой диапазон изменения влажности, при использовании дождевальных шлейфов, создает объективные условия, исключающие перенос солей из нижних горизонтов в верхние и предупреждает засоление почв. Эко-лого-экономическая эффективность орошения повышается биологическим дренажом.

Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации г. Новочеркасск

На основании проведенных исследований можно сделать следующие общие выводы:

1. Снизить негативную техногенную нагрузку на орошаемые агроландшафты Ростовской области возможно за счет повышения экологической безопасности способов орошения.

2. Одним из путей повышения эффективности орошения дождевальных систем является внедрение технологий экологически безопасного орошения, полностью снижающей деградацию почв.

3. Экологически приемлемые технические средства должны быть нацелены на обеспечение: ежедневного водопотребления; длительного положительного воздействия на растения, почву и приземный слой воздуха; снижения интенсивности водоподачи и ее приближения к интенсивности водопотребления.

Литература

1. Бобченко В.И. Режимы передвижного циклического орошения и гидроциклически-богарных мелиораций. В кн.: Экологические основы орошаемого земледелия. М., 1995.

2. Ивонин В.М. Экологическое обследование земельных угодий. Новочеркасск, 1995.

3. Шумаков Б.Б., Бобченко В.И. Технологии гидроциклических богарных комплексных мелиораций // Науч.-техн. достижения. Т.1. Технология мелиорации земель. Спец. выпуск. М., 1989.

4. Щедрин В.Н. Стратегия использования орошаемых земель в современных условиях // Мелиорация и водное хозяйство. М., 2003. № 3. С. 45-51.

5. Щедрин В.Н., Бредихин Н.П., Бредихин Н.Н. Как восстановить и сохранять природное плодородие черноземов. Мелиорация и водное хозяйство, № 2. 1998. С. 33-35.

6. Щедрин В.Н., Бредихин Н.П., Снипич Ю.Ф. Полустационарно-мобильные оросительные системы как способ мелиорации почв // Современные проблемы мелиорации земель, пути и методы их решения: Сб. науч. трудов ФГНУ «РосНИИПМ»: В 2 ч. / Под ред. В.Н. Щедрина. Новочеркасск, 2003. Ч. 1. С. 90-98.

12 декабря 2006 г.