CC BY
21
УДК 556.12:631.67:631.559
ПРОБЛЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ И УРОЖАЙНОСТЬ
The Problem of Hydrometeorological Factors Distribution and their Influence on Irrigation Regime and Productivity
Ториков В.Е., д-р с.-х. наук, профессор Байдакова Е.В., канд. техн. наук, доцент, elena_baydakova@mail.ru Капошко Н.А., аспирант кафедры агрономии, селекции и семеноводства, natalya.kaposhko@yandex.ru
Torikov V.E., Baidakova E.V., Kaposhko N.A.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Реферат Решением проблем, связанных с улучшением качества почв и купированием дегра-дационных процессов, является возрождение и полномасштабное использование комплексной мелиорации земель. Основным водопотребителем в агропромышленном комплексе нашей страны является орошение. В перспективе, согласно «Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года», предполагается существенно увеличить объем использования водных ресурсов - до 20 км3 в год и более. В сельскохозяйственной практике выделяют два основных способа использования местного стока: перевод поверхностного стока в почвенную влагу с помощью различных агротехнических и мелиоративных приемов; аккумулирование стока созданием регулирующих емкостей с последующим применением его для лиманного и регулярного орошения. Об устаревших технологиях орошения земель сельскохозяйственного назначения, когда использовалась вода, аккумулированная в прудах и малых водохранилищах, можно сказать следующее: большинство таких участков, впрочем как и прудов, строилось хозяйственным способом в советские годы, без детального изучения водного бассейна территории и проектов на оросительную систему. Кроме того, технические средства для забора, транспортировки и орошения не всегда соответствовали потребностям, при поливе в основном применялись поверхностные способы с завышенными поливными нормами, не учитывался весь комплекс почвенных, гидрологических и других показателей. Оросительные системы нового поколения должны быть основаны на блочно-модульной компоновке внутрихозяйственной оросительной сети. Переход на такой принцип компоновки сети позволит уменьшить общую потребность в строительных материалах на 40-50%, при строительстве закрытой оросительной системы сократить потребность в земляных и монтажных работах на 30-40%, улучшить условия по уходу и ремонту за счет размещения значительной части закрытой сети на поверхности поля. С хозяйственной точки зрения целесообразно не стабильное орошение отдельных участков, а мобильное орошение с подачей воды для полива на те площади, где можно получить от орошения наибольший выход дополнительной продукции на каждый затраченный кубометр оросительной воды, и для тех культур, которые в той или иной период более всего нуждаются в поливах. С учетом изменчивой обеспеченности водоисточников на местном стоке в севооборотах следует предусматривать определенный набор засухоустойчивых и влаголюбивых культур с режимом орошения, обеспечивающим водосбережение и сохранение высоких уровней почвенного плодородия.
Abstract. The solution to the problems connected with improving soil quality and stopping degradation processes is the revival and full-scale use of integrated land reclamation. The major water consumption in the agro-industrial complex of our country is due to irrigation. In the future, according to the "Water strategy of the Russian Federation for the period up to 2020", it is expected to significantly increase the volume of water resources use, up to 20 km3 per year or more. In agricultural practice there are two main ways of using local runoff: transferring surface flow into soil moisture by means of various agrotechnical and reclamation techniques; and accumulating the runoff by creation of regulating tanks with its subsequent application for estuary and regular irrigation. The following can be said about the outdated irrigation technologies of agricultural lands, when people used the water accumulated in ponds and small reservoirs: in the Soviet years most of such sites, as well as ponds, were built by economic means, without a detailed study of the water basin of the territory and projects for the irrigation system. In addition, the technical means for intake, transportation and irrigation did not always meet the needs. When watering surface methods with high irrigation standards were mainly used, the whole complex of soil, hydrological and other indicators was not taken into account. Irrigation systems of the new generation should be based on a block-modular
layout of the on-farm irrigation network. The changeover to this principle of network layout will make it possible to lessen the overall need for building materials by 40-50%, during the construction of the closed irrigation system to reduce the need for excavation and installation work by 30-40%, to improve the conditions for maintenance and repair by placing a significant part of the closed network on the surface of the field. From an economic point of view, it is advisable to carry out not stable irrigation of individual plots, but mobile irrigation with water supply for irrigation to those areas where it is possible to obtain the greatest yield of additional products for each spent cubic meter of irrigation water, and for the crops being most in need of watering in one period or another. Taking into account the variable availability of water sources at the local runoff in crop rotations, a certain set of drought-resistant and hygrophilous crops with an irrigation regime ensuring water conservation and preservation of high levels of soil fertility should be provided.
Ключевые слова: орошение земель, режим орошения, график полива, влагоемкость.
Keywords: land-reclamation, irrigation regime, irrigation schedule, water-holding capacity.
Введение. Значительная часть земель страны отведена под сельскохозяйственные угодья. Они располагаются в районах с различными природными условиями, которые часто не обеспечивают одновременного наличия и оптимального соотношения всех факторов, необходимых для жизни растений.
Проблема сохранения и повышения плодородия почв становится все более актуальной в связи с резким ухудшением их состояния, все возрастающей антропогенной деградацией. Вследствие очень высокой степени распаханности почв, а также лимитированности возможностей расширения сельскохозяйственных угодий дальнейшее развитие земледелия в стране определяется совершенствованием его структуры и более широким использованием инновационных, ресурсосберегающих технологий и систем комплексной мелиорации, которые в совокупности должны обеспечивать повышение плодородие почв, что в свою очередь обеспечивает продовольственную безопасность нашей страны.
В России более 70% всех сельскохозяйственных угодий расположены в зонах недостаточного или неустойчивого естественного увлажнения, а в степной и сухостепной зонах, соответственно, каждый третий и второй годы являются засушливыми. Выход продукции с орошаемого гектара в 2-5 раз выше, чем с богарного, а производительность труда, эффективность использования природных и материально-технических ресурсов, в том числе удобрений, увеличивается в 2-3 раза.
Орошаемые земли, составляя менее 5% площади пашни, дают от 10% до 20% всего урожая. В настоящее время, более 80% овощей, 20% кормов и весь рис производятся на орошаемых землях.
Мировой и отечественный опыт научно-производственной деятельности в отрасли мелиорации и водного хозяйства показывает, что за счет совершенствования методологии планирования водопользования эффективность орошения может быть повышена на 40...50%, поэтому главной задачей при эксплуатации гидромелиоративных систем является точноенормирование водопотребления сельскохозяйственных культур и рациональное управление водными ресурсами при проведении поливов.
B России и за рубежом существует множество разнообразных информационных систем и моделей планирования орошения, точность которых зависит как от качества компьютерной техники, так и от того, насколько комплекс применяемых моделей адекватен процессам, происходящим на полях в конкретных почвенно-климатических условиях.
Нормирование орошения проводится с применением метода водного баланса, динамика элементов которого определяется большим количеством вероятностных гидрометеорологических и технологических факторов, подчиняется нелинейным и циклическим закономерностям распределения. Радиационный баланс, испаряемость, осадки, температура, влажность воздуха, почвенные влагозапа-сы значительно изменяются в пространстве и во времени, а их изменчивость, в свою очередь, оказывает сильное влияние на режим орошения и урожайность сельскохозяйственных культур, величину суммарного испарения, поверхностного стока и инфильтрации.
Количественные показатели изменчивости климата, включая их сезонное распределение, до сих пор еще слабо изучены, в связи с чем определение закономерностей пространственно-временного распределения гидрометеорологических факторов в разных природно-климатических зонах является актуальной проблемой.
Только разработка методов расчета, использующих комплексную информацию о метеорологических, почвенных, гидрогеологических условиях, биологических особенностях сельскохозяйственных культур, влажности почвы в сочетании с применением закономерностей статистического анализа для оценки характера пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических факторов, может служить научной базой для проектирования оросительных систем и оперативного управления поливами, обеспечивающей высокую эффективность и экологическую безопасность тех-
нологий орошения.
Для учета вероятностных гидрометеорологических и технологических факторов в режиме орошения нами были проведены исследования, и разработан оптимальный режим орошения на примере полива сахарной свеклы.
выявление оптимального режима орошения на примере сахарной свеклы (Зависимость урожайности сахарной свеклы от погодных условий)
Сахарная свекла - одна из важнейших сельскохозяйственных культур в ряде стран мира, где она является основным источником сахара и субпродуктов.
Достаточно высокая зависимость урожайности сахарной свеклы от погодных условий и плодородия почв не может не требовать гибкости агротехнических мероприятий, особенно в условиях ставшего очевидным изменения климата.
Привязанность зоны возделывания сахарной свеклы к центрам переработки обусловила ряд практических задач, связанных с адаптацией технологии возделывания данной культуры к негативным проявлениям изменения климата.
Усиление водной и ветровой эрозии, связанное с неравномерным выпадением осадков в весенние и летние месяцы, а также сочетанием засушливых и сильно обводненных периодов, способствует проявлению изреженности посевов, на почвах, занятых под возделывание сахарной свеклы, негативно влияет на урожайность данной культуры, приводит к повреждению ботвы частицами песка во время пыльных бурь, выдуванию или смыву семян сахарной свеклы. Ежегодно повторяющиеся в весенний период пыльные бури приводят к задуванию (выдуванию) до 5-7%, иногда 9-11% посевных площадей, более 15-20% площадей повреждаются частично.
Снизить проявление эрозионных процессов возможно путем создания оптимальных агрофизических свойств почвы. Агрофизическая характеристика почв является одной из важнейших составляющих оценки их плодородия и экологического состояния. В агроландшафтах реальными агрофизическими факторами плодородия являются физические свойства, водный и воздушный режимы почв, которые при одинаковом гранулометрическом составе могут варьировать в достаточно широком диапазоне даже в пределах одного сельскохозяйственного поля. Развитие, и, в конечном итоге, продуктивность сельскохозяйственных культур зачастую определяется агрофизическими свойствами пахотного горизонта почвы, которые в совокупности с другими факторами могут лимитировать урожайность. Сахарная свекла в этом отношении не является исключением, оставаясь одним из самых требовательных к условиям произрастания культурных растений.
При разработке технологии возделывания сахарной свеклы учитывается целый комплекс параметров почвенного плодородия, который нуждается в постоянной корректировке для достижения максимальной урожайности.
Наиболее простой и эффективный способ регулирования агрофизических свойств почв -применение различных обработок почвы. При этом достигаются не только оптимальные параметры плодородия, но и повышается устойчивость почв к проявлению эрозионных процессов за счет создания водопрочной структуры.
составление оптимального режима орошения
Интенсификация использования орошаемых земель - одна из важнейших и довольно сложных задач в сельскохозяйственном производстве. Дальнейшее развитие орошения требует принципиально нового подхода к организации производства, планированию специализации и перевода ее на современную индустриальную основу.
В настоящих исследованиях использованы погодные условия, представленные Брасовской метеостанцией за 1971-1978 годы. Для расчета взяты данные 1976 года, как самого засушливого за рассматриваемый период.
Территория Брасовского района входит в зону умеренного увлажнения с теплым летом и умеренно холодной зимой. Среднегодовая температура воздуха колеблется от +4,5° до +5,9°. Зима продолжается в среднем 155 дней. Устойчивый снеговой покров образуется в конце ноября или в начале декабря, держится в среднем 100—120 дней и достигает в конце февраля максимальной толщины 20—40 см.
В атмосферной циркуляции преобладает западный перенос с Атлантического океана, для которого характерна частая смена волн тёплого и холодного воздуха. Началом весны принято считать то время, когда среднесуточная температура воздуха становится выше +5 °С (обычно около 8—15 апреля), однако даже в мае ещё возможны заморозки.
Среднегодовое количество осадков в пределах от 560 до 640 мм. Продолжительность вегетационного периода составляет 180-200 суток. Почва - светло-каштановая, по механическому составу
дерново-подзолистая.
В настоящее время в сельском хозяйстве РФ используются круговые дождевальные машины производства зарубежных компаний Bauer, Reinke,Valley, T-L.
От технических характеристик поливочной техникив значительной степени зависит производительность труда на поливе, объем планировочных работ, а также урожайность сельскохозяйственных культур и др.
Настоящие исследования по оптимизации полива сахарной свеклы проведены с использованием дождевальной машины T-L ULTRA.
Строительство крупных оросительных систем в Брасовском районе открывает большие возможности для расширения посевов и получения урожаев не только зерновых и кормовых культур, но и сахарной свеклы. В условиях средней и удовлетворительной обеспеченности почв влагой, недостаточности сведений о режиме орошения сахарной свеклы на местном стоке был проведен комплексный опыт по выявлению оптимального способа полива на протяжении всего вегетационного периода.
На полученных графиках показан режим орошения с учетом испарения влаги из почвы и выпавших атмосферных осадков.
В первом случае график поливов строим максимально приближенным к пределу пропускной влагоемкости (Wnm). За все время наблюдения осадков выпало 322 мм, и, в свою очередь, дождевальной машиной совершен полив в 462 мм. Во время выпадения осадков необходимость совершения поливов снижается в определенные декады вегетационного периода. От чего можно сделать вывод о том, что большая часть осадков уходит в сброс.
Рисунок 1 - Режим орошения сахарной свеклы при поддержании влажности вблизи Wп Цифры над линией Wппв характеризуют количество выпавших осадков в мм
Второй график строится в пределах между Wппв и влажностью угнетения ^у). Количество осадков, в этом случае, не меняется - 322 мм, но дождевальной машиной совершен полив в 392 мм, что значительно меньше, нежели в первом случае. Следовательно, и осадков в сброс ушло меньше - 89 мм.
Аналогично, третий график строим максимально приближенным к влажности угнетения. В этом случае дождевальной машиной совершен полив в 329 мм. В сброс ушло 34 мм, остальные осадки за вегетационный период использовались растениями.
Рисунок 2 - Режим орошения сахарной свеклы в пределах между Wппви Wу. Цифры над линией Wппв характеризуют количество выпавших осадков в мм
Рисунок 3 Режим орошения сахарной свеклы вблизи Wу. Цифры над линией Wппв характеризуют количество выпавших осадков в мм
Выводы
Анализ построенных графиков показывает что:
- первый режим орошения не приемлем в использовании, так как большая часть осадков уходит в сброс;
- второй режим также не пригоден, так как при нем осадков в сброс ушло около 89 мм;
- при третьем режиме орошения в сброс ушло 34 мм, остальные осадки за вегетационный период использовались растениями, следовательно этот режим и можно считать наиболее оптимальным.
Настоящие исследования позволяют выявить оптимальный вариант полива с небольшим сбросом воды за пределы корнеобитаемого слоя.
Библиографический список
1. Мелиоративная история Брянщины. Люди и дела / В.Ф. Василенков, С.В. Василенков, Е.В. Байдакова, Б.Д. Муравьев, М.Ф. Ковалев, П.И. Евсеев. Брянск, 2018.
2. Природообустройство Полесья: коллектив. моногр. Кн. 4. Т. 1 / М.Н. Абадонова, Л.Н. Ани-щенко, Л.М. Ахромеев., Е.В. Байдакова, Н.М. Белоус, А.Д. Булохов, В.Ф. Василенков, С.В. Василенков. В.Т Демихов, Ю.А. Клюев, Г.В. Лобанов, О.В. Мельникова, Н.Н. Панасенко, С.Н. Поцепай, И.Л. Прокофьев, Е.В. Просянников, Ю.А. Семенищенков, М.В. Семышев, В.Е. Ториков, А.В. Харин и др. Рязань, 2019.
3. Система капельного орошения на землях Брянского аграрного университета / Н.М. Белоус, В.Е. Ториков, В.Ф. Василенков, С.В. Василенков, Е.В. Байдакова, Я.А. Аксёнов // Вестник Брянской ГСХА. 2017. № 4 (62). С. 16-24.
4. Определение поливных норм и продолжительности межполивных периодов на основе метода неопределённых множителей Лагранжа / С.В. Василенков, В.Ф. Василенков, Е.В. Байдакова, Я.А. Аксёнов // Повышение эффективности использования мелиорируемых земель: сб. мат. нац. науч.-производ. конф. Брянск: Изд-во Брянский ГАУ, 2019. С. 8-18.
5. Повышение эффективности оросительных систем Брянской области с использованием современных технических средств орошения: отчет о НИР. / Е.В. Байдакова, В.Ф. Василенков, С.В. Василенков, О.Н. Дёмина, Л.А. Зверева, Н.А. Верезубова, А.И. Дунаев, Н.В. Каничева, В.Н. Кровопус-кова. Брянск: Изд-во Брянский ГАУ, 2019. 2018.
6. Опыт организации рационального использования земель сельскохозяйственного назначения в крупных агрохолдингах Брянской области / В.Е. Ториков, Е.П. Чирков, Н.А. Соколов, Е.Я. Лебедь-ко, О.М. Михайлов, Т.В. Иванюга. Брянск, 2014.
7. Дьяченко О.В., Бельченко С.А., Белоус И.Н. Материально-техническая база сельского хозяйства - основа развития аграрного сектора России (на примере Брянской области) // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2016. № 6. С. 27-31.
References
1. Ameliorative history of the Bryansk region. People and businesses / V.F. Vasilenkov, S.V. Vasilen-kov, E.V. Baidakova, B.D. Muraviev, M.F. Kovalev, P.I. Evseev. Bryansk, 2018.
2. Environmental engineering of Polesie: the collective. monograph. Book 4. Vol.1/M..N. Abadono-va, L.N. Anishchenko, L.M. Akhromeev, E.V. Baidakova, N.M. Belous, A.D. Bulokhov, V.F. Vasilenkov, S.V. Vasilenkov. V.T Demikhov, Yu.A. Klyuev, G.V. Lobanov, O.V. Melnikova, N.N. Panasenko, S.N. Potsepai, I.L. Prokofiev, E.V. Prosyannikov, Yu.A. Semenishchenkov, M.V. Semyshev, V.E. Torikov, A.V. Kharin et al. Ryazan, 2019.
3. The system of trickle irrigation on the lands of the Bryansk Agrarian University / N.M. Belous, V.E. Torikov, V.F. Vasilenkov, S.V. Vasilenkov, E.V. Baidakova, Ya.A. Aksenov // Bulletin of the Bryansk State Agricultural Academy. 2017. № 4 (62). Pp. 16-24.
4. The definition of irrigation norms and duration of irrigation interval periods based on the method of indeterminate Lagrange multipliers / S.V. Vasilenkov, V.F. Vasilenkov, E.V. Baidakova, Ya.A. Aksenov // Improving the efficiency of using the reclaimed lands: Proceedings of the National scientific-production conference. Bryansk: Publishing house of the Bryansk State Agrarian University, 2019. Pp. 8-18.
5. Improving the efficiency of irrigation systems of the Bryansk region using modern technical means of irrigation: research report/E.V. Baidakova, V.F. Vasilenkov, S.V. Vasilenkov, O.N. Demina, L.A. Zverev, N.A. Verezubova, A.I. Dunaev, N.V. Kanicheva, V.N. Krovopuskova. Publishing house of Bryansk State Agricultural Academy, 2019.
6. The management practices of agricultural lands rational use in large agricultural holdings of the Bryansk region / V.E. Torikov, E.P. Chirkov, N.A. Sokolov, E.Ya. Lebedko, O.M. Mikhailov, T.V. Ivanyuga. Bryansk, 2014.
7. Dyachenko O.V., Belchenko S.A., Belous I.N. Material and technical base of agriculture as a development basis of the Russian agricultural sector (on the example of the Bryansk region) // Economics of agricultural and processing enterprises. 2016. №6. Pp. 27-31.
