CC BY
7International agricultural journal 2/2021
РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОЧИСТКИ ДРЕНАЖНО-СБРОСНЫХ ВОД НА РИСОВОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ
DEVELOPMENT OF A METHOD FOR PURIFICATION OF DRAINAGE AND WASTE WATERS ON A RICE IRRIGATION SYSTEM
Приходько Игорь Александрович
к.т.н, доцент, кафедра «Строительства и эксплуатации водохозяйственных объектов», Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар
Сергеев Александр Эдуардович
к.ф.-м.н., доцент, кафедра «Высшей математики», Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар
Prikhodko Igor Alexandrovich
Candidate of Tech. Sciences, Associate Professor, Department of Construction and Operation of Water Management Facilities, Kuban State Agrarian University named after I. T. Trubilin, Krasnodar Sergeev Alexander Eduardovich
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Department of Higher Mathematics, Kuban State Agrarian University named after I. T. Trubilin, Krasnodar
Современный этап развития научно-технического прогресса позволяет перейти на эколого-органическое земледелие. Однако имеющиеся у работников агропромышленного комплекса экономические сложности при производстве сельскохозяйственной продукции, в результате сокращения среднегодовых атмосферных осадков, площадей сельскохозяйственного назначения, объемов пригодной для орошения пресной воды, ставят задачу получение гарантировано высоких урожаев практически невыполнимой. В связи с этим решать такую задачу необходимо поэтапно, ранжируя этапы перехода и
УДК 631.6
DOI:10.24411/2588-0209-2021-10307
Аннотация
определяя очередь их реализации. Поскольку наиболее трудоемким и ресурсо-затратным производством является возделывание риса, то первым этапом необходимо разработать новую методологию возделывания риса, которая могла бы снизить себестоимость производства риса, антропогенную нагрузку на почвы рисовой оросительной системы и снизить загрязнение водных источников дренажно-сбросными водами. В наших исследования мы предлагаем использовать органический способ очистки дренажного стока галофитами, высаженными в фито-секции расположенные в сбросных каналах рисовой оросительной системы. В работе установлено, что применение фито-секций различной длины, в зависимости от химического состава дренажно-сбросных вод, позволяют очистить дренажный сток от механических примесей, органических и биогенных элементов, снизить суффозию и вынос питательных веществ с рисовых чеков, сократить оросительную норму на 10 %, повысить мелиоративное состояние почв, а также уменьшить себестоимость производства риса на 7 %.
Summary
The current stage in the development of scientific and technological progress makes it possible to switch to ecological-organic farming. However, the economic difficulties of the workers of the agro-industrial complex in the production of agricultural products, as a result of the reduction in average annual precipitation, agricultural areas, volumes of fresh water suitable for irrigation, pose the task of obtaining guaranteed high yields is practically impossible. In this regard, it is necessary to solve such a problem in stages, ranking the stages of the transition and determining the turn of their implementation. Since the most labor-intensive and resource-intensive production is rice cultivation, the first stage is to develop a new methodology for rice cultivation, which could reduce the cost of rice production, anthropogenic load on the soils of the rice irrigation system and reduce the pollution of water sources with drainage and waste waters. ... In our research, we propose to use an organic method of purifying drainage runoff by halophytes planted in phyto-sections located in the discharge canals of the rice irrigation system. It was found in the work that the use of phyto-sections of various lengths, depending on the chemical composition of drainage and waste waters, allows to clean the drainage runoff from mechanical impurities, organic and biogenic elements, to reduce suffusion and removal of nutrients from rice paddies, to reduce the irrigation rate. by 10 %, to increase the ameliorative condition of soils, and also to reduce the cost of rice production by 7 %.
Ключевые слова: рис, урожайность, очистка дренажных вод, органическое земледелие, сбросной канал, галофит.
Key words: rice, yield, drainage water treatment, organic farming, waste canal, halophyte.
Введение.
Рис - это культура, имеющая стратегическое значение для любого государства. В современном технократическом обществе с постоянно растущим уровнем научно-технического прогресса необходимо ежегодно совершенствовать применяемые технологии возделывания риса для сохранения агроресурсного потенциала почв и получения гарантированно высоких
и экологически чистых урожаев риса [1]. Однако фактически многие технологические операции не только не совершенствуются, но и не выполняются в полном объеме из-за отсутствия экономических и/или технических возможностей хозяйств. Как правило, снижение агроресурсного потенциала почв компенсируется внесением дополнительных доз удобрений, которые снижают качество получаемого зерна, ухудшает мелиоративное состояние почв и приводит к сильному загрязнению дренажно-сбросных вод [2].
Мировые исследования в области совершенствования способов выращивания сельскохозяйственных культур доказывают, что решение проблемы сохранения благоприятной эколого-мелиоративной ситуации на рисовой оросительной системе и получения гарантировано высоких урожаев качественного зерна заключается в переходе на органическое земледелие [3]. К сожалению, в российской Федерации, в отличие от других ведущих аграрных стран мира, нет стандартов определяющих критерии органического производства сельскохозяйственной продукции, а из-за спекуляций на рынке «экологически чистой» продукцией с 1 января 2004 года вообще запрещено ее так маркировать [4].
Актуальность, научная значимость.
В настоящее время в России, в частности на Кубани, многие сельхозпроизводители в отрасли рисоводства хотели бы перейти на производство
и реализацию через сеть фирменных магазинов биологически чистой и качественной продукции [5, 6]. Их сдерживает отсутствие нормативной базы, недостаток знаний о механизмах и технологиях такого перехода, в то время как в практике рисосеяния Кубани имеются прецеденты перехода на экологически чистые технологии отдельных хозяйств [7]. Значимость применения таких технологий сложно переоценить, а накопление положительного опыта применения органических технологий позволит не только вывести агропромышленный комплекс России на совершенно новый уровень ведения сельского хозяйства, но и создать предпосылки к оздоровлению нации [8, 9].
Постановка задачи.
Основной задачей повышения рентабельности производства риса является снижение себестоимости его производства [10]. На сегодняшний день самые большие затраты идут на ежегодные эксплуатационные работы на рисовой оросительной системы (поддержание во-доподающей, дренажно-сбросной и оградительной сети, гидротехнических сооружений, устройств автоматики, связи, сети дорог и лесополос), выполнения комплекса агротехноло-гических операций и оплату услуг по подаче и отводу воды на рисовой оросительной системе [11, 12].
Исследования показывают, что рис, при принятой технологии возделывания затоплением, потребляет половину от общего объема оросительной воды или до 30% от всех запасов пресной воды в мире, при этом сама биологическая потребность риса значительно ниже (6-8 тыс. м3 воды в зависимости от погодных и почвенных условий), остальное расходуется на боковой отток, фильтрацию и сброс [13]. Особенно следует здесь отметить потери на фильтрацию, которые по разным подсчетам составляют от 25 % до 50 % от общего объема подаваемой на оросительную систему воды (для тяжелых почв) и 50 % - 85 % - для почв с легким гранулометрическим составом. Весь перехватываемый дренажно-сбросной сетью каналов фильтрационный сток
и сбросные воды выносят с рисовых полей в них не только органические вещества, но и вносимые в процессе производства риса пестициды и гербициды. Следовательно, одной из главных задач при производстве риса является повышение эффективности очистки дренажного стока от органических веществ, биогенных элементов и механических примесей.
Теоретическая часть.
В наших исследованиях мы предлагаем способ очистки дренажного стока рисовой оросительной системы, который осуществляют следующим образом: в первый год осуществления способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы, в различных сбросных каналах, формируются фито-секции по следующей схеме: а-Ь-а (рисунок 1).
Рисунок 1 - Схема сбросного канала с размещенной в нем фито-секцией: где а - расстояние по длине сбросного канала, в метрах, с высадкой галофита Татора, Ь - расстояние по длине сбросного канала,
b
a
1
1 |||||||||||||||| У \ У \ "шт \ \у \ У УА '/Л'/Л'/, У Г 11 Г Г 111111 г чч
у, X 'Л У У У '/ У У У У У У У У У У У У У ■с
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Гг1 1 ■liflrhihlvM rlrh:MvMrl ж Ivh 11111111111111 11
l
в метрах, с высадкой галофита Эйхорния, 1 - длина фито-секции. I сбросной канал
Ежегодно осенью, перед отключением подачи воды на рисовую оросительную систему, с водной поверхности сбросного канала собирается галофит Эйхорния и вносится на рисовые чеки и после отключения подачи воды на рисовую оросительную систему, скашивается галофит Татора и также как Эйхорния, после измельчения, вносится на рисовые чеки для обогащения почвы органическими веществами и повышения мелиоративного состояния почвы, после чего выполняются плановые ежегодные межвегетационные ремонтно-восстановительные и эксплуатационные работы на рисовой оросительной системе.
В целях установления экономико-эколого-оптимального расстояния для значений а и Ь в фито-секции, принимаются их различные варианты протяженности высадки вдоль длины сбросного канала, затем непосредственно после прохождения дренажно-сбросного стока фито-секции, осуществлялся отбор проб и определялся их химический состав, после чего сравнивается
с результатами химического состава проб из сбросного канала без фито-секций (контроль) и делается заключение об наиболее эффективной схеме фито-секции.
5. Практическая значимость, предложения и результаты внедрения
a
Испытания способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы проводилось в Краснодарском крае в АО «Черноерковское» Славянского района (2-е отделение). На всех полях хозяйства используются карты Краснодарского типа, а возделываемой культурой риса являлся - сорт
Лиманный. Режим орошения - постоянное затопление.
В целях установления экономико-эколого-оптимального расстояния для значений а и Ь в фито-секции были приняты три группы схем со следующими вариантами: 1 группа: 10-50-10, 10-100-10, 10-150-10; 2 группа:
20-50-20, 20-100-20, 20-150-20; 3 группа: 30-50-30, 30-100-30, 30-150-30.
Для определения эффективности работы фито-секций в вегетационный период риса, в начале, середине и конце периода его вегетации осуществлялся отбор проб дренажно-сбросного стока и определялся его химический
состав. При этом отбор проб дренажно-сбросного стока производился непосредственно после прохождения им фито-секции.
Установлено, что наибольшее загрязнение дренажно-сбросного стока наблюдалось в период окончания кущения и до фазы полной молочной -начала восковой спелости риса, когда на чеках создается и поддерживается слой воды в 1012 сантиметров и происходит максимальная фильтрация оросительной воды из чека в водоот-водящую сеть рисовой оросительной системы.
Из таблиц 1-4 установлено, что наиболее эффективны схемы 2 группы, а наиболее эффективный вариант фито-секции во второй группе по схеме а-Ь-а - 20-150-20.
Таблица 1 - Химический состав дренажных вод по первой группе схем фито-секций
Схема фито-секции 10-50-10 10-100-10 10-150-10
Дата отбора 05.08. 02.09. 25.06. 05.08. 02.09.20 25.06. 05.08. 02.09. 25.06.
2018 2018 2018 2018 18 2018 2018 2018 2018
Химический со- мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/ мг/
став воды л экв л экв л экв л экв л экв л экв л экв л экв л экв
НСОзгидрокар бонат 762 12, 50 691 11, 33 652 10, 69 748 12, 27 675 11,0 7 634 10, 40 735 12, 05 658 10, 79 615 10, 09
СО"экарбонат
3 СГэхлор 414 11, 67 387 10, 91 351 9,9 0 401 11, 31 356 10,0 4 312 8,8 0 381 10, 74 352 9,9 2 310 8,7 4
о к К а SO"4 сульфат 159 4 33, 22 140 4 29, 26 135 2 28, 18 148 9 31, 03 136 8 28,5 1 132 1 27, 53 144 9 30, 20 134 1 27, 95 128 8 26, 84
NО'знитрат
N0'2нитрит
Сумма анионов - 57, 39 - 51, 50 - 48, 76 - 54, 60 - 49,6 1 - 46, 72 - 52, 99 - 48, 66 - 45, 67
3 X Са" кальций 621 31, 05 594 29, 70 570 28, 50 551 27, 55 518 25,9 0 499 24, 95 478 23, 90 452 22, 60 427 21, 35
о к £ и Mg" магний 146 12, 19 141 11, 77 136 11, 35 130 10, 85 124 10,3 5 119 9,9 3 113 9,4 3 107 8,9 3 101 8,4 3
натрий 489 21, 476 20, 452 19, 438 19, 425 18,4 412 17, 399 17, 381 16, 365 15,
26 70 65 04 8 91 35 57 87
К' калий 16 0,4 2 15 0,3 9 15 0,3 9 14 0,3 6 14 0,36 13 0,3 4 13 0,3 4 13 0,3 4 12 0,3 1
Сумма катионов - 64, 91 - 62, 55 - 59, 89 - 57, 81 - 55,0 9 - 53, 13 - 51, 02 - оо" - 45, 96
другие показатели рН 7,7 7,7 7,6 7,6 7,5 7,5 7,4 7,4 7,4
С02свобод ная углекислота 40 0,8 8 39 0,8 6 36, 0 0,7 9 35 0,7 7 33 0,73 30, 0 41, 36 28 0,6 2 27 0,5 9 25 0,5 5
окисляе-мость
сухой остаток 366 1 - 336 3 - 320 2 - 339 7 - 314 3 - 299 3 - 320 1 - 297 5 - 281 1 -
сумма ионов 404 2 - 370 8 - 352 8 - 377 1 - 348 0 - 331 0 - 356 8 - 330 4 - 311 8 -
Таблица 2 - Химический состав дренажных вод по второй группе схем фито-секций
Схема фито-секции 20-50-20 20-100-20 20-150-20
Дата отбора 05.08. 2018 02.09. 2018 25.06. 2018 05.08. 2018 02.09.20 18 25.06. 2018 05.08. 2018 02.09. 2018 25.06. 2018
Химический состав воды мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/л мг/ экв мг/л мг/ экв
анионы НСО'згидрокар бонат 714 11,7 1 624 10,2 3 581 9,53 682 11,1 8 586 9,61 564 9,25 651 10,6 8 549 9,00 513 8,41
СО"зкарбонат
С1'зхлор 353 9,95 319 8,99 279 7,87 327 9,22 280 7,89 246 6,94 298 8,40 249 7,02 212 5,98
БО'Ч сульфат 141 2 29,4 3 129 0 26,8 8 122 9 25,6 1 137 5 28,6 5 124 6 25,9 7 119 4 24,8 8 132 7 27,6 5 1204 25,0 9 1152 24,0 1
КО'знитрат
КО'гнитрит
Сумма анионов - 51,0 9 - 46,1 1 - 43,0 1 - 49,0 6 - 43,4 7 - 41,0 7 - 46,7 3 - 41,1 1 - 38,4 0
катионы Са" кальций 398 19,9 0 379 18,9 5 355 17,7 5 326 16,3 0 298 14,9 0 278 13,9 0 254 12,7 0 222 11,1 0 199 9,95
М§" магний 89 7,43 82 6,84 75 6,26 69 5,76 58 4,84 51 4,26 46 3,84 40 3,34 34 2,84
натрий 349 15,1 7 332 14,4 3 312 13,5 7 295 12,8 3 271 11,7 8 250 10,8 7 226 9,83 203 8,83 187 8,13
К' калий 12 0,31 12 0,31 11 0,29 11 0,29 10 0,26 10 0,26 9 0,23 9 0,23 8 0,21
Сумма катионов - 42,8 1 - 40,5 4 - 37,8 6 - 35,1 7 - 31,7 8 - 29,2 9 - 26,6 0 - 23,5 0 - 21,1 3
другие показатели рН 7,4 7,3 7,3 7,2 7,2 7,2 7,1 7,1 7,0
СО2Свободна я углекислота 23 0,51 20 0,44 17 0,37 15 0,33 13 0,29 10 0,22 7 0,15 4 0,09 1 0,02
окисляе-
мость
сухой остаток 297 0 - 272 6 - 255 2 - 274 4 - 245 6 - 231 1 - 248 6 - 2201 ,5 - 2048 ,5 -
сумма ионов 332 7 - 303 8 - 284 2 - 308 5 - 274 9 - 259 3 - 281 1 - 2476 - 2305 -
Таблица 3 - Химический состав дренажных вод по третьей группе схем фито-секций
Схема фито-секции 30-50-30 30-100-20 30-150-30
Дата отбора 05,08, 2018 02,09. 2018 25.06. 2018 05.08. 2018 02.09.2 018 25.06. 2018 05.08. 2018 02.09. 2018 25.06. 2018
Химический состав воды мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/ л мг/ экв мг/л мг/ экв мг/ л мг/ экв
анионы НСО'3гидрокар бонат 646 10, 59 539 8,8 4 502 8,2 3 639 10, 48 528 8,66 496 8,1 3 628 10, 30 519 8,5 1 488 8,0 0
СО"3карбонат
СГ3хлор 289 8,1 5 241 6,7 9 205 5,7 8 276 7,7 8 233 6,57 196 5,5 3 269 7,5 8 227 6,4 0 187 5,2 7
SO"4 сульфат 131 9 27, 49 119 1 24, 82 114 4 23, 84 130 5 27, 20 118 3 24,6 5 113 2 23, 59 129 2 26, 93 1174 24, 47 112 6 23, 47
NО'знитрат
N0'2нитрит
Сумма анионов - 46, 23 - 40, 45 - 37, 85 - 45, 46 - 39,8 8 - 37, 25 - 44, 81 - 39, 38 - 36, 74
катионы Са" кальций 195 9,7 5 190 9,5 0 188 9,4 0 186 9,3 0 183 9,15 178 8,9 0 175 8,7 5 172 8,6 0 167 8,3 5
Mg" магний 32 2,6 7 31 2,5 9 30 2,5 0 30 2,5 0 29 2,42 29 2,4 2 28 2,3 4 27 2,2 5 26 2,1 7
натрий 149 6,4 8 144 6,2 6 137 5,9 6 133 5,7 8 129 5,61 125 5,4 3 119 5,1 7 116 5,0 4 113 4,9 1
К' калий 8 0,2 1 8 0,2 1 8 0,2 1 8 0,2 1 7 0,18 7 0,1 8 7 0,1 8 7 0,1 8 6 0,1 6
Сумма катионов - 19, 11 - 18, 56 - 18, 07 - 17, 79 - 17,3 6 - 16, 94 - 16, 44 - 16, 08 - 15, 59
другие показатели рН 7 7 7 7 7 7 7 7 7
СО2свободная углекислота
окисляемость
сухой остаток 231 5 - 207 5 - 196 3 - 225 8 - 202 8 - 191 5 - 220 4 - 1982 ,5 - 186 9 -
сумма ионов 263 8 - 234 4 - 221 4 - 257 7 - 229 2 - 216 3 - 251 8 - 2242 - 211 3 -
Таблица 4 - Химический состав дренажных вод - контроль
Схема фито-секции Контроль
Дата отбора 05.08.2018 02.09.2018 25.06.2018
Едини цы измерения мг/л мг/экв. мг/л мг/экв. мг/л мг/экв.
НСО'згидрокарбонат 890 14,59 826 13,55 794 13,02
СО"зкарбонат - - - - - -
3 С1'зхлор 452 12,74 422 11,90 398 11,22
о к БО'Ч сульфат 1793 37,37 1685 35,12 1591 33,16
к сЗ NО'знитрат - - - - - -
ЫОгнитрит - - - - - -
Сумма анионов - 64,70 - 60,56 -- 57,40
Са" кальций 644 32,20 631 31,55 609 30,45
3 к Mg" магний 158 13,19 152 12,69 144 12,02
о к Ыа' натрий 506 22,00 491 21,35 478 20,78
и К' калий 19 0,49 18 0,47 17 0,44
Сумма катионов - 67,88 - 66,05 - 63,69
оЗ и О рН 7,8 7,8 7,7
СО2свободная углекислота 42 0,92 41 0,90 39 0,86
с В окисляемость - - - - - -
К [ и 5У сухой остаток 2975 2810,5 4017
CP ЧД сумма ионов 3304 3118 4462
Выполненные исследования доказали, что создание подпора в участковом канале за счет прохождения дренажно-сбросного стока через фито-секцию уменьшает фильтрационный отток оросительной воды с рисового чека, снижает потери оросительной воды, уменьшает суффозию и вынос питательных веществ из пахотного горизонта, что наряду с внесением галофитов на рисовые чеки приводит к улучшению мелиоративного состояния почв и экологической ситуации на рисовой оросительной системе (таблица 5). Для оценки изменения мелиоративного состояния почв были взяты почвенные образцы с рисовых чеков трех рисовых полей с участковыми каналами, относящимися ко второй группе схем фито-секций.
Таблица 5 - Изменение мелиоративного состояния почв рисовых чеков
Наименование Глубина отбора, см Содержание агрегатов 0,2510мм, % от массы воздушно-сухой почвы Сумма водопрочных агрегатов >0,25мм, % Гидро-лизуе-мый азот, мг/100 г Фосфор подвижный, мг/100 г Калий подвижный, мг/100 г % гумуса на абсолютно сухую почву
Фито-секция 20-50-20 0-5 5-10 47,9 43,2 30,2 28,4 3,82 3,12 2,21 1,96 7,7 7,5 3,28 2,99
Фито-секция 20-100-20 0-5 5-10 48.3 43.4 31,6 29,3 3,94 3,26 2,33 2,23 7,7 7,6 3,30 3,02
Фито-секция 20-150-20 0-5 5-10 49.5 43.6 32,8 30,6 4,12 3,89 2,56 2,32 7,8 7,6 3,32 3,05
контроль 0-5 5-10 38.8 30.9 29,2 27,4 3,57 3,03 2,05 1,84 7,5 7,2 3,25 2,98
Анализ данных таблицы 5 показал улучшение мелиоративного состояния почв рисовых полей и подтвердил эффективность в сравнении с контролем предлагаемого способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы (таблица 5).
Выводы.
За счет снижения потерь оросительной воды путем уменьшения фильтрационного оттока оросительной воды, а, следовательно, и уменьшения суффозии и выноса питательных веществ из пахотного горизонта с рисового чека удалось снизить оросительную норму на 10%, уменьшить дозы внесения органических и минеральных удобрений на 15% и снизить себестоимость производства риса на 7%.
Литература
1. Патент Российская федерация 2505486 МПК C02F 1/28 (2006.01) E02B 13/00 (2006.01) A01G 25/00 (2006.01) Способ очистки дренажного стока и устройство для его осуществления / Е. В. Кузнецов, А. Е. Хаджиди, И. А. Приходько, Д. Г. Серый заявитель и патентообладатель Кубанский ГАУ. - № 2012110440/05 заявл. 19.03.2012; опубл. 27.01.2014. - 8 с.
Literatura
1. Patent Rossiiskaya federatsiya 2505486 MPK C02F 1/28 (2006.01) E02B 13/00 (2006.01) A01G 25/00 (2006.01) Sposob ochistki drenazhnogo stoka i ustroistvo dlya ego osushchestvleniya / E. V. Kuznetsov, A. E. Khadzhidi, I. A. Prikhod'ko, D. G. Seryi zayavitel' i patentoobladatel' Kubanskii GAU. - № 2012110440/05 zayavl. 19.03.2012; opubl. 27.01.2014. -8 s.
