эффективность и экологическая безопасность орошения

УДК 631.674(470.45)
ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ОРОШЕНИЯ
МНОГОЛЕТНИХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ВОЛГО-АХТУБИНСКОЙ ПОЙМЫ
А.Д. Ахмедов
Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия, г. Волгоград Россия
В настоящее время для повышения эффективности оросительной мелиорации
необходимо применять малоэнергоемкие водосберегающие почвозащитные способы
орошения, обеспечивающие высокие урожаи сельскохозяйственных культур и защиту
почвы от эрозии при минимальных затратах поливной воды и энергии. В значительной
степени этим требованиям отвечает внутрипочвенное орошение (ВПО), имеющее ряд
ценных преимуществ перед другими способами полива.
Орошаемый участок в АОЗТ «Ахтубинское» Среднеахтубинского района
Волгоградской области, на котором непосредственно проводились исследования,
представляет собой северную часть Волго-Ахтубинской поймы и располагается на левом
берегу р. Ахтубы.
На участке, где изучался внутрипочвенный полив, весь активный слой (0…1,0 м)
был представлен легкими и средними суглинками с высоким содержанием иловатых
частиц, являющихся эффективной средой для работы систем ВПО, основанной на
использовании восходящих капиллярных токов воды.
Содержание гумуса невысокое. В слое 0…0,5 м в среднем она составляет
0,86…0,88% сухой почвы.
Для принятого активного слоя почвы (0 - 0,1 м) плотность на участке с дождеванием
составила 1,44, а по ВПО 1,50 т/м3. Наименьшая влагоёмкость для этого слоя
соответственно составляла 19,31 и 19,27 % сухой почвы, а скважность – 44,1 и 43,8.
Реакция почвенного раствора, на орошаемом участке близка к нейтральной. При
этом значение РН на делянке с дождеванием в среднем для слоя 0…1,5 м равнялось 7,91,
на делянках с ВПО - 7,77. Для пахотного горизонта эти величины были, соответственно,
равны 7,93 и 7,81. Почвы не засолены, созданию благоприятного солевого режима
способствовали ежегодное поднятие паводковых вод, выполняющих функции
естественных промывок, относительно близкое залегание песков и супесей. Для большей
части пойменных почв количество легкорастворимых солей в зоне аэрации не превышало
0,1…0,2%, хлор вымыт за пределы двухметровой толщи. Практически отсутствует натрий
на контрольных делянках. Это объясняется относительной легкостью механического
состава почвы. На делянке с исследуемым способом полива содержание натрия несколько
больше, чем при дождевании. При этом среднее значение этого элемента в слое 0…0,5 м
не превышало 1 %.
Наблюдениями установлено, что в период паводка р. Ахтубы уровень грунтовых вод
поднимается до глубины 2 м, а затем на период вегетации понижается до глубины 6,20…
6,50 м.
На опытно-производственном участке внутрипочвенного орошения в условиях,
приближенных к производственным, были изучены две конструкции увлажнителей,
выполненных из гончарных труб с внутренним диаметром 50 мм и длиной 333 мм. В
первой конструкции трубы соединены муфтами из полиэтиленовой пленки шириной 0,1
м, расстояние между увлажнителями 2,0 м. Во второй конструкции трубы уложены
вплотную друг к другу, стыки их не изолированы, расстояние между увлажнителями 1,5 и
2,0 м.
С учетом механического состава и фильтрационных свойств почв для обеспечения
оптимального режима увлажнения предусмотрены минимальная глубина закладки труб
внутрипочвенного орошения 0,5 м и мероприятия по предотвращению просачивания
поливной воды в нижние слои почвенного профиля. С этой целью под увлажнением
устроен противофильтрационный экран из полиэтиленовой пленки шириной 0,25…0,30
м. Экран над увлажнителем устроен для предотвращения его заиления и увеличения
расстояния между увлажнителями за счет увеличения контура увлажнения.
Все увлажнители выполнены длиной 125 м. Уклон увлажнителей 0,002.
При проведении исследований в наших опытах в качестве основного критерия для
установления сроков полива принимался заданный порог влажности почвы (80 % НВ).
Распределение поливов по укосам люцерны на зеленую массу за годы исследований
для различных вариантов приведено в табл. 1.
Таблица 1
Распределение поливов по укосам люцерны за I994-1995 гг.
Укосы
Год
1994
1995
Вариант
Дождевание, 80 % НВ
ВПО,
60 % НВ
70 % НВ
80 % НВ
Дождевание, 80 % НВ
ВПО,
60 % НВ
70 % НВ
80 % НВ
1
2
3
4
Всего поливов
за 4 укоса
2
1
2
3
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
2
2
1
1
2
3
2
1
1
2
3
2
2
3
2
1
2
3
7
5
7
11
6
4
6
9
Ежегодно за период вегетации получали 4 полноценных укоса: первый – в середине
мая, второй – в конце июня, третий – в начале августа, четвертый – в конце сентября.
Проанализировав данные табл.1, мы приходим к выводу, что в различные по
климатическим условиям годы исследований поливной режим люцерны как при ВПО, так
и при дождевании складывался по-разному. Поэтому нельзя рекомендовать определенное
число поливов люцерны как в течение вегетационного периода, так и для определенной
фазы развития. Необходимо установить оптимальный предполивной порог влажности и
поддерживать его. Одну и ту же предполивную влажность почвы может обеспечить
разное число поливов, которое зависит в основном от гидротермических условий года и
способа орошения. Поддерживая предполивной порог влажности 80 % НВ, нам пришлось
провести по годам исследований следующее количество поливов дождеванием и ВПО,
соответственно: в 1994 г. - 7 и 11, в 1995 г. – 6…9. Увеличение числа поливов при ВПО
объясняется техникой полива.
В ходе исследований можно заметить, что в зависимости от режима орошения и
естественной влагообеспеченности изменялась оросительная норма. В варианте с
дождеванием при поддержании влажности почвы не ниже 80 % НВ оросительная норма в
1994 г. составила 3720 м3/га, тогда как при ВПО с таким же пределом влажности – 3480
м3/га, что на 6,5 % меньше. При ВПО оросительная норма приблизительно одинаковая. В
1995 г. оросительная норма при дождевании составила 3260, а при ВПО – 2820 м3/га, что
на 440 м3/га меньше.
Большое значение для люцерны имеют сроки проведения поливов. В наших опытах
при оптимальном режиме орошения они хорошо согласуются с наиболее ответственными
периодами развития растений. Поливы сразу после укоса и между ними обеспечивали
быстрое отрастание люцерны, высокий темп накопления урожая и максимальную
продуктивность.
Сравнивая оросительные нормы при дождевании и ВПО с оптимальным
предполивным порогом влажности, следует отметить, что применение ВПО позволяет
сэкономить воду в среднем на 10…15 %. Это имеет немаловажное значение в условиях
растущего дефицита пресных вод в Волгоградской области.
Далее, при одинаковом предполивном пороге влажности (80 % НВ) более
эффективно используется влага при ВПО. Среднее суммарное водопотребление при ВПО
составило 5690, а при дождевании 6517 м3/га, что на 827 м3/га больше, то есть при ВПО
расходы воды на 12,7 % меньше.
Необходимо отметить еще и то, что при ВПО по сравнению с дождеванием осадки
используется более эффективно, так как при дождевании на поверхности почвы
образуется корка, препятствующая быстрому проникновению влаги в почву и созданию
поверхностного стока, что при ливневом характере дождей, типичном для Волгоградской
области, играет немаловажную роль.
Иначе обстоит дело при ВПО, где на поверхности почвы образуется сухой
неувлажненный слой, при котором быстро и продуктивно используются осадки,
увеличивая тем самым долю участия их в структуре суммарного водопотребления.
Интенсивное многоукосное использование люцерны в условиях орошения, которое
сокращает период накопления питательных веществ в корневой системе, приводит к
большому изреживанию травостоя. Поэтому необходимо применение загущенных
посевов. В годы исследований на всех вариантах опыта при ВПО и дождевании было
получено приблизительно одинаковое количество всходов - от 561 до 590 шт.
Анализ полевых наблюдений за густотой растений люцерны первого, второго и
третьего года жизни показывает, что при ВПО, а также при дождевании в почве в осеннезимний период имеются остаточные запасы влаги, способствующие лучшей перезимовки
посевов и сохранению растений к началу весенней вегетации (табл. 2).
Данные этой таблицы свидетельствуют о том, что, сравнивая ВПО с дождеванием
можно отметить, что при ВПО сохранность растений значительно выше при одинаковой
водообеспеченности растений. Это происходит потому, что после полива дождеванием на
поверхности почвы образуется корка, ухудшающая аэрацию (воздушный режим) почвы,
поэтому вслед за ним рекомендуется проведение боронования. При ВПО такая корка
отсутствует, кроме этого неувлажняемый 5…8-сантиметровый верхний слой почвы
препятствует произрастанию сорной растительности. При варианте с дождеванием в
почву с поливной водой поступает большое количество семян сорняков, которые активно
развиваются и постепенно вытесняют растения люцерны.
Таблица 2
Изреживание люцерны на опытном участке
Варианты по
режиму
влажности
Получено
всходов
на 1м2, шт.
Выпало растений
на 1 м2 по годам
исследований, шт
Сумма за 3 год
1 и 2 год
Дождевание, 80 % НВ
590
198
103
Расстояние между увлажнителями 1,5 м
ВПО, 60 % НВ
566
195
45
70 % НВ
584
189
39
80 % НВ
589
156
37
Всего выпало Сохранность
за 3 года
по
жизни, шт отношению к
всходам,
%
301
48,9
240
228
193
57,6
60,9
62,7
Расстояние между увлажнителями 2,0 м
ВПО, 60 % НВ
70 % НВ
80 % НВ
561
580
585
217
208
179
51
47
44
288
255
223
52,2
86,0
62,2
Корневая система является одним из параметров исходных данных при расчете
поливных норм, что обуславливает необходимость всестороннего и глубокого ее
изучения.
Для развития корневой системы наиболее важна почвенная влага на глубине от
поверхности почвы 0,1…0,4 м. При этом надо стремится, чтобы процент этой влаги был
более или менее постоянен: тогда будут исключены межполивные интервалы, создающие
пик иссушения почвы.
Горизонты почвенной влажности при дождевании совершенно другие, чем при
внутрипочвенном: здесь в послеполивной период мы имеем наибольший процент
почвенной влажности оказывается на глубине 0…0,15 м. Через определенный период
времени после полива влага начинает опускаться вниз и доходит до метрового слоя, в
результате чего наступает момент межполивных интервалов, когда растения имеют
максимальную потребность в воде.
При внутрипочвенном орошении основная масса корней расположена в слое почвы
0,2…0,3 м, так как этот горизонт продолжительное время содержит оптимальную
почвенную влажность. В этом горизонте происходят самые интенсивные физикохимический и биологический процессы. Эта почвенная глубина доступна для
проникновения нужного количества тепла, воздуха и света. В результате этого
питательные вещества в наибольшей степени используются растением. При дождевании
питательные вещества подчиняются закону восходящих токов и фильтрации воды вглубь
горизонта. В первом случае питательные вещества откладываются тонким слоем на
глубине 0,05…0,08 м от поверхности и, следовательно, недоступны корневой системе. В
другом случае питательные вещества вместе с водой увлекаются вглубь горизонта и
также становятся недоступными для корней растения.
При дождевании в начале развития корня наблюдаются большие побеги в верхнем
ярусе на глубине 0,1…0,15 м почвенного горизонта. Однако скоро эти побеги начинают
отмирать, и остается их незначительное количество. Такое же положение наблюдается и
на глубине 0,25…0,30 м. Нижний же ярус более мощно развит, чем при внутрипочвенном
орошении, и форма корня наиболее отлична от его форм при ВПО.
Следовательно, корневая система вынуждена производить огромную работу в
погоне за резким передвижением почвенной влажности и питательных веществ. В
результате этого растения развивают мощную корневую систему в ущерб общему своему
росту. Это ведет к понижению урожайности.
При ВПО удаление растения от центра увлажнителя не дает резкого увеличения
количества корневого ветвления, а наоборот, довольно значительное удлинение
основного стебля корня.
Совсем другое положение мы наблюдали при дождевании. Здесь мы имеем
большую длину основного корня, меньшее количество ветвлений на этом основном корне
и в то же время гораздо большую среднюю длину корневых ветвлений.
При всех способах наибольший урожай зеленой массы люцерны обеспечивался во
второй год жизни, а на третий год продуктивность ее резко снизилась вследствие
выпадения растений.
В пределах каждого года максимально высокий урожай люцерны формировался в
первом укосе, составляя 28…35 % от суммы за год. Этому способствовали благоприятные
температурные условия в наиболее продолжительный период нарастания его. Урожаи в
последующих укосах понижались. Это объясняется тем, что при многократном
скашивании люцерны запас пластических веществ в корневой шейке к концу вегетации
истощается. Лишь на втором и третьем году жизни продуктивность четвертого укоса
была несколько выше, чем третьего. Это объясняется более удлиненным вегетационным
периодом четвертого укоса.
При дождевании в 1994 г. за 4 укоса была получена максимальная урожайность –
87,0 т/га. В среднем за два года урожайность при дождевании составила 79,4 т/га.
Применение ВПО по сравнению с дождеванием позволяет увеличить урожайность
люцерны. Наибольший урожай – 95,0 т/га был получен на участке с наиболее высокой
предполивной влажностью почвы (80 % НВ), это на 8,0 т/га больше, чем при дождевании.
Снижение предполивной влажности почвы до уровня 70 % НВ в среднем на 12…19 %
снижает урожайность люцерны. Дальнейшее уменьшение легкодоступной влаги еще
больше сокращает урожайность люцерны.
Сравнивая урожайность при ВПО на крайних вариантах - 60 и 80 % НВ, наблюдаем
ее снижение на 27…32 %.
Сравнивая варианты с одинаковой конструкцией увлажнителей, но с различными
меж увлажнительными расстояниями, необходимо отметить, что при увеличении
расстояния между увлажнителями с 1,5 по 2,0 м урожайность снижается в среднем на
6,2… 12,1 %. Это объясняется тем, что при увеличении расстояния ухудшается
равномерность увлажнения между увлажнителями, не происходит перекрытия контуров
увлажнения, что приводит к угнетению растений.
Сравнивая поукосный урожай люцерны при дождевании и ВПО, следует заметить,
что при ВПО наблюдается меньше колебаний урожайности от первого до последнего
укоса. Разность между величиной урожая в первом и последнем укосе в 1994 г. составила
при дождевании 9,7, а при ВПО – 6,1 т/га.
На формирование урожая люцерны оказывает влияние конструкция увлажнителя.
Так, при расстоянии 2,0 м между увлажнителями урожайность люцерны на зеленую
массу больше на варианте, в котором использовались увлажнители из гончарных труб с
противофильтрационным экраном снизу и сверху, чем
в варианте с
противофильтрационным экраном на свободнолежащих муфтах, в среднем на 5,1 т/га.
Дисперсионный анализ урожайности выполнен по методике Б.А. Доспехова.
Сравнение вариантов проводилось согласно схеме опыта. Наименьшая существенная
разность изменяется в пределах 0,13…0,41 т/га, то есть между вариантами опытов
имеются существенные различия на 5 %-м уровне значимости.
Подводя итоги, можно отметить, что одним из способов, обеспечивающих
поддержание оптимального водно-воздушного и питательного режимов почв, является
внутрипочвенное орошение, применение которого дает высокие и устойчивые урожаи
сельскохозяйственных культур при рациональном расходе воды. Среди рассматриваемых
вариантов внутрипочвенного орошения оптимальным является II тип конструкции
увлажнителя с расстоянием 1,5 м между ними.
В заключение можно подчеркнуть, что внутрипочвенное орошение позволяет
значительно экономить водные, трудовые, энергетические и дорогостоящие материальные
ресурсы; не только автоматизировать процесс полива, но и управлять режимом влажности
почвы; повышать производительность сельскохозяйственных машин при возделывании
культур; предотвращать ирригационную эрозию почв; значительно уменьшать количество
сорняков и заболевания культурных растений; создавать благоприятные условия для
жизнедеятельности полезных почвенных бактерий, ликвидировать послеполивные
культивации почвы; регулировать воздушно-тепловой режим почвы; повышать
количественные и качественные показатели урожайности.
Однако, несмотря на наметившуюся интенсификацию научных исследований, на
успешно реализованные проекты мелиоративных систем с внутрипочвенным орошением,
имеется еще целый ряд нерешенных вопросов, затрудняющих дальнейшее увеличение
площадей с этим, несомненно, прогрессивным и экологически безопасным способом
полива.