На правах рукописи

Костоварова Ирина Александровна

ОРОШЕНИе ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ И ХЛОПЧАТНИКА ДОЖДЕВАНИЕМ ПРИ БЛИЗКОМ ЗАЛЕГАНИИ ГРУНТОВЫХ ВОД

специальность 06.01.02. – «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Москва  2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга» (ФГБНУ ВНИИ «Радуга»).

Научный руководитель:

доктор технических наук,

Городничев Валерий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Шуравилин Анатолий Васильевич

кандидат сельскохозяйственных наук,

Губин Владимир Константинович

Ведущая организация: Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К. А. Тимирязева (РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева).

Защита состоится «22» февраля 2012 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.038.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова по адресу: 127550, Москва, ул. Большая Академическая, 44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова

Автореферат разослан « 20 » января 2012 года

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Исаева С.Д.

ОБЩАЯ характеристика РАБОТЫ

Актуальность исследований. Проблема засоления земель при возделывании различных сельскохозяйственных культур на землях с близким залеганием грунтовых вод чрезвычайно актуальна для аридных регионов, где при орошении на поля приходится подавать большое количество воды. Необходимость проведения поливов большими нормами связана с широким применением бороздкового полива, при котором для обеспечения равномерного увлажнения почвы по длине борозд приходится допускать переувлажнение в их начале. Это приводит к фильтрации воды до уровня грунтовых вод и его дальнейшему повышению, а также к подтягиванию солей в пахотный слой, что приводит к резкому снижению урожайности.

Известно, что дождевание позволяет значительно снизить поливные и оросительные нормы. В настоящее время, на площадях бывших совхозов только в Узбекистане организовано более 80 тыс. фермерских хозяйств. В большинстве фермерских хозяйств современная дождевальная техника не может найти применение из-за сложности обслуживания и высокой стоимости. В связи с этим является чрезвычайно актуальным создание недорогой дождевальной техники и разработка экологически безопасной технологии орошения с её помощью.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка водосберегающей технологии орошения дождеванием озимой пшеницы и хлопчатника на сероземно-луговых почвах при близком залегании грунтовых вод.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

- обосновать необходимость разработки технологии орошения дождеванием на основе анализа научно-технической литературы, методических материалов по технологиям, техническим средствам и режимам орошения сельскохозяйственных культур (пропашных и сплошного сева), возделываемых в аридной зоне;

- изучить природно-хозяйственные условия региона исследований (агрометеорологические, почвенно-мелиоративные, гидрогеологические);

- уточнить технические параметры сезонно-стационарной системы дождевания с эрозионно-допустимыми энергетическими характеристиками на производственном участке для проведения полевых опытов;

- изучить режимы орошения пшеницы и хлопчатника дождеванием и по бороздам;

- оценить динамику и степень засоления, водный обмен посевов, сток воды и условия возникновения дождевой эрозии;

- адаптировать динамические модели развития и роста озимой пшеницы к сорту "Крошка" и модели хлопчатника к сорту "Ан-Баяут-2" для условий Узбекистана, провести сценарные исследования по оценке влияния поливных и оросительных норм на урожайность и водопотребление и определить рациональные режимы орошения указанных культур;

- оценить экономическую эффективность разработанной водосберегающей технологии орошения озимой пшеницы и хлопчатника на слабозасоленных сероземно-луговых почвах при дождевании.

Методика исследования. Постановка полевых опытов, контроль и наблюдения проводились по общепринятым методикам (Доспехов Б.А., 1979., Головачев В.И., 1989.), а также по разработанной в ФГНУ ВНИИ «Радуга» методике контроля энергетических и динамических характеристик создаваемого дождя с использованием информационно-измерительной системы «Спектр-4М» (Городничев. В. И., 2009.). Использован системный подход, методы натурного эксперимента и численного моделирования.

Достоверность результатов исследований. Разработанная технология орошения дождеванием базируется на основных законах мелиоративной науки и принципах орошаемого земледелия. Достоверность результатов исследований подтверждена значительным объемом фактических данных, полученных в полевых опытов с использованием современных средств контроля высокой точности, а также соответствием расчетных и экспериментальных показателей продуктивности и водного режима почв, полученных в натурных и сценарных исследованиях.

Объект исследований. Объектом исследования являлись сероземно-луговые почвы в условиях близкого залегания грунтовых вод при орошении дождеванием и по бороздам озимой пшеницы и хлопчатника. Предметом исследования являлась технология орошения дождеванием в хлопково - пшеничном севообороте.

Личный вклад автора работы заключается в обосновании направления исследований, постановке и проведении полевых опытов, лабораторных анализов, математической обработке и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований. Разработана технология орошения дождеванием на сероземно-луговых почвах при близком залегании грунтовых вод. Установлены рациональные параметры режима орошения озимой пшеницы и хлопчатника на слабозасоленных сероземно-луговых почвах при близком залегании грунтовых вод. Установлено влияние поливных норм на миграцию солей в слое до 1 м при орошении дождеванием и по бороздам в условиях близкого залегания грунтовых вод. Изучено влияние технологии орошения на рост и развитие озимой пшеницы и хлопчатника. Обоснованы параметры сезонно-стационарной системы дождевания, обеспечивающей экологически безопасное орошение на слабозасоленных сероземно-луговых почвах при близком залегании грунтовых вод. Опробована методика оценки энергетического и динамического воздействия дождя на почву с использованием измерительно-информационной системы «Спектр-4М» и впитывания воды при поливе по бороздам. Выполнен расчет экономической эффективности разработанной технологии возделывания озимой пшеницы и хлопчатника при рациональных режимах орошения дождеванием и по бороздам.

Научная новизна работы состоит в том, что разработана технология дождевания озимой пшеницы и хлопчатника с помощью сезонно-стационарной системы при близком залегании грунтовых вод включающая: схему водораспределительной сети и размещения дождевальных аппаратов, обоснование энергетических и динамических характеристик, включая интенсивность дождя, размеры дождевых капель, равномерность распределения дождя по орошаемой площади, величину экологически безопасных поливных норм, а также режим орошения. Проведена апробация методики определения энергетических характеристик дождя с помощью ИИС «Спектр-4М» при работе сезонно-стационарной системы. Изучено влияние полива дождеванием и по бороздам на водно-солевой режим почвы. Впервые дана оценка эффективности дождевания на ограниченной площади фермерского хозяйства в условиях близкого залегания грунтовых минерализованных вод при орошении окружающей территории по бороздам.

Основные положения, выносимые на защиту:

- технология орошения дождеванием озимой пшеницы и хлопчатника в условиях слабозасоленных сероземно-луговых почв при близком залегании грунтовых вод;

-рациональные параметры режима орошения озимой пшеницы и хлопчатника на слабозасоленных сероземно-луговых почвах;

- оценка влияния орошения дождеванием и по бороздам на степень засоленности почвы;

Практическая значимость и реализация результатов исследований состоит в разработке технологии орошения озимой пшеницы и хлопчатника дождеванием при близком залегании грунтовых вод, позволяющей: снизить оросительные нормы при поливе озимой пшеницы в 2,0-2,7 раза, а хлопчатника в 1,3-1,6 раза по сравнению с бороздковым поливом; улучшить равномерность полива с коэффициентом эффективного полива К_эф до 0,78; повысить урожайность зерна в среднем на 4,0-5,0 ц/га и хлопка-сырца на 3,0-6,0 ц/га; обеспечить улучшение экологической обстановки на орошаемых землях.

Разработанная технология орошения озимой пшеницы и хлопчатника с учетом агроклиматических ресурсов региона может быть рекомендована для проектных и эксплуатационных организаций, а также сельскохозяйственных производителей различного уровня, использующих дождевальную технику в условиях аридной зоны. Определена экономическая эффективность разработанной водосберегающей технологии орошения озимой пшеницы и хлопчатника.

Апробация работы. Основные результаты исследований по диссертационной работе докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-практических конференциях НПО «САНИИРИ» в 2004 и 2008 году, на международных конференциях молодых ученых и специалистов ФГНУ ВНИИ «Радуга» в 2008, 2009 и 2010 году, на международных научно-практических конференциях МГУП в 2008 и 2010 году, на международной научно-практической конференции ВНИИГиМ в 2011 году. Результаты работы демонстрировались на фермерских днях, проводимых 2 раза в год на опытном участке в период с 2003 по 2005 г.г. с участием администрации Сырдарьинской области Республики Узбекистан.

Публикации. Основное содержание диссертации, ее результаты и рекомендации опубликованы в 12 печатных работах, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК РФ 3.

Структура и объём диссертации. Основной текст диссертации изложен на 145 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов и предложений производству, 79 рисунков, 35 таблиц, включает 16 приложений. Список литературных источников включает 145 работ.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность и новизна работы, определены цель и задачи исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ современного состояния орошения дождеванием в условиях засушливого климата, также изложены результаты обобщения литературных данных по вопросам орошения при возделывании озимой пшеницы и хлопчатника по интенсивным и традиционным технологиям.

Разработка технологии орошения дождеванием озимой пшеницы и хлопчатника осуществлялась на основе исследований Костякова А.Н., Городничева В.И., Губера К.В., Губина В.К., Добрачева Ю.П., Икрамова Р.К, Кирейчевой Л.В., Лактаева Н.Т., Максименко В.П., Морозова А.Н., Ольгаренко Г.В., Севрюгина В.К, Храброва М.Ю., Широковой Ю.И., Шуравилина А.В. и др. На основе проведенного анализа состояния проблемы выбрано перспективное направление исследований в данной предметной области, сформулированы задачи исследований.

Во второй главе дана характеристика почвенно-климатических и мелиоративных условий региона исследований и опытного участка. Приведена схема полевых опытов, блок-схемы и описание имитационных моделей роста и развития озимой пшеницы и хлопчатника. Даны рекомендуемые зависимости для определения энергетических и динамических характеристик дождя. Обоснован выбор дождевального аппарата для испытываемой сезонно-стационарной системы.

Полевые исследования проводились в 2002-2005 годах в Голодной степи с характерными для аридной зоны природными условиями на сероземно-луговых почвах, подстилаемых аллювиальными отложениями реки Сырдарьи. Оценка погодных условий вегетационных периодов 2002-2005 гг. выполнялась по ежесуточным данным, полученным на метеостанции Дустлик. Погодные условия в годы проведения исследований отличались по температурному режиму и величине атмосферных осадков (таблица 1). В первый год исследований выпало наибольшее количество осадков, что отразилось на величине дефицита водопотребления: 120 мм для озимой пшеницы и 140 мм для хлопчатника, что ниже среднемноголетней. Наибольшая потребность во влаге была в 2004г. -130 мм для озимой пшеницы и в 2005 г - 247 мм для хлопчатника. Величина испаряемости за вегетационные периоды 2003…2005 годов была ниже среднемноголетних значений и обеспеченность осадками составляла 43-48 % по озимой пшенице. Для хлопчатника в 2003 году обеспеченность была близка к среднемноголетним значениям (49 %), а в 2004 и 2005 году составила 65 % и 75 % соответственно.

Таблица 1. Основные метеопараметры в годы проведения исследований

(по метеостанции Дустлик 1986-2005 гг.)

Почвы опытного участка по механическому составу представлены легкими суглинками и супесями и имеют разную степень засоления. Тип засоления -хлоридно-сульфатный, реже сульфатно-хлоридный. Исходная плотность почвы опытного участка до начала проведения поливов в слоях 0-50, 0-70 и 0-100 см, соответственно, составила: 1,40; 1,41 и 1,42 т/м³, а наименьшая влагоемкость (НВ) – 21,55; 21,76 и 21,98 % к массе сухой почвы, соответственно. Содержание гумуса в почвах опытного участка составляет 0,57-0,76 % в слое 0-30 см и 0,56-0,69 % в слое 30-60 см. Обеспеченность подвижными формами фосфора (Р₂О₅) характеризуется как очень низкая (11 мг на кг почвы) в слое 0-30 см и низкая (20,8 мг) в слое 30-60 см. Обеспеченность почвы подвижными формами калия (К₂О) относится к средней (262,7 мг на 1 кг) в слое 0-30 см, а в слое 30-60 см к повышенной (318,1 мг).

Для решения поставленных в работе задач исследований в 2002…2005 гг. были заложен и проведен трехгодичный полевой опыт по орошению дождеванием и традиционным способом полива - по бороздам при возделывании озимой пшеницы и хлопчатника с целью разработки технологии дождевания, определения динамики засоления на сероземно-луговых почвах при вышеуказанных способах полива в условиях близкого залегания грунтовых вод. Глубина подземных вод в течение вегетации колебалась от 1,5 до 2,2 м. По степени минерализации воды – среднеминерализованные с содержанием сухого остатка – 5…6,5 г/л. Минерализация оросительной воды – 0,7…0,9 г/л, дренажной – 2…2,8 г/л. Средний уклон поля составляет 0,003-0,004. При проведении полевых экспериментов полив осуществлялся по бороздам и дождеванием. Длина борозды составляла 100 м, ширина междурядий 0,9 м, расход в борозду 0,24-0,28 л/с. Дождевание проводилось при помощи сезонно-стационарной системы с аппаратами ДКШ - 64.00.060 Удельная протяженность закрытого дренажа на территории объекта и прилегающих землях равна 80-100 м/га, т.е. междренное расстояние - 100-125 метров, глубина заложения 1,5 м. На опытном участке высевались районированные сорта: озимая пшеница «Крошка» (среднеспелый, мягкий) и хлопчатник «Ан-Баяут-2» (среднеспелый, средневолокнистый). Минеральные удобрения вносились нормами: N₁₆₃P₄₅ – под озимую пшеницу, N₉₅P₂₂₀К₁₂ – под хлопчатник.