Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Повышение равномерности увлажнения при бороздковом поливе хлопчатника в условиях Центрального Таджикистана

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Повышение равномерности увлажнения при бороздковом поливе хлопчатника в условиях Центрального Таджикистана"

На правах рукописи

ПУЛАТОВ ШАВКАТ ЯРАШОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ УВЛАЖНЕНИЯ ПРИ БОРОЗДКОВОМ ПОЛИВЕ ХЛОПЧАТНИКА В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО ТАДЖИКИСТАНА

Специальность: 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Москва-2013

005543094

Работа выполнена на кафедре мелиорации, рекультивации и охраны земель Таджикского аграрного университета им. Ш.Шотемур

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Икромов Исломкул Истамович

Официальные оппоненты: Безбородое Юрий Германович,

доктор технических наук, Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева, доцент кафедры мелиорации и геодезии

Губин Владимир Константинович, кандидат сельскохозяйственных наук, Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация: Московский государственный

университет природообустройства

Защита состоится «23» декабря 2013г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.006.03 8.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костякова (ВНИИГиМ) по адресу: 127550, Москва, ул. Большая Академическая, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ.

Автореферат разослан '/'/¿Р-Я 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук С.Д. Исаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В условиях Таджикистана 98% орошаемых земель поливаются бороздковым способом, при котором наблюдается низкая равномерность увлажнения корнеобитаемого слоя почвы, и, как следствие, невысокая урожайность сельскохозяйственных культур. Зачастую поливы проводятся большими нормами, что вызывает непроизводительные потери оросительной воды, а это снижает продуктивность ее использования. Кроме того, водоподача из оросительной сети осуществляется нестабильно. Из-за отсутствия технико-технологической и финансовой базы процесс широкого внедрения прогрессивных способов орошения в республике ограничен. Резервом повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, экономии оросительной воды и обеспечения равномерности увлажнения по длине борозд является разработка и внедрение оптимальных технологических параметров орошения хлопчатника и совершенствование конструкций, обеспечивающих стабильность водоподачи на поле независимо от измененяющегося горизонта воды в источнике.

В настоящее время учеными разработаны различные конструкции водовыпусков постоянного расхода. Однако, из-за сложности конструкций и высокой стоимости они не нашли широкого внедрения в условиях производства. Следовательно, разработка технологии повышения равномерности увлажнения почвы при бороздковом поливе и простой, надежной, недорогой конструкции водовыпуска постоянного расхода, весьма актуальна и своевременна для орошаемого земледелия Таджикистана.

Цель и задачи исследований. Цель исследований — обеспечение равномерности увлажнения почв при бороздковом поливе хлопчатника на основе совершенствования технологии полива в условиях Центрального Таджикистана.

Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:

• усовершенствовать технологию бороздкового полива хлопчатника путем применения дифференцированной глубины рыхления почвы поперек склона на хлопковом поле; определить основные водно-физические свойства почвы и изучить водопроницаемость в зависимости от глубины рыхления почвы;

• разработать новую конструкцию водовыпуска постоянного расхода, изготовить опытные образцы, провести лабораторные и производственные испытания;

• изучить структуру водоподачи, равномерность увлажнения почвы по длине борозды в зависимости от глубины рыхления и уклона орошаемого поля;

• изучить элементы техники полива и определить величину смыва почвы в зависимости от уклона борозды и расхода поливной струи при традиционной технологии и при технологии с дифференцированной глубиной рыхления почвы;

• изучить влияние технологии полива на рост, развитие и урожайность хлопчатника и определить элементы водного баланса хлопкового поля;

• оценить экономическую эффективность и провести производственную проверку разработанной технологии орошения хлопчатника. Научная новизна исследований заключается в разработке способа

повышения равномерности увлажнения при поливе по бороздам на склоновых землях путем проведения дифференцированного рыхления почвы поперек склона и новой конструкции постоянного водовыпуска, которые в совокупности обеспечивают равномерность полива, стабильность водоподачи и экономию оросительной воды.

Получены эмпирические зависимости впитывания воды в почву в естественных условиях и при проведении рыхления, зависимости поверхностного сброса от расхода поливной струи и объема смыва почвы от поверхностного сброса. Установлены параметры увлажнения почвы и рассчитаны элементы техники полива при традиционной технологии и при проведении полива на фоне дифференцированного рыхления.

Практическая ценность работы. Разработанная технология дифференцированного рыхления поперек поля и новая конструкция постоянного водовыпуска может быть использована на склоновых землях с уклоном до 0,1 на средне- и тяжелосуглинистых почвах при проведении бороздкового полива. Рекомендованная технология обеспечивает повышение КПД техники полива до 0,88, снижение поверхностного сброса до 3,5%, экономию оросительной воды до 25% и получение 33,4-39,1 ц/га хлопка-сырца, что на 24-28% больше по сравнению с традиционной технологией, а чистая прибыль составляет 1437 $/га.

Методика исследований. В основу исследований положен системный подход. Основным методом исследований являлся полевой эксперимент по методике Д.А. Доспехова. Полевые исследования выполнены в производственных условиях (2010-2012гг.) в хозяйствах «Ильич» и «Дурбат» Гиссарского района Центрального Таджикистана. Лабораторные исследования проводились в экспериментальной механической мастерской и лаборатории на кафедре мелиорации Таджикского аграрного университета им. Ш. Шотемур. Элементы техники полива изучались по методам, описанным А.Н. Костяковым (1960), С.М. Кривовязом (1966), Г.Ю. Шейнкиным (1970), Н.Т. Лактаевым (1978) и др. Наблюдения за ростом и развитием хлопчатника выполнены по методике СоюзНИХИ (1973). Обработка результатов исследований

з

проводилась методами математической статистики, корреляционного и дисперсионного анализа с применением ПК.

На защиту выносятся следующие результаты:

• способ повышения равномерности увлажнения почвы при поливе по бороздам на склоновых землях путем проведения дифференцированного рыхления поперек склона;

• конструкция и параметры водовыпуска постоянного расхода;

• эмпирические зависимости впитывания воды в почву и поверхностного сброса от расхода поливной струи и объема смыва почвы от поверхностного сброса в естественных условиях и при проведении рыхления;

• элементы техники полива при традиционной технологии и при орошении на фоне дифференцированного рыхления.

Личный вклад автора состоит в постановке лабораторных и полевых исследований, в разработке новой конструкции водовыпуска постоянного расхода, в обосновании способа достижения равномерного увлажнения почвы по длине борозды. В условиях полевого опыта определены структура водоподачи, элементы техники полива, влияние дифференцированного глубокого рыхления на равномерность увлажнения почвы, суммарное испарение хлопчатника и его урожайность. Автором проведены производственные испытания предложенной технологии, даны экономическая оценка ее эффективности и рекомендации производству.

Реализация результатов исследований. Разработанная технология равномерного увлажнения почвы при бороздковом поливе хлопчатника путем применения дифференцированного глубокого рыхления внедрена в хозяйствах Гиссарского района на общей площади 135га. Предложенные разработки использованы при составлении планов водопользования на оросительных системах в хлопкосеющих хозяйствах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Таджикского аграрного университета им. Ш.Шотемур, международной научной конференции «Достижения науки и передовые технологии по восстановлению засоленных земель и улучшению эксплуатации ирригационных сооружений» (Ашхабад, 2011), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы, перспективы развития сельского хозяйства для обеспечения продовольственной безопасности Таджикистана» (Душанбе, 2012), международной научно-практической конференции Академии наук Республики Таджикистан (Душанбе, 2012) и на республиканских конференциях в Душанбе (2010, 2011, 2012,2013).

Полевые опыты и результаты исследований ежегодно рассматривались и обсуждались специальной комиссией научно-исследовательского сектора Таджикского аграрного университета им. Ш. Шотемур.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации, получены 3 патента Республики Таджикистан на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 156 страницах, содержит 27 таблиц, 30 рисунков и приложения на 15 страницах, состоит из введения, 4 глав, выводов, рекомендаций производству и списка использованной литературы, включающего 141 источник, из них - 7 зарубежных авторов.

Содержание работы В первой главе приводится краткий обзор литературы по технике и технологии поверхностного орошения сельскохозяйственных культур, особенностям глубокого рыхления почвы. Приводятся материалы по уплотнению почвы и по влиянию этого процесса на поливы и урожай сельскохозяйственных культур. Излагаются результаты анализа теоретических исследований по существующим системам водоподачи, водораспределения и водопользования. Обоснована необходимость конструктивного совершенствования технических средств систем водоподачи и разработки новой конструкции водовыпуска постоянного расхода;

На основе анализа выявлено, что поверхностный полив по бороздам имеет ряд недостатков, главными из которых являются: потери воды на сброс и глубинную фильтрацию, низкий коэффициент равномерности увлажнения почвы по длине поливного участка, низкая производительность труда поливальщиков, возникновение ирригационной эрозии почвы и др., способствующие поднятию грунтовых вод и вторичному засолению почв.

С целью развития теории и практики техники и технологии орошения сельскохозяйственных культур и влияния их на эколого-мелиоративное состояние орошаемых земель, исследования проводились такими учеными как: Н.Ф. Беспалов, Ю.Г. Безбородов, В.В. Бородычев, К.В. Губер, В.К. Губин, Х.Д. Домуллоджонов, И.И. Икромов, Н.Т. Лактаев, В.М. Легостаев, В.Ф. Носенко, С.Н. Рыжов, М.Ю. Храбров, А.И. Шаров, Г.Ю. Шейнкин, Б.Б Шумаков, А.В Шуравилин и другие. Исследованиями доказано, что для осуществления успешного земледелия, способствующего получению высоких, устойчивых и экономически целесообразных урожаев сельскохозяйственных культур необходимо поддержание оптимальных для роста и развития растений условий водно-воздушного, теплового, питательного режимов почвы, температуры и уровня влажности приземного слоя воздуха.

Анализ литературного материала показал, что разработка новой конструкции водовыпуска постоянного расхода и применение технологии

дифференцированного глубокого рыхления играют весьма существенную роль в обеспечении стабильности водоподачи, равномерности полива, экономии оросительной воды и повышения урожайности хлопчатника.

Вторая глава диссертации посвящена результатам анализа почвенно-климатических условий Центрального Таджикистана.

Климатические условия долины охарактеризованы по данным пяти метеостанций. Долина по теплообеспеченности относится к жаркой зоне, коэффициент увлажнения изменяется от 0,32 до 0,46 (в среднем 0,40). Период с температурой свыше 10°С равен 238 дням на высоте 600м и 195 дням на высоте 1600 м. Самым жарким месяцем является июль, когда среднемесячная температура воздуха составляет 27,0-28,2°С, и самый холодный - январь с положительной температурой 50 С. Среднегодовая температура воздуха варьирует от 12,8 до 15,1° С, а в теплом полугодии (апрель-сентябрь) от 22,1 до 23,1 С. Климатические условия за годы исследований представлены в таблице 1.

Ветры в долине преобладают северные и северо-восточные. Среднегодовая скорость ветра от 1,5 до 2,8 м/с. Испаряемость с водной поверхности, рассчитанная по формуле Н.И. Иванова (1941) с поправочным коэффициентом 0,8 по Л.А. Молчанову, за год по долине изменяется от 1311 до 1680 мм. В среднем по долине она составляет 1503 мм, а испаряемость за вычетом осадков (дефицит водного баланса) в год составляет 874 мм.

Площадь, используемая под производственную деятельность, составляет 78,039 тыс. га, из которых темные сероземы занимают 52,1%. По гранулометрическому составу почвы распределяются таким образом: песчаные и супесчаные - 3,3 %, легкосуглинистые - 7,1 %, среднесуглинистые - 52,4 %, тяжелосуглинистые - 36,4%, глинистые - 0,94%. Установлено, что на долю земель с грунтовыми водами глубже 3-х метров приходится 79,9 % территории.

Таблица 1. Климатические условия по метеостанции «Гисар»

Годы Месяцы IV-IX

IV V VI VII VIII IX

Среднемесячная температура воздуха, °С

2010 17,1 19,6 24,3 27,6 26,3 20,2

2011 17,4 22,3 26,9 27,7 27,1 21,7

2012 17,3 19,5 24,6 27,5 26,5 20,8

Осадки, мм

2010 135 120 75 2 0 22 352

2011 39 69 6 0 0 0 114

2012 128 59 16 0 0 0 203

Продолжение таблицы 1

Относительная влажность воздуха, %

2010 66 66 52 49 43 46

2011 57 58 49 48 48 50

2012 63 64 55 52 53 55

Испаряемость по Н.И.Иванову (с поправочным коэффициентом 0,8), мм

2010 86,8 97,6 168,0 203,2 216,0 158,9

2011 111,3 135,3 197,8 208,0 203,2 157,0

2012 95,3 102,6 159,4 190,5 179,5 135,9

Таким образом, анализ почвенно-климатических условий Гиссарской долины показывает, что они вполне благоприятны для ведения интенсивного орошаемого земледелия, особенно для развития хлопководства, и продуктивность почвы также определяется почвенно-климатическими условиями.

В третьей главе приводится описание принятой методологии исследований, объекта и условий проведения экспериментов. Исследования проводились на основе закладки стационарных полевых опытов в 2010-2012 годах на среднесуглинистых темных сероземах на 2-х участках («Ильич» и «Дурбат») экспериментального хозяйства института «Земледелие» Таджикской академии сельскохозяйственных наук. Объектом исследований являлись орошаемые участки с уклонами 0,01 («Ильич») и 0,04 («Дурбат»). Уровень грунтовых вод ниже 3-х метров (Ш-гидромодульный район).

Для решения поставленных задач проведены следующие исследования: Опыт №1. «Совершенствование технологии бороздкового полива хлопчатника путем применения дифференцированной глубины рыхления почвы, что обеспечивает равномерность увлажнения почвы в условиях Центрального Таджикистана».

Сопоставлялись следующие технологии орошения хлопчатника:

1. Технология полива хлопчатника, принятая в хозяйстве (контроль);

2. Технология полива в условиях глубокого рыхления (дифференцированная глубина):

2.1. начальная часть борозды (1/3 длины) - без рыхления;

2.2. средняя часть борозды (1/3 длины) — рыхление на глубину 40см;

2.2. концевая часть борозды (1/3 длины) - рыхление на глубину 60 см;

Сроки и нормы проведения поливов хлопчатника приняты в соответствии с «Рекомендациями по режиму орошения сельскохозяйственных культур для Таджикской ССР» (Душанбе, 1988).

Анализ результатов исследований показывает, что при уклоне поливной борозды 0,01 на варианте 1 с увеличением расхода поливной струи от 0,1-0,3 до 0,4-0,5 л/с увеличиваются объем сбрасываемой воды от 238 до 817 м3/га, мутность воды в конце борозды от 10,4 до 11,6 г/л, смыв почвы от 2,45 до 9,5 т/га. За 6 поливов в зависимости от расхода поливной струи смыв почвы изменяется от 14,7 до 57,0 т/га. С повышением уклона борозды до 0,04, увеличивается поверхностный сброс от 364 до 1088 м3/га, смыв почвы от 5,3 до 17,9 т/га за один полив (табл.5.).

Прпднффер.

глубоком

рьклеиш

' При традгщ. технологии орошения

18 16 14 12 10 8 6 А 2 О

70 140

Длина борозды, м

Рис. 5. Зависимость времени добегания от длины борозды.

* Прптрадвд. технологии орошен! т

х Прндифферен. глубоком рыхлетш

0,35

Рясход поливной струн, Л/с

Рис. 6. Зависимость поверхностного сброса от поливной струи при уклоне 1=0.01 и длине борозды 210 м .(Участок Ильич).

Показатели экономической эффективности орошения при традиционной и разработанной технологии приведены в таблице 8.

Таблица 8. Показатели экономической эффективности возделывания

Урожа Стоимость Прямые Себест Условно Рентаб

Вариант иность продукции производствен оимост чистый ельнос

опыта ) с 1 га., ные ь ДОХОД, ть,

т/га долл.США затраты на 1кг, cira, %

1га, долл. долл.

долл.США США США

Обычная 3,14 2041 1038 0,33 1003 96,6

технология

(контроль)

Глубокое 3,91 2537 1100 0,28 1437 130,5

рыхление

Расчет экономической эффективности рекомендуемых разработок показал, что условно чистый доход от их применения по сравнению с контролем выше и составляет 434 $/га, рентабельность - 130,5% .

Выводы

1. Предложен способ повышения равномерности увлажнения при поливе по бороздам на склоновых землях путем проведения дифференцированного рыхления почвы поперек склона (МП №Т1 522 от 22.03.2011 г.), обеспечивающий аккумуляцию оросительной воды в корнеобитаемом слое, снижение непроизводительного сброса воды, суммарного испарения и смыва почвы по сравнению с традиционной технологией.

2. Разработана новая конструкция водовыпуска постоянного расхода воды из оросителя, которая позволяет обеспечить стабильность водоподачи на поле вне зависимости от изменения горизонта воды в водоисточнике. Установлены гидравлические характеристики водовыпуска постоянного расхода воды.

3. Установлено, что при обычной вспашке водопроницаемость почвы, определенная в начале вегетации, в первый час составляет 7,5 см/час, коэффициент равномерности увлажнения по длине борозды (при уклоне 0,01) 0,75, а при применении дифференцированного глубокого рыхления (Н = 40 см и Н = 60 см), значения вышеуказанных параметров увеличиваются до 15,5 см/час и 0,90 соответственно.

4. Выявлено, что при дифференцированном глубоком рыхлении снижается объемная масса почвы в слое 0-100 см от 1,33 (без рыхления) до 1,29 (Н = 40 см) и 1,27 г/см3 (Н = 60см) и увеличивается наименьшая влагоемкость почвы от 22,1% до 23,3% и 24,2 % от массы абсолютно сухой почвы соответственно.

5. Исследованиями установлено, что в производственных условиях поливы проводятся большими нормами (схема полива 0-2-2, оросительная норма при

уклоне участка 0,01 составляет 7755 м3/га и при уклоне 0,04 - 7886 м3/га), с длинными межполивными периодами (20-34 дней) и при низкой влажности почвы (51-68% НВ). При технологии дифференцированного глубокого рыхления поперек склона и соблюдении рационального режима орошения (6570-60% от НВ) и при схеме полива 2-4-1 оросительная норма в среднем равняется 6768 м3/га. В течение вегетации она распределена следующим образом: от всходов до цветения - 29,2%, от цветения до раскрытия коробочек - 55,6%, в период созревания - 15,2%. Установлено, что при такой технологии бороздкового полива глубинный и поверхностный сброс снижаются в среднем соответственно с 12,4 до 4,4%, с 19,4 до 3,5% по сравнению с традиционной технологией. Экономия оросительной воды при этом составляет 1618 м3/га.

6. Установлены элементы техники полива при разных технологиях, уклонах и расходах поливной струи. Доказано, что при применении дифференцированного глубокого рыхления поверхностный сброс в зависимости от уклона борозды и расхода поливной струи уменьшается в пределах от 6,1%, до 14%. Также установлено, что при традиционной технологии полива коэффициент водопотребления хлопчатника составляет 343 - 377 м3/ц, а при поливе по предложенной технологии в зависимости от уклона борозд - 239 - 265 м3/ц, что на 30% меньше. Урожайность хлопка-сырца при применении дифференцированного рыхления почвы повышается в зависимости от уклона до 39,1 ц/га (¡=0,01) и до 33,4 ц/га (1 = 0,04). Удельные затраты воды на 1 ц хлопка-сырца при такой технологии уменьшаются на 18% (¡=0,01) и 16% (¡=0,04).

7. Расчет экономической эффективности показал, что условно чистый доход от применения усовершенствованной технологии по сравнению с традиционной выше и составляет 434,0 $/га, рентабельность выше на 33,9%.

Рекомендации производству

Для обеспечения равномерного увлажнения корнеобитаемого слоя почвы по длине борозд и по всему полю и аккумуляции необходимых для растений влагозапасов, а также снижения непроизводительного сброса и повышения эффективности использования водно-земельных ресурсов рекомендуется при поливе по бороздам на склоновых землях применять технологию дифференцированного глубокого рыхления почвы поперек склона глубокорыхлителем ГРП-2.4. При этом 1/3 часть начальной длины борозд рекомендуется оставлять без рыхления, на следующей 1/3 части длины борозды - рыхление проводить на глубину 40 см и на оставшейся 1/3 - на глубину 60 см. Глубокое рыхление рекомендуется проводить один раз в 3 года.

Для обеспечения стабильности водоподачи рекомендуется устанавливать на внутрихозяйственной сети разработанный водовыпуск постоянного расхода воды.

?п

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Пулатов, Ш.Я. Анализ существующих технологий поверхностно-бороздкового полива сельскохозяйственных культур [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Вестник ТАУ «Кишоварз» (Земледелец), -2010. -№ 4 (48). -С. 55-56.

2. Пулатов, Ш.Я. Новый способ внесения бентонитов в песчаные и супесчаные почвы [Текст]/ А.Р. Кариев, Ш.Я. Пулатов // Доклады Таджикской академии сельскохозяйственных наук. - № 4 (34). Душанбе, - 2012. -С. 38-40.

3. Пулатов, Ш.Я. Совершенствование технологии полива хлопчатника в условиях Таджикистана [Текст]/ Ш.Я. Пулатов, К. Расулзода //Мелиорация и водное хозяйство. -№4, М.- 2013., -С.20-21.

4. Пулатов, ЯЗ. Способ создания влагозапаса в почве и достижение равномерного увлажнения корнеобитаемого слоя [Текст]/ ЯЗ. Пулатов, И.И. Икромов, Ш.Я. Пулатов // Вестник ТАУ «Кишоварз» (Земледелец), - 2013. -№2 -С. 33-34.

Патенты на изобретения

5. Нурматов Н.К., Пулатов Ш.Я., Бобоев А. Водовыпуск постоянного расхода воды // Малый патент на изобретение № Т1243 от 06.01.2009г. Бюл. №55.-7с.

6. Пулатов Я.Э., Икромов И.И., Пулатов Ш.Я. Способ создания влагозапаса в почве и достижение равномерного увлажнения корнеобитаемого слоя // Малый патент на изобретение № Т1 522 от 10.03.2011г. Бюл. № 76. -7 с.

7. Кариев А.Р., Пулатов Ш.Я. Способ обработки пахотных земель бентонитом для улучшения их структуры и увеличения гидроаккумуляционной способности // Малый патент на изобретение № Т1 520 от 05.03.2012г. Бюл. № 74. -6 с.

Статьи в тематических сборниках и материалах конференций

8. Пулатов, Ш.Я. Водовыпуск постоянного расхода [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Материалы научно-практической конференции ГУ «ТаджикНИИГиМ», «Мелиорация и водные ресурсы: проблемы и пути их решения». - Душанбе, -2010.-С. 230-233.

9. Пулатов, Ш.Я. Водовыпуск постоянного расхода и достижение равномерного увлажнения корнеобитаемого слоя [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Материалы Международной научной конференции министерства водного хозяйства Туркменистана «Достижения науки и передовые технологии по восстановлению засоленных земель и улучшению эксплуатации ирригационных сооружений». -Ашгабат, - 2011. -С. 296-298.

10. Пулатов, Ш.Я. Влияние дифференцированного глубокого рыхления на водно-физические свойства почвы [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Сборник научных статей ТАУ им. Ш. Шотемур «Эффективное использование биоклиматических

факторов, при выращивании сельскохозяйственных культур на пахотных землях».-Душанбе, - 2012. -С. 477-480.

11. Пулатов, Ш.Я. Водосберегающая технология орошения хлопчатника [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Материалы научно-практической конференции ГУ «ТаджикНИИГиМ», «Технология полива в орошаемом земледелии Таджикистана». - Душанбе: ТаджикНИИГиМ, - 2012. -С. 70-72.

12. Пулатов, Ш.Я. Влияние дифференцированного глубокого рыхления на рост, развитие и урожайность хлопчатника [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Сборник научных статей посвященный 80-летию ТАУ им. Ш. Шотемур. «Продовольственная безопасность: состояние и перспективы». -Душанбе, -

2012.-С. 829-831.

13. Пулатов, Ш.Я. Водосберегающая и почвозащитная технология полива хлопчатника в условиях Центрального Таджикистана [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы, перспективы развития сельского хозяйства для обеспечения продовольственной безопасности Таджикистана». Том VII. -Душанбе, - 2012,-С. 229-231.

14. Пулатов, Ш.Я. Почвозащитная и водосберегающая технология полива хлопчатника [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Материалы международной научно-практической конференции Академии наук Республики Таджикистан. -Душанбе, - 2012. -С.17-23.

15. Пулатов, Ш.Я. Влияние дифференцированного глубокого рыхления на водно-физические свойства почвы [Текст]/ Ш.Я. Пулатов // Сборник статей, посвященных международному году водного сотрудничества. -Душанбе, -

2013.-С. 53-60.

п

Подписано к печати 20.15.2013 г. Заказ № 20. Тираж 100 ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии 127550, Москва ул.Б.Академическая, 44

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Пулатов, Шавкат Ярашович, Москва

Республика Таджикистан Таджикский аграрный университет им. Шириншох Шотемур

На правах ¿рукописи

04201454695

ПУЛАТОВ ШАВКАТ ЯРАШОВИЧ

Повышение равномерности увлажнения при бороздковом поливе хлопчатника в условиях Центрального Таджикистана

Специальность 06.01.02. - Мелиорация, рекультивация и

охрана земель

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Икромов И.И.

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ Стр.

Общая характеристика работы 4

Глава 1. Краткий обзор литературы 9

1.1. Техника и технология поверхностного орошения сельскохозяйственных культур 9

1.2. Уплотнение почвы и влияние этого процесса на поливы и урожай сельскохозяйственных культур. 26

1.3. Особенности глубокого рыхления почвы. 33

Глава 2. Краткая характеристика климатических, почвенных и мелиоративных условий Центрального Таджикистана 41

Глава 3. Объект, методика и условия проведения исследований 52

Глава 4. Результаты исследований 60

4.1. Влияние дифференцированной глубины рыхления на основные водно-физические свойства почвы. 60

4.2. Влажность почвы, сроки и нормы поливов хлопчатника. 67

4.3. Равномерность увлажнения почвы при бороздковом поливе. * 74

4.4 Структура водоподачи в зависимости от различных технологий орошения и уклона поливного участка при бороздковом поливе хлопчатника. 85

4.5. Результаты изучения элементов техники полива и смыва почвы в зависимости от уклона борозды и поливной струи. 90

4.6. Результаты разработки новой конструкции водовыпуска постоянного расхода. 103

4.6.1. Водовыпуск постоянного расхода. 103

4.6.2. Результаты испытания водовыпуска постоянного расхода. 107

4.7. Влияние дифференцированного глубокого рыхления почвы на рост, развитие и продуктивность хлопчатника. 109

4.8. Водный баланс и эвапотранспирация хлопкового поля. 112

4.9. Экономическая эффективность изученных технологий орошения хлопчатника. 115

4.10. Производственная проверка технологии полива хлопчатника на фоне дифференцированного глубокого рыхления. 119

Выводы 124

Рекомендации производству 126

Список использованной литературы 127

Приложения 140

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации. В условиях Таджикистана 98% орошаемых земель поливаются бороздковым способом, при котором наблюдается низкая равномерность увлажнения корнеобитаемого слоя почвы, и, как следствие, невысокая урожайность сельскохозяйственных культур. Зачастую поливы проводятся большими нормами, что вызывает непроизводительные потери оросительной воды, а это снижает продуктивность ее использования. Кроме того, водоподача из оросительной сети осуществляется нестабильно. Из-за отсутствия технико-технологической и финансовой базы процесс широкого внедрения прогрессивных способов орошения в республике ограничен. Резервом повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, экономии оросительной воды и обеспечения равномерности увлажнения по длине борозд является разработка и внедрение оптимальных технологических параметров орошения хлопчатника и совершенствование конструкций, обеспечивающих стабильность водоподачи на поле независимо от измененяющегося горизонта воды в источнике.

В настоящее время учеными разработаны различные конструкции водовыпусков постоянного расхода. Однако, из-за сложности конструкций и высокой стоимости они не нашли широкого внедрения в условиях производства. Следовательно, разработка технологии повышения равномерности увлажнения почвы при бороздковом поливе и простой, надежной, недорогой конструкции водовыпуска постоянного расхода, весьма актуальна и своевременна для орошаемого земледелия Таджикистана.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - обеспечение равномерности увлажнения почв при бороздковом поливе хлопчатника на основе совершенствования технологии полива в условиях Центрального Таджикистана.

Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач: • усовершенствовать технологию бороздкового полива хлопчатника путем применения дифференцированной глубины рыхления почвы поперек склона на хлопковом поле; определить основные водно-физические свойства почвы и изучить водопроницаемость в зависимости от глубины рыхления почвы;

• разработать новую конструкцию водовыпуска постоянного расхода, изготовить опытные образцы, провести лабораторные и производственные испытания;

• изучить структуру водоподачи, равномерность увлажнения почвы по длине борозды в зависимости от глубины рыхления и уклона орошаемого поля;

• изучить элементы техники полива и определить величину смыва почвы в зависимости от уклона борозды и расхода поливной струи при традиционной технологии и при технологии с дифференцированной глубиной рыхления почвы;

• изучить влияние технологии полива на рост, развитие и урожайность хлопчатника и определить элементы водного баланса хлопкового поля;

• оценить экономическую эффективность и провести производственную проверку разработанной технологии орошения хлопчатника.

Научная новизна исследований заключается в разработке способа повышения равномерности увлажнения при поливе по бороздам на склоновых землях путем проведения дифференцированного рыхления почвы поперек склона и новой конструкции постоянного водовыпуска, которые в совокупности обеспечивают равномерность полива, стабильность водоподачи и экономию оросительной воды.

Получены эмпирические зависимости впитывания воды в почву в естественных условиях и при проведении рыхления, зависимости поверхностного сброса от расхода поливной струи и объема смыва почвы от поверхностного сброса. Установлены параметры увлажнения почвы и рассчитаны элементы техники полива при традиционной технологии и при проведении полива на фоне дифференцированного рыхления.

Практическая ценность работы. Разработанная технология дифференцированного рыхления поперек поля и новая конструкция постоянного водовыпуска может быть использована на склоновых землях с уклоном до 0,1 на средне- и тяжелосуглинистых почвах при проведении бороздкового полива. Рекомендованная технология обеспечивает повышение КПД техники полива до

0,88, снижение поверхностного сброса до 3,5%, экономию оросительной воды до 25% и получение 33,4-39,1 ц/га хлопка-сырца, что на 24-28% больше по сравнению с традиционной технологией, а чистая прибыль составляет 1437 $/га.

Методика исследований. В основу исследований положен системный подход. Основным методом исследований являлся полевой эксперимент по методике Д.А. Доспехова. Полевые исследования выполнены в производственных условиях (2010-2012гг.) в хозяйствах «Ильич» и «Дурбат» Гиссарского района Центрального Таджикистана. Лабораторные исследования проводились в экспериментальной механической мастерской и лаборатории на кафедре мелиорации Таджикского аграрного университета им. Ш. Шотемур. Элементы техники полива изучались по методам, описанным А.Н. Костяковым (1960), С.М. Кривовязом (1966), Г.Ю. Шейнкиным (1970), Н.Т. Лактаевым (1978) и др. Наблюдения за ростом и развитием хлопчатника выполнены по методике СоюзНИХИ (1973). Обработка результатов исследований проводилась методами математической статистики, корреляционного и дисперсионного анализа с применением ПК.

На защиту выносятся следующие результаты:

• способ повышения равномерности увлажнения почвы при поливе по бороздам на склоновых землях путем проведения дифференцированного рыхления поперек склона;

• конструкция и параметры водовыпуска постоянного расхода;

• эмпирические зависимости впитывания воды в почву и поверхностного сброса от расхода поливной струи и объема смыва почвы от поверхностного сброса в естественных условиях и при проведении рыхления;

• элементы техники полива при традиционной технологии и при орошении на фоне дифференцированного рыхления.

Личный вклад автора состоит в постановке лабораторных и полевых исследований, в разработке новой конструкции водовыпуска постоянного расхода, в обосновании способа достижения равномерного увлажнения почвы по длине борозды. В условиях полевого опыта определены структура водоподачи,

элементы техники полива, влияние дифференцированного глубокого рыхления на равномерность увлажнения почвы, суммарное испарение хлопчатника и его урожайность. Автором проведены производственные испытания предложенной технологии, даны экономическая оценка ее эффективности и рекомендации производству.

Реализация результатов исследований. Разработанная технология равномерного увлажнения почвы при бороздковом поливе хлопчатника путем применения дифференцированного глубокого рыхления внедрена в хозяйствах Гиссарского района на общей площади 135га. Предложенные разработки использованы при составлении планов водопользования на оросительных системах в хлопкосеющих хозяйствах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Таджикского аграрного университета им. Ш.Шотемур, международной научной конференции «Достижения науки и передовые технологии по восстановлению засоленных земель и улучшению эксплуатации ирригационных сооружений» (Ашхабад, 2011), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы, перспективы развития сельского хозяйства для обеспечения продовольственной безопасности Таджикистана» (Душанбе, 2012), международной научно-практической конференции Академии наук Республики Таджикистан (Душанбе, 2012) и на республиканских конференциях в Душанбе (2010, 2011, 2012, 2013).

Полевые опыты и результаты исследований ежегодно рассматривались и обсуждались специальной комиссией научно-исследовательского сектора Таджикского аграрного университета им. Ш. Шотемур.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации, получены 3 патента Республики Таджикистан на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 156 страницах, содержит 27 таблиц, 30 рисунков и приложения на 15 страницах, состоит из

введения, 4 глав, выводов, рекомендаций производству и списка использованной литературы, включающего 141 источник, из них - 7 зарубежных авторов.

ГЛАВА 1. КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Техника и технология поверхностного орошения сельскохозяйственных культур

Поверхностное орошение - это способ, при котором вода распределяется по полю сплошным слоем или отдельными струями по бороздам и поступает в почву под действием гравитационных и капиллярных сил.

Качество и эффективность поливов сельскохозяйственных культур зависят прежде всего от поливной техники.

Задача техники поверхностного полива - подавать на орошаемое поле воду в нужном количестве, распределять её по поверхности поля, обеспечивать поглощение воды в почву и сохранять структуру и высокий коэффициент использования воды, создавать условия для механизации и высокой производительности труда на поливе.

Процесс бороздкового полива характеризуется главным образом двумя периодами: 1 - период продвижения воды по сухой борозде - период добегания; 2 - период продвижения воды по уже смоченной борозде и увлажнения её до расчетного слоя - период доувлажнения.

М. М. Кабаков (1972) выделяет также период стекания остатков воды после прекращения ее подачи в борозду, в течение которого происходит дальнейшее выравнивание глубины увлажнения по длине борозды и окончательное формирование контура увлажнения по глубине борозды.

К основным элементам техники полива относятся: длина борозды, расход поливной струи, уклон борозды и продолжительность полива. Они должны быть взаимосвязаны с конкретными условиями каждого поля, требованиями и особенностями возделывания сельскохозяйственных культур. Все эти параметры поливной борозды должны обеспечивать: подачу заданной поливной нормы, заданную равномерность увлажнения почвы по длине борозды, высокий коэффициент использования воды, высокую производительность труда поливальщиков, а также сведения к допустимому минимуму эрозию почвы.

Расчет элементов техники полива основан на использовании трех главных закономерностей: во-первых, на использовании закономерности изменения скорости впитывания воды в почву по времени; во-вторых, на использовании связи между временем и длиной добегания поливной струи по сухой борозде; в-третьих, на использовании закономерности движения воды и впитывания струи по смоченной борозде в период доувлажнения.

Теория расчета бороздкового полива впервые разработана академиком Костяковым А.Н. (1960), дальнейшим его совершенствованием занимались Шумаков Б.Б. (1980, 1991), Кривовяз С. М. (1966), Рачинский А.А. (1987), Ляпин А.Н. (1975), Алиев И.Г. (1970, 1977), Челюканов М.Д. (1970), Лактаев Н.Т. (1978), Носенко В.Ф. (1978, 1980), Кабаков М.М. (1972), Пензин М.П. (1977), Журавская Т.Л. (1974, 1976, 1977), Авербух P.M. (1974, 1978), Сурин В.А. (1976, 1981, 1982, 1983, 1987), Elliatt R.L. (1983), Walrer W.R. (1983) и др.

Поверхностный полив по бороздам в настоящее время является основным способом полива сельскохозяйственных культур в Таджикистане, который имеет ряд недостатков, главными из которых являются: потери воды на сброс и глубинную фильтрацию, низкий коэффициент равномерности увлажнения почвы по длине поливного участка, низкая производительность труда поливальщиков, возникновение ирригационной эрозии почвы и др., способствующие поднятию грунтовых вод и вторичному засолению почв.

Учитывая перечисленные недостатки, для рационального и эффективного использования оросительной воды многими учеными были проведены большие работы по усовершенствованию техники и технологии полива по бороздам.

Академик А.Н. Костяков (1960) процесс впитывания разделил на поглощение, при котором почва постепенно насыщается водой, и фильтрацию - конечную стадию поглощения, подчиняющую закону Дарси.

Для определения скорости впитывания существуют множество формул ряда авторов, но чаще всего широко используют формулу А.Н. Костякова [64]:

и

К{ - скорость поглощения воды почвой в данный момент, м / ч;

К] — скорость поглощения воды почвой в конце первой единицы времени, м / ч;

/ - время от начала впитывания, ч, с;

а - показатель степени, характеризующий динамику поглощения воды почвой.

Для расчетов элементов техники полива по бороздам пользуются не скоростью в конце первой единицы времени (К}) , а средней скоростью за первую единицу времени Ко, которая определяется:

1 — а

Зная Ко, можно найти скорость впитывания в любой момент.

Динамика поглощения воды почвой, не насыщенной водой в момент времени % выражается одночленной степенной зависимостью:

^ср = ~

где Кср - средняя скорость поглощения воды за период времени, м / ч;

Ко - средняя скорость впитывания за единицу времени, м/ч; а - показатель степени, характеризующий затухание скорости впитывания во времени, зависящий от начальной влажности почвы, изменяется от 0,3 до 0,8 .

Почва поглощает воду как во время передвижения её по поверхности, а также после прекращения подачи воды на поле.

При поверхностном поливе впитывание воды в почву - это один из основных факторов, определяющих основные элементы полива.

Дальнейшее развитие вопроса о скорости впитывания воды в почву были освящены в работах следующих ученых: В.В. Аристовского (1969), С.Ф. Аверьянова (1959), А.Г. Гольдмана (1967) и др.

Как уже отмечалось, скорость впитывания постепенно уменьшается по мере насыщения почвы водой. Кроме того, скорость впитывания уменьшается в результате набухания почвы, разрушения почвенных агрегатов, уплотнения пор, кольматажа и закрытия трещин.

М.М. Кабаков (1972) считает, что более точно динамичность скорости впитывания воды в почву во времени следует описывать двухчленной формулой, в которой значение параметров С, а, Ууст , зависят от физических свойств почвы и исходной влажности:

V, = — + Ужт

С Уст

С1 /

— - скорость впитывания в единицу времени, м / ч;

Ууст - средняя скорость впитывания, м / ч;

По данным И.А. Дзядевича (1976), водопроницаемость на микроповышениях в три и более раза больше, чем в микропонижениях. Таким образом, с ростом глубины слоя воды в бороздах, скорость впитывания будет повышаться не только за счет увеличения смоченного периметра, но и за счет включения более проницаемых участков микроповышений.

При впитывании воды во влажную почву быстрее достигается постоянная величина скорости впитывания, называемая коэффициентом фильтрации. Это объясняется тем, что во влажной почве значительно меньше активная пористость, так как часть пор занята водой.

Уклон поверхности оказывает значительное влияние на процесс инфильтрации. Эксперименты С.А. Коля подтверждают положение, что с увеличением уклона уменьшается интенсивность инфильтрации и возрастает поверхнос