Регулирование водного режима орошаемых обыкновенных черноземов при близком залегании уровня грунтовых вод

Турулев, Владимир Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Регулирование водного режима орошаемых обыкновенных черноземов при близком залегании уровня грунтовых вод
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Регулирование водного режима орошаемых обыкновенных черноземов при близком залегании уровня грунтовых вод"

На правах рукописи

ТУРУЛЕВ ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ

уп1) _ П

□□3455468

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА ОРОШАЕМЫХ ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ИРИ БЛИЗКОМ ЗАЛЕГАНИИ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД

06.01.02 - "Мелиорация, рекультивация и охрана земель"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

0 5 ЛЕН 2008

Новочеркасск - 2008

003455468

Диссертационная работа выполнит на кафедре мелиорации земель в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Новочеркасская государственная мелиоративная академия" в период с 1976 по 2008 гг.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

академик РАСХН Кружилин Иван Пантелеевич;

Ведущее предприятие - ФГОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет (ФГОУ ВПО ДонГАУ)

Защита состоится 19 декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.049.01 в ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Пушкинская 111, ауд. 339, факс (86352) 45-164.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО НГМА, с авторефератом - на сайте Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки Минобразования и науки РФ referat_vak@ministry.ru. Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный мелиоратор РФ Иванова Нина Анисимовна;

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сухарев Виталий Иванович

2008 г.

Ученый секретарь диссертационного coBéíe-Q^¿y Сенчуков Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальное!ь проблемы. Б степной зоне Российской Федерации, при наличии плодородных черноземных почв и высокой тсплообеспсченности, лимитирующим фактором для роста и развития сельскохозяйственных культур является недостаточное увлажнение среды их произрастания (почв и приземного слоя воздуха). В этих почвенно-климатических условиях региона научно обоснованное использование оросительных мелиорации позволяет в два-три и более раза увеличить продуктивность сельскохозяйственных угодий.

Вместе с тем, более чем 30-к50-летний опыт применения крупномасштабного регулярного орошения в Северо-Кавказском регионе показывает, что наряду с безусловным положительным продуктивным эффектом от оросительных мелиорации отмечается ухудшение мелиоративного состояния регулярно орошаемых почв. В частности, на продолжительно орошаемых землях наблюдается развитие таких негативных явлений, как подъем уровня грунтовых вод и связанное с ним вторичное засоление и осолонцевапие обыкновенных черноземов, ухудшение, их водно-физических показателей. Это обусловлено не только невысоким техническим уровнем ряда действующих оросительных систем региона, но и неэффективным регулированием водного режима орошаемых земель, особенно в условиях неглубокого залегания грунтовых вод.

К примеру, только в Ростовской области (из 215 400 га по состоянию на 01.01.2006 г.) используются орошаемые земли с глубиной залегания грунтовых вод до 3,0 м на площади в 103 068 га, а с глубиной менее 1,0 м - 6166 га.

На необходимость применения водосберегающих и "водощадящих" технологий орошения земель (черноземов в особенности) неоднократно указывали ведущие отечественные ученые Айдаров П.П., Галямина Е.П., Голованов А.И., Данильченко Н.В., Иванова H.A., Коваленко ГШ., Кружилин И.П., Козин М.А., Ольгаренко В.И., Ольгаренко Г.В., Остапчик В.П., Скуратов Н.С., Харченко С.И., Шевченко П.Д., Щедрин В.Н. и другие. Вместе с тем и к настоящему времени не все аспекты ведения орошаемого земледелия в целом и регулирования водного режима почв, в частности, в степной зоне страны

для условий высокого уровня грунтовых вод должным образом научно обоснованы, а имеющиеся рекомендации крайне слабо используются на практике.

Проблему разработки "водощадящих" и водосберегающих технологий оросительных мслиораций обыкновенных "староорошаемых" черноземов в условиях неглубокого уровня грунтовых вод актуализируют масштабы земель в Северо-Кавказском регионе и преимущественно в Ростовской области, оросительные системы которых выбраны в качестве объекта исследований.

Разработке научного обоснования технологий регулирования водного режима обыкновенных черноземов и режимов орошения сельскохозяйственных растений культивируемых на староорошаемых землях степной зоны Российской Федерации посвящено настоящее научное исследование. Исследования проводились в Новочеркасской государственной мелиоративной академии (НГМА), Персиановской опытно-мелиоративной станции НГМД (ПОМС), Ростовской ОМС ЮжНИИГиМ (х. Ьлкин Багаевского района), на Семикаракорской полевой экспериментальной базе (СПЭБ) Государственного гидрологического института (1ТИ), оросительных системах Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев в рамках госбюджетной НИР "Разработать технологии полива сельскохозяйственных культур для условий степной зоны, обеспечивающие экологическую устойчивость мелиоративных систем", ГНТП "Плодородие" (1994-2006 гг.), НИР НГМА на 20062010 гг. 03.04.02.01 "Усовершенствовать технологии орошения сельскохозяйственных культур, обеспечивающие повышение продуктивности мелиорируемого гектара на 20-30 % и экономию водных ресурсов на 15-20 %".

Цель работы заключается в разработке научного обоснования регулирования водного режима староорошаемых обыкновенных черноземов степной зоны Российской Федерации и режимов орошения сельскохозяйственных растений в условиях близкого к поверхности залегания уровня грунтовых вод (<1,5-2,5 м) для повышения продуктивности угодий, сохранения плодородия почв и улучшения мелиоративного состояния земель.

Основными задачами исследований явлиются:

- обоснование возможности ра-улирования водного режима обыкновенных черноземов степной зоны и режима орошения сельскохозяйственных растений в условиях близкого к поверхности залегания уровня грунтовых вод;

- получение экспериментальных данных по динамике изменения водных констант староорошаемых черноземов Северо-Кавказского региона (запасов влаги и поливных норм для различной глубины и порогов увлажнения почв);

- установление закономерностей распределения почвенной влаги в зоне аэрации и развития корневой системы сельскохозяйственных культур при различных поливных режимах и разноуровепном залегании грунтовых вод;

- получение зависимостей по определению объемов использования грунтовых вод во взаимосвязи с биологическими особенностями сельскохозяйственных культур и глубиной проникновения корневой системы, позволяющих уточнить их оросительные нормы при близком уровне грунтовых вод;

- разработка научно-методического подхода к дифференцированной и интегрированной качественной и количественной оценке мелиоративного состояния староорошаемых черноземов для условий высокого стояния уровня грунтовых вод характеризуемых различной минерализацией;

- разработка рациональных и эффективных режимов орошения сельскохозяйственных культур (сорго-суданкового гибрида, озимой пшеницы, кукурузы) возделываемых на обыкновенных староорошаемых черноземах при близком к поверхности уровне разномпнерализованных грунтовых вод;

- проведение биоэнергетического и экономического обоснования технологии регулирования водного режима и ведения растениеводства па обыкновенных подтапливаемых грунтовыми водами черноземах в условиях орошения.

Объектом исследований является водный режим орошаемых обыкновенных черноземов продолжительно эксплуатируемых оросительных систем Северо-Кавказского региона и режимы орошения сельскохозяйственных растений, культивируемых в условиях высокого уровня стояния грунтовых вод.

Методология исследований. Методологическую основу работы составляет системный подход, позволяющий выявить причинно-следственные

связи между водно-физическими свойствами почвогрунтов на староорошаемых земельных массивах, природно-мелиоративными факторами, биологическими особенностями сельскохозяйственных культур и водным режимом почв при близком залегании уровня разноминерализойанных грунтовых вод. Опытно-производственные и региональные исследования водных режимов орошаемых земель и режимов орошения сельскохозяйственных культур включали многолетние натурные эксперименты и измерения изучаемых параметров на действующих оросительных системах региона.

Научную новизну работы составляют:

- обоснованная и экспериментально подтвержденная научная концепция (гипотеза) технологии регулирования водного режима староорошаемых обыкновенных черноземов на продолжительно эксплуатируемых оросительных системах юга степной зоны Российской Федерации и режимов орошения сельскохозяйственных культур, выращиваемых в условиях близкого к поверхности залегания уровня разноминерализованных фунтовых вод;

- экспериментально установленные и уточненные параметры водных констант староорошаемых обыкновенных черноземов (для современного их состояния), включая данные по запасам влаги, поливным и оросительным нормам для различных глубин и порогов их увлажнения;

- экспериментально установленные (подтверждающие концепцию) закономерности развития корневой системы широко культивируемых в регионе сельскохозяйственных растений (кукурузы, озимой пшеницы, сорго-суданкового гибрида) в условиях разработанной технологии регулирования водного режима обыкновенных староорошаемых черноземов с близким к поверхности почв уровнем стояния грунтовых вод;

- полученные и практически подтвержденные эмпирические зависимости использования растениями грунтовых и оросительных вод с учетом биологических особенностей и глубины проникновения корней сельскохозяйственных культур при близком залегании уровня грунтовых вод;

- разработанный научно-методический подход количественной оценки мелиоративного состояния орошаемых земель с высоким стоянием уровня грунтовых вод, новые и уточненные составляющие параметры оценки ме-

лиоративиого состояния орошаемых черноземов при высоком стоянии уровня грунтовых вод на основе разработанного количественно)« показателя.

Основные положения, выносимые па защиту:

1. Научная гипотеза и основанные на пей технологии регулирования водного режима староорошаемых обыкновенных черноземов на действующих оро-ентельных системах Северо-Кавказского регнона и режимов орошения сельскохозяйственных культур, выращиваемых в условиях близкого (ог 1,0 до 3,0 м) к поверхности уровня грунтовых вод;

2. Закономерности распределения влаги в почвенно-грунтовом слое в пределах зоны аэрации от атмосферных осадков и орошения в зависимости о г различных систем вегетационных поливов и влияния капиллярного поднятия грунтовых вод при различной глубине их стояния;

3. Зависимости по определению объемов использования грунтовых и оросительных вод сельскохозяйственными культурами с учетом их биологических особенностей и глубины проникновения корневой системы при близком к поверхности (от 1,0 до 3,0 м) залегании уровня грунтовых вод;

4. Водосберегающие и водощадящие поливные режимы, основанные на установленных закономерностях развития корневой системы сельскохозяст-венных растений, произрастающих на обыкновенных староорошаемых черноземах с разными показателями увлажнения почвогрунтовой толщи по глубине формируемыми инфильтрацией атмосферных и поливных вод и капиллярным поднятием грунтовых вод;

5. Экспериментальные данные по биоэнергетическому и экономическому обоснованию выращивания сельскохозяйственных культур на основе предложенной технологии режимов их орошения и регулирования водного режима орошаемых обыкновенных черноземов в условиях высокого стояния уровня грунтовых вод.

Достоверность результатов исследования

1. Научная гипотеза и технологии регулирования водного режима орошаемых обыкновенных черноземов основаны на многочисленных экспери-

ментальных натурных и лизиметрических данных и комплексном анализе почвепно-климатических и водно-физических свойств исследованных почв.

2. Положенные в основу технологии регулирования водного режима орошаемых обыкновенных черноземов качественные и количественные закономерности формирования и динамики изменения влажности почвенного слоя; зависимости изменения водного режима обыкновенных черноземов от почвенно-климатических условий, водоподачи, состояния орошаемых почв и агрокультур установлены, проверены и уточнены натурными исследованиями на опытных участках и крупных орошаемых массивах.

3. Надежность выводов определяют: - экспериментальные данные более чем двадцатипятилетних исследований, выполненных на мелиоративных стационарах, опытных, участках и в пределах крупных оросительных систем региона для широкого спектра природно-климатических условий; - результаты математической обработки полученных результатов замеров и анализов с высокими значениями коэффициентов регрессионных корреляционных отношений в полученных расчетных зависимостях.

4. Отдельные из полученных данных и зависимостей гармонично согласуются с известными данными и закономерностями других авторов.

Практическая ценность работы заключается в:

1. Практических рекомендациях по регулированию водного режима староорошаемых обыкновенных черноземов и выращиванию сельскохозяйственных культур в условиях высокого стояния уровня грунтовых вод;

2. Предложенном рациональном (водосберегающем и водощадящем ) режиме орошения сорго-суданкового гибрида, озимой пшеницы и кукурузы, культивируемых на староорошасмых обыкновенных черноземах в условиях высокого уровня стояния разноминерализованных грунтовых вод;

3. Разработанной для Северо-Кавказского региона и исследованных почвенио-климатических условий информационно-советующей системы (ИСС) "Водный режим".

Практические рекомендации по регулированию водного режима орошаемых обыкновенных черноземов имеют надежное биоэнергетическое

обоснование и характеризуются высокими экономическими показателями.

Широкая апробация и производственная проверка рекомендаций, методик и информационно-советующей системы, дифференцированные режимы орошения сельскохозяйственных культур в зависимости от мелиоративного состояния орошаемых земель проведена на Донской, Нижне-Донской, Мартыновской, Багаевско-Садковской, Нижне-Мапычскоп, Манычской, Азовской, Пролетарской, Приморской оросительных системах. Внедрение научных рекомендаций осуществлено на площади более 10000 га, используемой для выращивания озимой пшснииы, кукурузы и сорго-суданкового гибрида. Информационно-советующая система "Водный режим" прошла апробацию в трех типичных почвенно-климатпчсских зонах Ростовской области, Ставропольском и Краснодарском краях на общей площади более 16000 га.

Личный вклад автора. Определение направлений исследований, разработка схем полевых опытов и элементов методики наблюдений, критерии оценки влияния почвенно-климатических факторов на изменение составляющих водного режима, биологические особенности роста и развития культур и их корневой системы, формирование урожая и его качество, математические зависимости и их анализ, а также разработка способа регулирования водного режима почв, его производственная проверка и внедрение, выводы и предложения производству в диссертационной работе выполнялись лично автором. В проведении ряда полевых исследований участвовали сотрудники НГМА и Персиановской ОМС, а также СПЭБ ГГИ и РООМС ЮжНИИГиМ: Егорова Г.А., Донцов Е.С., Левченко Г.П., Волков A.C., Маркин В.В., Мар-тыненко Г.Н., Лачина П.И., Алипатова Н.И., Семенова Л.Л. Доля автора в научно-исследовательских работах, результаты которых вынесены на защиту, составила более 60 %, их производственной проверке и освоении - 100 %.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на семинарах по вопросам биологических, экономических и экологических основ нормирования водопользования орошаемого земледелия в г. Днепропетровске (1989 г.), ГГИ (г. Ленинград, 1991 г.), ежегодно (в период с 1990 по 2007

гг.) - на научно-технических конференциях в НГМД, на производственных совещаниях в хозяйствах орошаемой зоны Ростовской области, на совещаниях специалистов-эксплуатационников Департамента по мелиорации земель и сельскохозяйственному водоснабжению Ростовской области "Ростовмелио-водхоз", на совещаниях специалистов-проектировщиков Государственного учреждения проектный институт "Южводпроект", на совместном заседании секции "Мелиорации и орошаемого земледелия в степной зоне" и "Эксплуатации гидромелиоративных систем" отделения Земледелия, мелиорации и лесного хозяйства Росссльхозакадемин (г. Новочеркасск, 1999 г.) и других.

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 45 научных работ объемом более 120 печатных листов, из них лично автором 60 п.л., в том числе четыре монографии объемом 34 п. л.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 382 страницах машинописного текста и содержит: введение, 6 глав, выводы и предложения производству, 47 рисунков, 78 таблиц в тексте, 16 приложений. Список использованной литературы включает 383 наименования, в том числе 22 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится анализ современного состояния изученности проблемы регулирования водного режима продолжительно орошаемых черноземов в условиях высокого стояния уровня грунтовых вод.

Опыт орошения земель на оросительных системах степной зоны показывает примеры как позитивного, так и негативного его воздействия на плодородие почв и особенно чернозёмов. Одним из наиболее значимых средств воздействия на орошаемые почвы являются поливные и почвенно-грунтовые воды. Ведущие ученые - мелиораторы (Аверьянов С.Ф., Голованов А.И., Га-лямина Е.П., Данильченко Н.В., Коваленко П.И, Остапчик В.П., Ольгаренко В.И., Ольгаренко Г.В., Харченко С.И., Кружилин И.П., Айдаров И.П., Чере-мисинов А.Ю., Безднина С.Я., Щедрин В.Н., Решеткина Н.М., Сенчукоз Г.А., Шумаков Б.Б.) неоднократно отмечали, что неэффективное использование

оросительной воды, даже при относительно высоком уровне оросительных систем, приводит к фильтрационным потерям, что сопровождается подъёмом уровня грунтовых вод и ухудшением мелиоративного состояния земель. Наблюдаемое ухудшение мелиоративного состояния земель на продолжительно эксплуатируемых оросительных системах не исключает их продолжающееся использование для ведения растениеводства до проведения реконструкции и системного мелиорирования почвогрунтов. Указанное обстоятельство и предопределило формирование научной проблемы, связанной с природопользованием на землях продолжительно (от 30 до 50 лет) действующих оросительных систем Северо-Кавказского региона, почвы которых представлены обыкновенными подтапливаемыми грунтовыми водами чернозёмами.

Оценка известных научных разработок по данной проблеме проведена по трем взаимоувязанным и взаимообусловленным направлениям.

1. Исследованиями почв па продолжительно и интенсивно эксплуатируемых мелиоративных (оросительных) системах установлены факты труднообратимых процессов изменения их водно-физических свойств и характеристик. Так, исследованиями (Скуратова Н.С., Калиниченко В.П., Ковды В.А., Полуэктова Е.В., Турулевой В.А,, Андреева Г.И., Козлечкова Г.А.) установлены факты уплотнения (слитизации), осолонцевания (ощелачивания), засоления, изменения водно-физических характеристик почв, вызванных интенсивными поливами (переполивами) водами с повышенной минерализацией, подъёмами уровня грунтовых вод и другими причинами. Интенсивное и не всегда научно-обоснованное использование обыкновенных черноземов на староорошаемых (более 30-ь50 лет) землях Северо-Кавказского региона также привело к ухудшению их мелиоративного состояния. Несмотря на наличие ряда работ по изучению их свойстз, данные процессы изменения показателей водно-физических свойств обыкновенных черноземов, особенно за продолжительный период (то есть в динамике), не получили должного обобщения и нуждались в уточнении, что и было определено одной из задач настоящих исследований.

2. Особое значение для ведения орошаемого земледелия и растениеводства в рассматриваемых условиях имеет подбор сельскохозяйственных культур, адаптированных к произрастанию в условиях высокого стояния грунтовых вод повышенной минерализации, имеющих глубокую корневую систему, позволяющую использовать грунтовые воды капиллярной каймы с глубиной проникновения корней в почвогрунтовуго толщу до 1,5 -2,5 м.

Орошаемые земли региона интенсивно используются для выращивания сельскохозяйственных культур, адаптированных к условиям их произрастания и, в частности, на орошаемых обыкновенных черноземах (с системно ухудшающимися водно-физическими свойствами) при высоком и постоянно повышающемся уровне грунтовых вод. Вопросы высокопродуктивного растениеводства на землях продолжительно эксплуатируемых оросительных систем рассмотрены в трудах Ивановой H.A., Красовской И.В., Петинова Н.С., Носаговского А.И., Слёзкина П.Р., Соколова A.B., Грамматикати О.Г., Турулёвой В.А. и других. И, в частности, изучены вопросы биологии и культивирования таких широко распространенных в регионе и выбранных к исследованиям культур, как сорго-судапковый гибрид, кукуруза, озимая пшеница. Отметим научно установленные данные но солеустойчивости указанных культур (пшеница относится к очень сильно солеустойчивым культурам с Смо <3,5 г/л, сорго-суданковый гибрид - сильно солеустойчивым с Сюо <2,5 г/л и кукуруза относится к среднесолеустойчивым культурам с Сюо <1,3 г/л). Установлено, что глубина проникновения корневой системы культур зависит от: нижнего предполивного порога; плотности сложения, аэрации и мощности почвенно-грунтовых слоев; минерализации грунтовых вод; количества и качества питательных веществ. Вместе с тем, отсутствуют научные данные, необходимые для оптимизации режимов орошения в условиях высокого стояния грунтовых вод, среди которых: динамика развития корневой системы при различных условиях увлажнения почвенно-грунтовой толщи; водо-нотребление этими растениями почвенной влаги и грунтовых вод различной степени минерализации. На восполнение дефицита экспериментальных дан-

пых и обобщение информации по указанным вопросам направлены настоящие исследования.

3. Для высокопродуктивного орошаемого земледелия на продолжительно эксплуатируемых оросительных системах с почвенным покровом, представленным обыкновенными черноземами, при высоком уровне стояния 1рунтовых вод, особое значение имеют гидрогеологические условия почвен-но-грунтовой толщи. Установлено, что при наличии относительного во до-упора и определенном сочетании элементов водного баланса в почвогрунто-вой толще формируется водонасыщенный слой почвогруптов, появление которого вызывает образование капиллярной каймы (Роде A.A., Решеткина Н.М., Ковда В.Л., Турулева В.А., Харченко С.И., Кац Д.М. и др.). Капиллярная кайма начинается от уровня грунтовых вод. В пределах капиллярной каймы влажность слоев грунта изменяется от уровня соответствующего полной влагоемкости (в нижней части) до наименьшей и ниже её (в верхней ее части). В пределах слоя почвогруптов от их поверхности до горизонта стояния грунтовых вод возможны различные сочетания слоев с разным уровнем их влажности, формируемой за счет инфильтрации атмосферных или поливных вод (с поверхности в глубину) и капиллярного поднятия грунтовых вод (снизу вверх). Данные обстоятельства влияют на характер распространения корневой системы растений и их водопотребление.

Указанные выше объекты и предметы исследования находятся во взаимосвязи и взаимовлиянии. Так, объемы водопотребления растениями из капиллярной каймы формируемой в почвенно-грунтовой толще за счет капиллярного поднятия вод, зависят от: глубины залегания грунтовых вод; водно-физических свойств почв и подстилающих их фунтов; качественных и количественных показателей минерализации грунтовых вод; биологических свойств растений (характер развития корневой системы в глубину почвог-рунтов, водопотребность, отношение к характеру солености вод); увлажнённости слоев в зоне расположения корневой системы инфильтрующими и капиллярно поднимаемыми водами; обеспеченности увлажнения почв естественными осадками и поливными водами. В свою очередь, закономерности

связи проникновения корней растений в почвенно-грунтовую толщу зависят не только от биологии растений, но и от характера и режима увлажнения зоны их проникновения, качества (химического состава) почвенно-грунтовых вод. Искусственное управление влажностью слоев почвогрунтов позволяет стимулировать развитие корневой системы в направлении капиллярной каймы и использование растениями грунтовых вод.

Таким образом, три указанных направления исследований: 1) изучение водно-физических свойств староорошаемых обыкновенных чернозёмов и подстилающих их грунтов в конкретных условиях региона; 2) исследование закономерностей роста и развития сельскохозяйственных растений, культивируемых на староорошаемых чернозёмах в условиях близкого стояния фунтовых вод; 3) изучение закономерностей распределения слоев с разными показателями влажности, формируемой за счет инфильтрации и капиллярного поднятия фунтовых вод, были положены в основу научной гипотезы настоящего научного исследования. А неисследованные аспекты крупной научной проблемы - культивирования сельскохозяйственных растений па староорошаемых чернозёмах действующих оросительных систем СевероКавказского региона в условиях высокого уровня грунтовых вод были определены основными задачами настоящего научного исследования.

Во второй главе "Оценка природно-хозяйственных условий региона исследований" описаны и анализируются условия региона исследований.

Регион определен зоной оросительных систем регулярного орошения с 30-50-летним периодом их эксплуатации с почвами, представленными обыкновенными чернозёмами и расположенными в Ростовской области, Краснодарском и Ставропольском краях на землях с высоким уровнем стояния раз-номинерализованпых фунтовых вод от 1-го до 3-х метров. Основные объекты исследований выбраны в Ростовской области, а поверочные в соседних с ней субъектах (на оросительных системах Краснодарского и Ставропольского краев).

При выборе объектов исследований (участков и крупных массивов орошаемых земель), расположенных преимущественно на оросительных системах Ростовской области учитывалось: наличие широкого спектра разнокли-

магических зон, характерных для всего региона распространения обыкновенных чернозёмов в южностепной зоне РФ; многолетний период (30^50 лет) интенсивного сельскохозяйственного использования земель при их регулярном орошении; высокая степень водно-мелиоративпого освоения агроландшафтов (с долей орошаемых земель составляющих 12 % от площади используемых сельскохозяйственных угодий); типичность используемых компоновочно-конструктивных решений оросительных систем; многолетний период формирования гидрогеологических условий на орошаемых землях и в том числе территорий с высоким стоянием уровня грунтовых вод; разноплановое, разноинтенсивное и разноэффективное использование орошаемых земель; широкий спектр качества используемых оросительных и грунтовых вод.

Третья глава "Место проведения, программа и методика исследований" посвящена экспериментальной части работы, которая выполнялась в 1976-2007 гг. на землях Ростовской областной - опытно-мелиоративной станции (РООМС), совхоза "Красновский" Багаевского района, на полигоне Семикаракорской экспериментальной базы Государственного гидрологического института (СПЭБ ГГИ), а также в хозяйствах региона на территории 9-ти оросительных систем департамента "Ростовмелиоводхоз" с общей площадью орошаемых земель около 200 тыс. га. Эксперименты по исследованию регулирования водного режима почв и режимов орошения сельскохозяйственных культур выполнялись в полевых условиях на разных по биологии культурах:

1). Сорго-суданковом гибриде с линейной корневой системой и глубоким (до 2,0-2,5 м) проникновением её в почвенно-грунтовую толщу; устойчивостью к повышенной минерализации грунтовых вод (до 5-7 г/л); продолжительным вегетационным периодом, захватывающим весь засушливый период (с ранней весны до поздней осени);

2). Кукурузе (с углубленной до 2,5+3,0 м корневой системой), отличающейся слабой солеустойчивостью (с содержанием солей в почве <0,2-0,4 %);

3). Озимой пшенице (непродолжительный в пределах засушливого пе-

риода года вегетационный период; относительно слаборазвитая в глубину корневая система и относительно малое суммарное водопотребление; относится к солеустойчивым культурам).

Таким образом, выбор культур для исследований позволяет рассматривать широкий спектр условий для подбора оптимальных режимов орошения обыкновенных чернозёмов с близким залеганием грунтовых вод различной минерализации, обеспечивающих высокую продуктивность и улучшение водно-физических свойств почв.

Опыты 1 и 2 с посевами сорго-суданкового гибрида проводились на нолях РООМС н землях хозяйства "Красновский" Багаевского района РО и включали четыре их варианта при слоях увлажнения дождеванием 0-60 и 080 см: 1 - без орошения; 2 — поливы при 70-75 % HB (контроль); 3 - поливы при 80 % HB; 4 - поливы при 70-75 % IIB "биологический контроль".

На варианте 4 поливы дождеванием проводились при достижении в расчетном слое нижнего порога влажности 70-75 % HB с одновременным наблюдением за глубиной залегания грунтовых вод, их капиллярной зоной, максимальной глубиной проникновения корневой системы растений. При проникновении корней в капиллярную зону грунтовых вод поливы отменялись. Этот вариант опытов назван "биологический контроль" ("б.к.").

Исследования по определению и уточнению количества грунтовых вод, использованных в процессе вегетации сорго-суданковым гибридом, выполнялись в лизиметрах (опыт 3) на полигоне Ссмикаракорской полевой экспериментальной базы Государственного гидрологического института (СПЭБ ГГИ) со следующей схемой опыта: 1. При глубине грунтовых вод Нгр-1,0 ± 0,1 м; 2. Нгр= 1,5 ± 0,1 м; 3. Нгр=2,0 ± 0,1 м; 4. Нгр=2,5 ± 0,2 м.

Разработка и внедрение дифференцированного режима орошения озимой пшеницы и кукурузы (опыты 4 и 5), выращиваемых на землях с близким к поверхности залеганием грунтовых вод выполнялись на полях СПЭБ ГГИ и в хозяйствах Багаевского и Семикаракорского районов. Схемы опытов 4 и 5 включали следующие варианты: 1. При глубине грунтовых вод Я,„-1,5 ±

0,1 м; 2. Щг2,0 ± 0,15 м; 3. Пгр=2,5 ± 0,2 м; 4. #7,>3,5 м.

При проведении полевых опытов с сорго-суданковым гибридом, кукурузой, озимой пшеницей использовались рекомендованные зональные технологии возделывания этих культур ("Система ведения сельского хозяйства Ростовской области". 1980 и 1985 гг.), сортами и гибридами, районированными для данного региона. Опыты проводились в кормовых и зерновых севооборотах. В полевых исследованиях использовались методики Доспехова Б.Л. (1968, 1973, 1985), ВНИИ кормов им. Вильямса Б.Р. (1971, 1983), ВНИИ орошаемого земледелия (1983) по постановке и проведению полевых опытов.

Площадь опытных делянок составляла 100 м", повторность опытов 3-х и 4-х кратная. Опытные данные обработаны дисперсионным и регрессионным методами.

Программой опытов предусматривалось проведение систематических наблюдений за влажностью почвы в начале и в конце вегетационного периода, подекадно в расчетном слое и до грунтовых вод, а также одновременно за максимальной глубиной развития корневой системы растений. Аналогичные наблюдения выполнялись в лизиметрах. Полученные результаты позволили установить закономерность развития корневой системы исследуемой культуры в глубину в зависимости от поливного режима, нижнего порога увлажнения, биологических особенностей культуры, глубины залегания капиллярной зоны грунтовых вод, а также климатических условий вегетационного периода и года.

Даты наступления основных фаз роста и продолжительность межфазных периодов определялись по методике Госсортсети, масса растений - по методике ВНИИ кормов, глубина развития корневой системы - по Станкову Н.З., влажность почвы - термостатно-весовым методом (ГОСТ 5179-64). Поливные нормы вычислялись расчетным методом и учитывались с помощью расходомеров и осадкомсров. Испаряемость и использование грунтовых вод растениями рассчитывались по методике ГГИ. Глубина грунтовых вод определялась путем замера па стационарных гидрогеологических скважинах, при отборе почвы до УГВ, а также на временных скважинах, минерализация грунтовых вод и содержание водно-растворимых солей в почве - по Ари-

нушкиной Е.В.. Поливы по вариантам опытов осуществлялись дождевальной машиной ДДА-ЮОМА соответствующими расчетными нормами.

Годы исследований по обеспеченности осадками имели следующую характеристику: 5 % - очень влажный год - 4 года; 5-25 % - очень влажный -средневлажный год — 9 Лет; 25-50 % - средневлажный - средний год - 7 лет; 50-75 % — средний - среднесухой год - 6 лет;

75-95 % - среднесухой - очень сухой год - 8 лет; >95 % - очень сухой год -1 год.

Для достижения поставленной цели исследования выполнялись при обязательном соблюдении следующих основных условий: почвы опытных участков и региона внедрения - черноземы обыкновенные орошаемые; почвы не засолены или слабозасолены - сумма токсичных солей в метровом слое находится в интервале 0,02 % <£ГС< 0,35 %; глубина грунтовых вод находилась в среднем в интервале 1,5 м <Нгр< 3,0 м; расчетная глубина увлажнения при поливах должна быть 0,3 <hp < 0,8 м; минерализация оросительных вод должна быть С0р < 3 г/л; минерализация грунтовых вод Сгр < 5 г/л; обеспеченность осадками вегетационного периода должна составлять Р% > 50 %.

В четвертой главе анализируется "Динамика изменений свойств почвы и элементов водного режима при орошении".

Исследования по изучению физических и водно-физических свойств почвы, а также элементов водного баланса проводились на полях Ростовской областной опытно-мелиоративной станции (РООМС). Почвенный покров участка представлен черноземами обыкновенными среднемощными слабо-выщелоченными тяжелосуглинистыми на лессовидных породах, то есть наиболее характерными для центральной орошаемой зоны Ростовской области. Вскипание от 10 % HCl отмечается с глубин 35-40 см, мощность гумусового горизонта достигает 60-80 см, глинистых частиц больше 60 %. Почвы сформированы на лессовидных суглинках, мощность которых достигает 9-12 м. Они макропористы, карбонатные, прорезаны до глубины 4-5 м топкими тре-

шинами, коэффициент фильтрации 0,6-0,8 м/сут, до глубины 2,0-2,5 м и были не засолены. До орошения глубина залегания уровня грунтовых вод колебалась в пределах 4,0-6,0 и более метров. До начала орошения (1955 г.) в метровом слое почвы было 0,06-0,1 % воднорастворимых солей преимущественно гидрокарбонатного или сульфатного класса кальциевой группы. В пахотном слое содсрж;июсь 4-5 % гумуса; 0,22-0,30 % общего азота; 0,11-0,14 % общего фосфора; 21,5-33,8 мг/кг подвижного фосфора; 320-530 мг/кг обменного калия, емкость поглощения колебалась от 32 до 48 мг-экв. на 100 г почвы, поглощенного натрия в ПГЖ не отмечалось. Основные водно-физические свойства черноземов обыкновенных до орошения (Южгипроводхоз, 1956 г)

характеризовались следующими показателями: плотность сложения почвы с

з з

глубиной равномерно возрастает от 1,08 т/м в слое 0-20 см до 1,47 т/м' о

( з

слое 80-100 см. Средняя ее величина в слое 0-100 см составляла 1,26 т/м . Общая скважность с глубиной уменьшалась от 59,87 % в слое 0-20 см до 45,60 % в слое 80-100 см, в подпахотном горизонте оеш имела среднее значение - 52,57 %, в слое 0-100 см — 52,58 %. Наименьшая влагоемкость черноземов до орошения также уменьшается с глубиной, в пахотном слое -31,5 %, в подпахотном - 27,3 %, а в слое 0-100 см наименьшая влагоемкость составляла 27,8 %.

За период орошения с 1956 по 1990 гг. произошли существенные изменения физических и водно-физических свойств черноземов. В метровом почвенном слое их можно описать математическими зависимостями: Относительная общая скважность С,/С^0=74,82-(/7///7100)~°'11',

—О 22

относительная полная влагоемкость /76;/77В1оо=87,1-(/7//Ью0) ' ; относительная плотность сложения ^-/7}оо=0,0038(/7///?*оаЖ, 14; относительная наименьшая влагоемкость Д//??оо=49,8-(Ь//Ьюо) ~0,и\ относительная капиллярная влагоемкость КВ;/КВ)00=40-0,14-(/?,//?гоо)> где /г, и /7юо расчетный и метровый слой почвы соответственно.

Абсолютные значения параметров приведены в таблице 1. Таблица 1 - Основные водно-физические свойства обыкновенных черноземов после постоянного регулярного их орошения в течение 35 лег

Слой почвы, см Плотность сложения, т/м" Полная влагоемкость, % от массы почвы,] IB Капиллярная влагоемкость, % от массы почвы, KB Наименьшая влагоемкость (НВ), % от "1 Запас продуктивной влаги, м3/га Запас лег-кодостч п-пой продуктивной влаги, м /га

массы сухой почвы объема почвы

0-20 1,21 44,30 37,40 31,40 38,00 433 228

20-40 1,31 38,50 34,50 29,40 38,50 406 231

40-60 1,37 35,30 31,80 27,60 37,80 362 227

0-60 1,30 39,37 34,56 29,47 38,10 1201 686

0-100 1,36 36,36 31,92 27,90 37,94 1892 1131

0-200 1.41 33,90 29,40 26,00 36,66 3604 2191

Анализ изменения водно-физических свойств орошаемых черноземов за 35 лет орошения (1956-1990 гг.) позволил установить следующие закономерности. Обшая скважность почвы в % от объема почвы за это время значительно уменьшилась по всем горизонтам метрового слоя. Полная влагоем-кость в % от массы почвы также уменьшилась. Плотность сложения возросла в слое 0-100 см - на 7,9 %. Наименьшая влагоемкость изменилась незначительно. Капиллярная влагоемкость практически не изменилась и в слое 0-100 см составляет 32,0 % от массы почвы. За рассматриваемый период запасы влаги в метровом слое и по горизонтам незначительно возросли. Запас доступной влаги в пахотном горизонте увеличился на 7,4 % или на 58 м"7га, а в

подпахотном - на 6,4 %, в метровом - на 111 м /га. Запас легкодоступной влаги в метровом слое возрос на 77 м'/га или на 6,6 %. За последние 10+15 лет в связи с периодичностью использования орошаемых земель (по данным РГПМ, г. Батайск) не произошло существенных изменений водно-физических свойств орошаемых черноземов, точно так же как и их улучшения.

В тесной зависимости от сроков орошения прослеживаются определенные изменения водного режима орошаемых черноземов. По нашим наблюде-

ниям, после проведения полива отмечается выраженный резкий перепад влажности в пахотном горизонте и нижележащем под плужной подошвой слое. Это явление наблюдается после подачи воды на поверхность почвы, что создает кратковременное избыточное увлажнение в пахотном горизонте. Оно обусловлено различной степенью уплотнения в пахотном и подпахотном горизонтах и различной интенсивностью их водопроницаемости. По мере увеличения продолжительности периода орошения снижается эффективность использования поступающей в почву воды в результате снижения скорости фильтрации и увеличения потерь на физическое испарение с поверхности почвы (таблица 1). В связи с этим, без дополнительных агротехнических мероприятий, при равных количествах поступающей влаги на поверхность суммарное накопление доступной штаги в почве в условиях орошения уменьшается по сравнению с неорошаемыми землями. Эго явление подтверждается уменьшением общей скважности пахотного и подпахотного горизонтов и увеличением плотности сложения при 35-ти летнем орошении. Таким образом, особенностью водного режима орошаемых черноземов является промачиваине почвенной толщи до глубины 1,0 м несколько раз за гидрологический год, в ю время как на богаре это наблюдается только один раз в конце холодного периода. При орошении не отмечается заметного снижения влаги в слоях глубже 1,0 м, даже к концу вегетации. Влажность почвы метровой толщи, при глубоком залегании уровня грунтовых вод (глубже 3,0 м), остается практически постоянной, но по абсолютным значениям выше, чем на богаре. Влажность почвы в расчетном слое при орошении поддерживается на уровне, необходимом для нормального роста и развития сельскохозяйственных культур.

Пятая глава "Регулирование водного режима орошаемых черноземов при близком залегании уровня грунтовых вод".

Для анализа сложившегося неблагоприятного состояния орошаемых земель в настоящее время разработан метод оценки мелиоративного состояния орошаемых земель с качественными и количественными показателями. Суть

его заключается в том, что по ряду характерных показателей: сумме токсичных солей (£ТС, %), расчетному слою (Нр, м), глубине залегания УГ'В (Нгр, м), минерализации грунтовых (Сгр, г/л), а также оросительных вод (Сор, г/л) можно дагь оценку мелиоративного состояния орошаемых земель по количественному показателю 3мс = 1гр; Нгр, С?р; Сор].

С использованием размерностно-регрессионного метода выполнена обработка опытных данных и получена функциональная зависимость изменения коэффициента (индекса) мелиоративного состояния орошаемых земель (Л».с)от пяти определяющим его параметрам в виде:

= 0,0141 тс

3119,3

0,46

гр

К °р >

0,38

\0,46

-44,57

К11*

гр

с,

ор

-70,7

Я„

С,

\0,38

к С пр ^-гр

Н гр Сор

В зависимости от конкретных количественных значений коэффициента (индекса) мелиоративного состояния ,/,, с его предлагается оценивать в баллах по соответствующей критериальной шкале, приведенной в таблице 2.

Таблица 2 — Качественная и количественная оценка мелиоративного состояния орошаемых черноземов по укрупненным показателям

Оценка мелиоративного состояния Сумма токсичных солей 2ГС, % Расчетный слой Ар,м Глубина залегания уровня фунтовых вод Нг]1, м Минерализация грунтовых вод Сгр, Г/Л Минерализация оросительных вод Сор, г/л Мелиоративный индекс (коэффициент) ■/,, с

Плохое 0,35-0,20 0,2-0.3 0,5-1,0 10,0-5,0 3,0-2,0 13,50-6,90

Неудовлетво- 0,20-0,15 0,3-0,4 1,0-1,5 5,0-3,0 2,0-1,0 6,90-5,20

рительное

Удовлетвори- 0,15-0,10 0,5-0,6 1,5-2,5 3,0-2,0 1,0-0,6 5,20-3,40

тельное

Хорошее 0,10-0,02 0,6-0,8 2,5-3,0 2,0-1,0 0,6-0,3 3,40-0,70

При значениях Зм с близких к границам оценки, например, около 5,20,

следует выполнить анализ по каким причинам и под воздействием каких факторов мелиоративное состояние переходит от уровня - "удовлетворительного" к уровню - "неудовлетворительного" или наоборот.

Таким образом, используя предлагаемы)! метод, можно оценивать мелиоративное состояние орошаемых земель по качественным и количественным показателям, а также применять его при составлении мелиоративных прогнозов. Предложенный метод оценки мелиоративного состояния староорошаемых обыкновенных черноземов прошел проверку па независимом материале собранном па Багаевско-Садковской оросительной системе.

Обработка опытных данных по основным водно-физическим свойствам орошаемых черноземов обыкновенных с помощью методов регрессионного анализа позволила получить следующие зависимости для определения:

- запасов легкодоступной влаги IV¡- 27/2+14,032+1117,5#22-1,33 м" /га;

- общего запаса влаги в почве IV0,3-4.6/72+146,32+1748.3/712, м3/га;

- величины поливной нормы }Уз= 38,01 #/+202-38,177/2-10,8 м3/га.

Полученные эмпирические зависимости приемлемы для определения

IV}, Ии ^з для обыкновенных орошаемых черноземов при порогах 0,6 <2<1,0 в долях от единицы и расчетном слое почвы Н2 от 30 до 120 см.

Для достижения поставленной в исследованиях цели изучалось влияние порогов влажности и глубины увлажнения, а также закономерностей развития корневой системы сельскохозяйственных культур, были заложены полевые опыты (1 и 2) с сорго-суданковым гибридом при залегании уровня фунтовых вод па глубине 1,6-2,4 м, с минерализацией - 1,5-2,5 г/л. Расчетный слой почвы в опыте 1 - 0-60 см, в опыте 2 - 0-80 см. Поливы назначались по фактической влажности почвы в расчетном слое. В среднем за годы исследований оптимальным в опытах 1 и 2 был вариант 4 ("биологический кон. троль") по урожайности, оросительной норме и использованию грунтовых вод (таблица 3).

Таблица 3 - Урожайность зеленой массы сорго-суданкового гибрида при различной глубине увлажнения (опыт 1 и 2), Нгр= 1,9-2,4 м

05 О н

3 С

2 н К 2

СО

Урожайность зеленой массы, т/га

1976

о &

1978

2 р? о

я о

и и

о4-

1980

2 1=5

о а

а ^

о4

>Я Я

О р.

к) «

О и.

п «

о, и

4 И

К га ° %

° Си Р

о, о -Ь

О ¡¡п « « й

5 се

15. я

с} Л и

о ш

и я Ч к а

Л К

3 о о

го л с! О

О я

Опыт 1

67,2

83,8 24,7 86,8 29,2 83,2_23,8

52,2 63,4 67,0 62.4

21,4

28.4

19.5

50.4

63.0

67.5

62.1

25,0 34,0 23,2

56,6 70,0 73,8 69,2

1650 650 "1800 500 940 1200

5 у=1,22 %

НСРо5=3,69 т/га

67,2 83,1 87,4 82,6

23,7 30,0 22,9

52,2 65,6

69.1

64.2

25,7 32,4 23,0

Опыт 2 50,4 65,0 70,9 64,4

29,0

40.7

27.8

56,6 71,2 75,8 70,4

1900 2200 1250

690 430 1320

¿^=4,37% НСР05=13,35 г/га

При применении на практике и уточнении в лизиметрах (опыт 3) варианта "б.к." на черноземах с близким залеганием уровня грунтовых вод 1,4; 1,7; 2,7 м с сорго-суданковым гибридом были получены проиллюстрированные на рисунке 1 результаты опытов по изучению развития его корневой системы.

Влажность почвы на участках с глубиной грунтовых вод 1,4 и 1,7 м поддерживалась в пределах 70-75 % от НВ в слое 0-60 см и "б.к.", а при глубине 2,7 м - в слое 0-80 см. В результате на варианте 1 (_Нгр= 1,4 м) потребо-

вался только один полив поливной нормой 560 м /га, на варианте 2 (Нгр = 1,7

м) - два полива поливной нормой 560 м /га, а на варианте 3 {Пгр=2,1 м) - три

полива поливной нормой 750 м /га.

При таких поливных режимах корневая система культуры достигла ка-

120

160

200

Рисунок 1 - Глубина развития корневой системы сорго-суданкового гибрида при Н,,р= 1,4; 1,7; 2,7 м и влажности почвы 70-75 % HB, "бк"

пиллярной зоны на варианте 1 - в 1 -2 декады июля, па варианте 2 - во 2-3 декадах июля, на варианте 3 - в I декаде августа. Максимальная глубина проникновения корней составила: на варианте 1 - 105-110 см, на 2-м варианте -140-145 см, в 3-м варианте - 190-195 см.

Результатом исследований в лизиметрах (опыт 3) стало уточнение параметра "/и" в эмпирической формуле С.И. Харченко для определения расхода грунтовых вод (Jn), потребляемых сельскохозяйственными культурами

имеющей вид: Jn = 0 „ мм, где £0 - испаряемость, мм; т - параметр, е 3

зависящий от характера почвогрунтов и фаз развития растений; - глубина грунтовых вод, м (таблицы 4 и 5).

Экспериментальным путем получены зависимости использования грунтовых и оросительных вод за вегетацию для сельскохозяйственных культур с различными биологическими особенностями и глубиной проникновения

------Нгр3,2,7 м

' НКК1=0,/м

________ v\4

... .\.\V

~Нхк2=0,85м/* \ \

____ --------------------- *

. Нарг-ийТ* \ \ *

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

май июнь июль август сентябрь

новения кор-Таблица4

- Значение параметра "ш", определенные по данным ГГИ

Гранулометрический состав почво-грунтов Периоды развития культуры

до посева и первая декада после посева вторая декада после посева декады в период активной вегетации предпоследняя декада перед полной спелостью в уборку и после нее

Глинистые 1,2 0,9 0,7 0,9 1,2

Суглинистые 1,4 1,0 0,8 1,0 1,4

Таблица 5 - Значение параметра "от" для сорго-суданкового гибрида при Нгр~ 1,0-2,5 м и почвах представленных обыкновенными чернозёмами

Гранулометрический состав почво-грунтов

Суглинистые

Периоды развития культуры

сев, первая декада после сева

вторая декада после сева

период активной вегетации

после первого укоса

отрастание после первого укоса

после уборки

1,4

1,30-1,35 0,70-0,75 1,30

0,8

1,4

невой системы при близком залегании уровня грунтовых вод, в виде:

!)• ^щ — "Лт/^ > гле 3п, ~ фактическое использование

грунтовых вод за вегетацию, м^/га; Jst - оросительная норма культуры (стандартная) для года фактической обеспеченности осадками при глубине

грунтовых вод >3,0 м, м /га; к\=0,9-1,1 - коэффициент, принимаемый с учетом различных по биологии культур; ¿2=0,2-0,3 — коэффициент, зависящий от глубины проникновения корневой системы растений;

2). ¿п.щ =Лг((. (^3 ГДе Л;, иг, ~ фактическая оросительная

норма культуры, м /га; ¿3=0,08-0,12 - коэффициент, соответствующий различным по биологии культурам; ¿4=0,2-0,3 коэффициент, зависящий от глубины проникновения корневой системы растений; Щ - средняя глубина нахождения грунтовых вод за вегетацию, м. Данные зависимостей справедливы для 1,0 м <Нгр<2,5 м.

Максимально возможное использование грунтовых вод за определенную декаду вегетации культуры можно получить из уравнения:

У„ =-0,013гЯз+17,7 '-+0,б( ' ) ,

где / - помер расчетной декады (всего декад 18, с 1 апреля по 30 сентября).

Оросительную норму сельскохозяйственной культуры в этом случае можно рассчитать по зависимости:

¿п. ш = ЕТсгор -Ре- (784,3#2 + 8,5)- - к2Щ )2.

На рисунке 2 показана зависимость изменения влажности почвогрун-тов от глубины залегания грунтовых вод. Полученные математические зависимости позволяют при различной глубине грунтовых вод определить положение капиллярной каймы над их уровнем и увлажненность почпогруптов.

о <в э-

0 с -а

(У)

50 40 30 20 10

Номер прямой Глубина грунтовых вод, м Математическая зависимость Примечание

1 1.5 ^=0,058^-0,37 при 0,8 м йХ1 < 1,5 м

2 2,0 х2=0,058у2-1,05 при 0,8 М <;Х25 2,0 м

3 2,5 х3=0,058у3-1,63 при 0,8 м <х3=;2,5 м

4 3,0 х4=0,058у4-2,30 при 0,8 и йХ4&3,0 м

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0 (х)

Рисунок 2 - Зависимость влажности почвогрунтов (%) от глубины грунтовых вод (1,5 м <Нгр <3,0 м)

Полученные результаты и данные таблицы 5 применялись при определении использования растениями грунтовых вод и корректировке оросительных норм, а также для разработки поливных режимов сельскохозяйственных

культур при близком уровне залегания грунтовых вод. Анализ режима влажности почвы и связанные с ним закономерности развития корневой системы растений можно представить в общем виде (рисунок 3).

I " 1 По вертикали: 1 деление - 0,25 метра

По горизонтали: 1 деление - 5% от массы сухой почвы

Зона увлажнения осадками и орошением (<НВ)

Зона пониженной влажности (70-80% НВ)

Зона сродного увлажнения (=80-85% НВ)

Микрокапиллярная подзона НВ)

Макро-капиллярная

подзона (от НВ до ПВ)

Вода

§ §

о. г ? Я ч 5

2 ё

5 О §с

сч

а) б) в)

Влажность почвогрунтов в % от массы сухой почвы

по зонам увлажнения Рисунок 3 - Схема развития корневой системы сельскохозяйственных

культур (а), эпюра (б) и зоны влажности почвы (в) при глубине грунтовых вод Нгр=3,0 м

При Нгр=3,0 м высота капиллярной зоны (Нкк) над уровнем грунтовых

вод достигает половины глубины их залегания (т.е. /)Л^=(0,5±0,05-К),10)Яг/)). При этом весь почвенный слой до уровня грунтовых вод делится па четыре характерных зоны: зона естественного увлажнения, = 0,75 м; зона пониженной влажности и среднего увлажнения (на практике они обычно трудноразличимы) - кпп =0,5 IIгр- 1гвч =0,75 м и зона капиллярного подпитывания -/гк_Л=0,5 Нгр = 1,5+0,2 м. Зона капиллярного подпитывания в свою очередь делится на микрокапиллярную подзону, где влажность достигает НВ и мак-роканиллярпую, где она с глубиной постепенно повышается от НВ до ИВ.

Несколько иная картина наблюдается при глубине залегания уровня грунтовых вод Нг1,-1,5 м (рисунок 4). Весной почва увлажняется в среднем на глубину Ькл = 0,7 м. В этом случае влага верхнего горизонта смыкается с капиллярной зоной (а). Запасы легкодоступной влаги в зоне естественного увлажнения составляют 800 ±50 м"7га.

Перед поливом (б) запасы влаги в ней приближаются почти к ВЗ (влажности завядания) особенно в пахотном и подпахотном г ори гон гах. Бели провести вегетационный полив для увлажнения расчетного слоя #;1=0,6 м

нормой 565 м /га, то влага верхнего горизонта, распределяясь по профилю, не сомкнётся с капиллярной зоной (в). Если принять за расчетный слой

Нр= 0,8 м и произвести полив нормой 760 м /га, то влага верхнего и нижнего горизонтов сомкнётся, и опасность вторичного засоления многократно увеличится (г).

Эпюры влажности почвы при глубине грунтовых вод Нгр=2,0 м показаны на рисунке 5. Запасы легкодоступной влаги в этом горизонте весной так-

же составляют 800±50 м /га (а). Капиллярная зона поднимается от уровня грунтовых вод на высоту Ьк к, = (0,5 ± 0,02 + 0,05)Нгр = 1,0(±0,05 0,10) м.

Между этими зонами расположена зона пониженной влажности /?,, й, которая равна кп д - Нгр - 1гам - 1гк к = 2,0 м - 0,7 м -1,0 м = 0,3 м. Влажность

После полива После полива

Рисунок 4 - Эпюры влажности весной (а), перед поливом (б) и при увлажнении расчетных слоев 0,6 м (в) и 0,8 м (г) при Нг„= 1,5 м

Поверхность земли

Весна

Перед поливом

После полива (через 1-2 сут)

а)

б)

в)

г)

Рисунок 5 -

Эпюры влажности весной (а), перед поливом (о) и при увлажнении расчетных слоев 0,6 м (в) и 0,8 м (г) при //,„=2.0 м

почвы в этой зоне составляет от 70-80 до 85 % от HB. Перед поливом в верхнем слое почвы влажность достигает уровня ВЗ, а в зоне пониженной влажности она не изменяется. Если в это время (б) произвести полив, то корни растений не станут развиваться вглубь (Гарюгин Г.А., 1968, Турулева В.А., 1973) и корневая система растений не достигнет капиллярной зоны, что исключит использование грунтовых вод. Если принять глубину увлажнения

Нр=0,6 м с поливной нормой 575 м"/га, то поливная вода, распределяясь вглубь, не достигнет зоны пониженной влажности (<?). При Нр=0,8 м поливная норма будет равна 760 MJ/ra и оросительная норма, проникнув до 0,8 м, частично сомкнётся с влагой зоны пониженной влажности (г). При отмене последующих поливов корни растений, "пройдя" зону пониженной влажности, достигнут капиллярной зоны и будут использовать влагу из нее. Как в случае (б), так и в случае (/) зона пониженной влажности будет препятствовать смыканию оросительной и грунтовой воды и возможности вторичного засоления.

При глубине залегания грунтовых вод }{гр = 2,5 м и более опасность вторичного засоления при поливных нормах менее 800 м3/га отсутствует.

Для эффективного регулирования водного режима орошаемых черноземов необходимо использовать дифференцированный режим орошения сельскохозяйственных культур. Его параметры зависят от климатических условий года, уровня грунтовых вод, нижнего порога иредполивной влажности почвы и биологических особенностей сельскохозяйственных культур. Блок-схема регулирования водного режима имеет вид (рисунок 6).

Рисунок 6 - Регулирование водного режима обыкновенных чернозёмов в условиях высокого уровня стояния грунтовых вод при дифференцированном режиме орошения сельскохозяйственных культур

Для регулирования водного режима в поливном слое с помощью диффе-

ротированного режима орошения предлагается технология его реализации, элементы которой представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Технологические элементы процесса регулирования водного режима орошаемых обыкновенных чернозёмов с высоким уровнем грунтовых вод

Элементы процесса Единицы измерения Сроки наблюдений (декады и месяцы) Оценка факторов, решение

Идо УГВ м 1Х-Х, 1-2 IV Решение: регулирование или нет 2-я группа ! 1 -я группа |

м3/га подекадно 1Х-1У

Кром-^'1 з м -> м /га 1-2IV

г/л 1Х-Х, 1-2 IV

Сор г/л 1-2 IV

пс % 1Х-Х, 1-2 IV

К.З. м 1-2 IV, подекадно глубина

Ка м 1У-\' подекадно величина

м3/га значение

К-с м подекадно глубина

Ьрасч м При 70-75 % от НВ глубина до 0,6 или 0,8

о1Г м3/га величина

Решение Назначение-отмена поливов, сроки

Она предусматривает учет таких технологических факторов как: глубина грунтовых вод (Нгр), м; суммарное количество осадков осенне-зимнего периода (Р0^), м3/га; глубина промачивания почвы за осенне-зимний период (Ьпром)> м; почвенные влагозапасы за осенне-зимний период ()У}), м"7га; глубина промачивания за осенне-зимний период, (Н2 = кПрим) м; минерализация грунтовых вод (Сгр), г/л; минерализация ороентелышх вод (Сор), г/л; сумма токсичных солей (2Тс), %; глубина капиллярной зоны (\гкз), м; величина зоны пониженной влажности (Ьп и), м; эффективные осадки за рассматриваемый период (Ре), м3/га; глубина проникновення корневой системы (Икс), м;

расчетная глубина увлажнения поливами (красч), м; 0,6 или 0,8 м; расчетная

поливная норма (О;,), м /га; глубина грунтовых вод (Нз - Нгр), м.

На первом этане реализации предложенной технологии регулирования водного режима производится оценка технологических элементов 1-й наиболее стабильной группы. Если их величины входят в допустимый для регулирования интервал значений, то принимается решение о регулировании водного режима почвы на данном орошаемом участке. В вегетационный период производится дифференцированный режим орошения культуры. При этом ведется подекадное наблюдение за факторами 2-й, более изменчивой группы - величиной капиллярной зоны (ккз), пониженной влажности (/глв) и максимальной глубиной проникновения корневой системы растений (И,:с). После прохождения корнями растений кт и достижения Ькз. принимается решение об отмене поливов. В дальнейшем обеспечение сельскохозяйственных растений влагой происходит полиостью за счет грунтовых вод и осадков, а поливы до конца вегетационного периода не осуществляются и не назначаются.

Данные наблюдений за факторами 1-й и 2-й групп подекадно учитываются в информационно-советующей системе (ИСС) ПЭВМ "Водный режим", которая позволяет учитывать данные по изменяющимся факторам на каждом орошаемом участке и оперативно принимать решения (рисунок 7). В проведенных исследованиях производственного характера в различные по обеспеченности осадками годы экономия оросительной воды составила -

700-1500 м /га. Это позволило одновременно не вносить с поливами значительное количество растворенных в воде солей (в зависимости от источника орошения) что способствовало улучшению не только мелиоративного, но и экологического состояния орошаемых участков (таблица 7).

Если 1,5 м< НГр <2,5 м 2Р0.3.=1000-2000 м3/га; ХТС<0,35 % 0,2 г/л<СоР<2-3 г/л; 0,2 г/л<СГр<5-6 г/^ ЬКл=Нгр/2; Ьпром<100 с:

Рисунок 7 - Блок-схема ИСС "Водный режим" Таблица 7 - Минерализация оросительных вод и количество солей

не внесенных с поливами при соблюдении предложенной технологии регулирования водных режимов чернозёмов обыкновенных при близком уровне стояния грунтовых вод

Источник орошения Средняя минерализация воды за вегетационный период, г/л Максимальная экономия оросительной воды, м3/га Количество солей в оросительной воде, кг/га Фактическая экономия оросительной воды, м3/га Фактическое не внесение солей с оросительной водой, кг/га

ДМК 0,48 1500-700 720-336 360-640 173-307 АзМК 2,29 1500-700 3435-1603 360-640 824-1466 р.Дон 1,14 1500-700 1710-798 360-640 410-730

Таким образом, при выполнении предлагаемого способа регулирования водного режима орошаемых обыкновенных чернозёмов, достигаются нижеследующие позитивные эффекты: более эффективно используются почвен-

ные влагозапасы - до 800-1200 м /га; растениями потребляются грунтовые

воды (1000-1800 м"/га) и снижается их уровень; экономится оросительная

вода до 700-1500 м /га; сохраняется и улучшается мелиоративное состояние орошаемых земель и экологическая обстановка на орошаемом массиве.

В шестой главе "Внедрение и экономическая эффективность регулирования водного режима орошаемых черноземов" представлены результаты апробации и внедрения научных разработок в производственных условиях в рамках областной программы: "Дифференцированный режим орошения сельскохозяйственных культур в зависимости от мелиоративного состояния орошаемых земель" с использованием ИСС "Водный режим". Работа выполнялась в содружестве со специалистами хозяйств и управлений на землях Нижне-Донской, Донской, Багаевско-Садковской, Мартыновской, Азовской, Пролетарской, Приморской, Нижне-Манычской и Манычской оросительных систем в 9 районах Ростовской области в течение 1991-2007 гг.

Апробация и внедрение разработок выполнялось на черноземах с глубиной залегания уровня грунтовых вод от 1,0-1,5 до 3,0 м и минерализацией

до 3-5 г/л при подделывании основных зерновых и кормовых культур: озимой пшеницы, кукурузы на силос, сорго-суданкового гибрида. При выполнении работ достигалась экономия оросительной воды за счег снижения вегетационных поливов в зависимости от конкретных условий на каждом поле.

Экономический эффект научных разработок определялся по разнос ш стоимосш произведенной продукции и прямых затрат при сравнении базового варианта с экономией оросительной воды при активном использовании грунтовых вод. Выполнены расчеты экономической эффективности орошения и порогов увлажнения сорго-суданкового гибрида (опыты 1, 2, 3), кукурузы на силос (опыт 5) и озимой пшеницы (опыт 4) при различной глубине уровня грунтовых вод на оптимальном варианте и "биологическом контроле". Результаты расчетов приведены в таблице 8.

1аблица 8 - Экономическая эффективность орошения озимой пшеницы, кукурузы и сорго-суданкового гибрида при ^,=1,5-2,4 м и "б.к."

Средняя глубина Урожайность, т/га Оросительная норма, м"7га Использование Выручка ог Прямые затраты, руб/га Прибыль, руб/га Рента-

грунтовых вод, м грунтовых вод, м3/га реализации, руб/га всего в т.ч. на орошение всего в т.ч. от орошения бельность, %

1,5 2,0 3,2 3,4 1140 1400 Озимая пшеница 1000 10560 4684 700 11220 4954 810 1080 5876 6266 1170 1250 125.4 126.5

1,5 Кукуруза на силос (для года 50 % обеспеченности осадками) 60,5 1300 850 14520 6430 810 8090 1600 125,8

1,6-2,4 Сорго-суданковый гибрид на зеленую массу (среднее за 4 года) 69,2 940 1200 15224 7264 540 7960 2278 103,6

Рациональными при возделывании озимой пшеницы были варианты со средней глубиной грунтовых вод 1,5 и 2,0 м, урожайностью 3,2 и 3,4 т/га, использованием грунтовых вод 1000 и 700 м3/га, минимальными оросительными нормами - 1140 и 1400 м /га и высоким уровнем рентабельности - 125,4 и 126,5 %. При возделывании кукурузы на силос оптимальным был вариант со

средней глубиной грунтовых вод 1,5 м, при урожайности 60,5 т/га, использо-

3 3

вании грунтовых вод 850 м /га, оросительной норме - 1300 м /га и рентабельности 125,8 %. Сорго-суданковый гибрид возделывался при средней глубине залегания грунтовых вод 1,6-2,4 м. На варианте "биологический контроль" была получена урожайность зеленой массы 69,2 т/'га, при использова-

нии растениями грунтовых вод - 1200 м /га и минимальной оросительной

норме 940 м /га и уровнем рентабельности - 103,6 %. При этом экономическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в этих условиях возрастает: прибыль составляет 5876-8090 руб./га, в т.ч. от орошения 1170-2278 руб./га, а рентабельность равна 103,6-126,5 %. Биоэнергетическая оценка результатов исследований подтверждает экономическую эффективность предлагаемого способа регулирования водного режима.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В течение продолжительного периода (30-50 лет) эксплуатации оросительных систем регулярного орошения на юге РФ и ведения сельскохозяйственного производства на интенсивно орошаемых обыкновенных чернозёмах на сельскохозяйственных угодьях площадью более 200 тысяч га произошли значительные изменения их почвенно-мелиоративного состояния. Несовершенство действующих оросительных систем, системный полив угодий завышенными поливными и оросительными нормами ("переполив") привели на значительных по площади территориях к подъему уровня грунтовых вод и изменению водно-физических свойств чернозёмов обыкновенных. Так, только на территории 18 оросительных систем в Ростовской области площадь орошаемых земель с глубиной залегания уровня грунтовых вод до 3,0 м составила 103068 га, а с глубиной менее 1,0 м - 6166 га. Ухудшение водно-физических свойств орошаемых обыкновенных чернозёмов заключается в увеличении плотности сложения твердой фазы почв в метровом слое в среднем на 7,0 %, уменьшении общей скважности на 4,3 %, снижении полной

влагоёмкости па 2,2 %, а капиллярной на 1,5 %, увеличении влажности разрыва капилляров на 1,7 %, увеличении общих запасов влаги в метровом слое

3 3

на 111 м /га, а легкодоступной на 70 м /га. Продолжающиеся и прогнозируемые на ближайшую перспективу процессы подъема уровня грунтовых вод и изменения водно-физических свойств обыкновенных чернозёмов актуализируют поиск научных гипотез и разработку научно обоснованных технологий регулирования водных режимов, обеспечивающих ведение эффективного растениеводства и улучшение почвенно-мелиоративного состояния земель на действующих оросительных системах.

2. В сформировавшихся условиях высокого стояния уровня грунтовых вод (без проведения реконструкции оросительных систем и устройства дренажа) улучшить гидрологические условия используемых земель и почвенно-физическис характеристики орошаемых чернозёмов возможно путём снижения поливных и оросительных норм, применением оптимизированных технологий (водосберегающих и водощадящих), регулирования водного режима почв, предусматривающих максимальное использование корневой системой растений почвенной влаги, формируемой в зоне аэрации за счет капиллярного поднятия фунтовых вод, и стимулированием проникновения корней растений в эту зону. Данный подход был принят за основную научную гипотезу при разработке водосберегающей и водотцадящей технологии орошения сельскохозяйственных культур, выращиваемых на обыкновенных черноземах староорошаемых оросительных систем с высоким уровнем стояния фунтовых вод. Для разработки соответствующей научно-обоснованной технологии орошения необходимо установить закономерности распределения влажности почвенного слоя в зоне аэрации формируемой инфильтрацией поливными водами и за счет капиллярного поднятия грунтовых вод.

3. Распределение значений влажности почв и фунтов по глубине поч-венно-фунтового слоя при поливах и высоком стоянии фунтовых вод характеризуется определёнными, установленными в процессе исследований, закономерностями. Так, па орошаемых землях с глубиной залегания фунтовых вод 3±0,2 м складывается (формируется) профиль влажности,

вод 3±0,2 м складывается (формируется) профиль влажности, состоящий из трех характерных зон: 1. Зона переменного (сверху вниз) увлажнения почвенного слоя мощностью 100-120 см, формируемая за счет инфильтрующих атмосферных осадков или поливных вод на уровне 0,90-0,95 НВ. 2. Зона пониженной влажности, охватывающая слой от 120 до 150 см, формируемая за счет остаточной инфильтрации с поверхностных слоев и частично за счет высококапиллярного подъема грунтовых вод с уровня увлажнения (0,70-0,85) НВ. 3. Зона капиллярного увлажнения подстилающего почвы фунтового слоя грунтовыми водами при уровне влажности от НВ до ПВ. В процессе вегетации растений (междождевой или межполивной периоды) количество влаги: в верхней (первой) зоне изменяется от НВ до (0,70-0,75) НВ; в промежуточной (второй) зоне уровень влажности практически не изменяется, в третьей могут наблюдаться незначительные изменения, связанные преимущественно с колебанием уровня фунтовых вод. К концу вегетационного периода (к периоду уборки урожая), в связи с большим расходом влаги растениями и ее испарением влажность в пределах первой (верхней) зоны уменьшается с глубиной и особенно в слое 0-80 см. Область второй (средней или промежуточной) зоны расширяется от 80 до 150-160 см. И третья (нижняя) зона формируется на глубине 160-300 см. В течение всего вегетационного периода наблюдается непромывной водный режим.

На полях с залеганием фунтовых вод на глубине 2,0-2,5 метров от поверхности почв первая (верхняя) занимает зону аэрации с мощностью слоя 0-80-100 см, третья (нижняя) зона охватывает почвенно- грунтовую толщу с глубины 120-130 см до уровня фунтовых вод и вторая (промежуточная или средняя) зона прослеживается в слое 100-120-130 см. Зимой и весной, при слиянии капиллярной зоны с нисходящим (инфильтрующим) потоком влаги, средняя (промежуточная) зона может не наблюдаться и проявиться только к началу лета (мае-июне). В этом случае тип водного режима становится периодически промывным.

Для исследованных гидрогеологических условий установлено, что на

обыкновенных регулярно орошаемых чернозёмах подпираемых тяжелосуг-линнстымн грунтами при залегании грунтовых под на глубине 3-х и 2-х метров от дневной поверхности капиллярная кайма поднимается на уровень, соответствующий ¡Головине ночвешго-грунтового слоя свободного от грунтовой воды и сохраняется на этом уровне в течение всего вегетационного периода. Слой капиллярного увлажнения при определенных условиях может использоваться корневой системой сельскохозяйственных культур. Многолетними исследованиями установлено, что максимальный объем во-допотребления растениями грунтовых вод при глубине их залегания 1,0-1,5 м составляет 1800 м"7га, а при Нгр= 3,0 м до 770 м3/'га и зависит от климатических условий года, минерализации грунтовых вод, биологических особенностей растений и дифференцированного поливного режима.

Установленные закономерности распределения влажности почленно-грунтового слоя при 3-х, 2-х и 1-но метровом уровне стояния грунтовых вод и данные по режимам их использования растениями являются гидрогеологической основой для разработки технологии регулирования водного режима подтапливаемых обыкновенных чернозёмов, на староисиользуемых оросительных системах степной зоны РФ.

4. На основе водно-балансовых расчетов для условий региона и при глубине залегания грунтовых вод более 3,0 м разработан дифференцированный (по культурам, природно-климатическим зонам (очень засушливой, засушливой и полузасушливой) и годам различной обеспеченности осадками) поливной режим и определены оросительные нормы, которые: для сорго-

суданкового гибрида в средний по влагообеспеченности год составляют

з з

1900-2300 м /га, а в сухой - 3000-3600 м /га; для кукурузы в средний год

3 3

2000-2400 м /га, а в сухой - 3350 - 4000 м /га; для озимой пшеницы в средний год - 1400-1800 м3/га, в сухой 2700-3200 м3/га.

5. Биологическую основу предложенной технологии регулирования водного режима орошаемых обыкновенных чернозёмов составили данные экс-

периментальных исследований и наблюдений за характером развития корневой системы рассматриваемых сельскохозяйственных растений в зависимости от формируемых характеристик влажности почвенно-грунтовой толщи в зоне расположения и роста корней. Установлено, что интенсивное развитие корневой системы в глубину происходит при поддержании нижнего порога влажности в расчетном корнеобитаемом слое почвы для исследованных культур па уровне 70-75 % от IIB. В этих условиях в процессе роста корней и достижения ими второй (промежуточной) зоны влажности поливы отменялись и корни, продвигаясь вниз за влагой, достигали капиллярной каймы (то есть третьей или нижней зоны увлажнения). В зоне капиллярного поднятия грунтовых вод при влажности от HB до ПВ корневая система культуры обеспечивалась влагой до конца вегетации. Регулирование направленности роста корней растений вглубь к зоне капиллярного увлажнения изменением увлажнённости почвенно-грунтового слоя является биологическим обоснованием регулирования водного режима почв и культивирования сельскохозяйственных культур на обыкновенных чернозёмах в условиях высокого стояния уровня грунтовых вод (от 3 до 1 м от дневной поз

верхпости). При этом оросительная норма снижается на 500-800 м /га, т. е. на 20-30%.

6. Экспериментальные данные и установленные закономерности по гидрогеологии почвенно-грунтового слоя и биологии развития корневой системы растений в условиях поверхностного (фильтрационного) и подземного (капиллярного) увлажнения зоны распространения корней позволили разработать технологию регулирования режима орошения сельскохозяйственных культур, (водного режима почв) выращиваемых на обыкновенных чернозёмах при высоком стоянии уровня фунтовых вод. Для реализации предложенной технологии регулирования водного режима орошаемых обыкновенных чернозёмов с уровнем залегания грунтовых вод до 3 м разработана информационно-советующая система (ИСС) "Водный режим", включающая 12 факторов первой и второй групп технологических элементов процесса, которая позволяет накапливать необходимый материал

которая позволяет накапливать необходимый материал подекадно и помесячно по каждому хозяйству, полю севооборота и культуре, анализировать факторы и принимать оперативные решения. Такое регулирование водного режима с применением ИСС "Водный режим" позволило, используя дифференцированный поливной режим, значительно уменьшить расход ороси-

тельных вод: для сорго-суданкового гибрида - на 460-110 м /га и более; для кукурузы - на 500-850 м3/га и для озимой пшеницы на 700-1000 м^/га. При применении ИСС "Водный режим" можно максимально использовать до

з з

850 м /га почвенных влагозапасов, до 1800 м /га грунтовых вод при оптимальной урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, при эгом уменьшается вероятность вторичного засоления и ухудшения мелиоративного состояния орошаемых земель в связи с наличием второй зоны влажности.

7. Экономический анализ внедрения регулирования водного режима орошаемых черноземов показал, что при возделывании озимой пшеницы па полях с глубиной фунтовых вод 1,5 и 2,0 м оросительная норма составила 1140 и 1400 м3/га, а из грунтовых вод на этих вариантах использовано 1000

и 700 м /га при урожайности озимой пшеницы соответственно 3,2 и 3,4 т/га и рентабельности 125,4 и 126,5 %.

При возделывании сорго-суданкового гибрида на зеленую массу на участках с УГВ 1,5-2,5 м наиболее приемлемым является вариант "биологи-

ческий контроль", средняя оросительная норма составляет 1000 м /га, прибыль - 7960 руб./ra, а рентабельность - 103,6 %. Экономическая эффективность орошения кукурузы на силос для года 50 % обеспеченности осадками с рентабельностью 125,8 % была максимальной при глубине грунтовых вод

1,5 м с минимальной оросигелыюй нормой 1300 м /га, максимальным использованием грунтовых вод - 850 М3/га при оптимальной урожайности -60,0 т/га.

Данные положения подтверждаются апробацией и внедрением в произ-

водство научных разработок за период 1990-2007 гг. на оросительных системах Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев на общей площади свыше 16000 га.

8. Биоэнергетический анализ результатов исследований с сорго-суданковым гибридом показывает, что наивысшую отдачу, с учетом экологических требований, имеет вариант "БК" с коэффициентом энергетической эффективности (КЭЭ) 19,69 и 19,49 соответственно, у кукурузы на силос -(вариант 2), КЭЭ - 5,17 и уровень интенсификации - 5,03 %, у озимой пшеницы - (вариант 2), КЭЭ - 15,02.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В производственных условиях на орошаемых землях при глубине грунтовых вод до 3,0 м необходим системный мониторинг - наблюдение, анализ и принятие решений за 12-ю факторами первой и второй групп технологических элементов процесса регулирования водного режима.

2. Для регулирования водного режима предложено использовать информационно-советующую систему "Водный режим", которая позволяет накапливать необходимую информацию по каждому хозяйству и полю севооборота, анализировать ее и принимать оперативные решения.

3. При выполнении рекомендаций ИСС "Водный режим" оросительная норма сельскохозяйственных культур снижается на величину до 800-1000 м3/га и уменьшается количество вегетационных поливов.

4. Выполнение предлагаемых мероприятий позволит получить до 5 т/га к.е. зерновых и до 15,0 т/га к.е. кормовых культур при уменьшении оросительной нормы на 20 %, максимальном использовании почвенной влаги, эффективных осадков и фунтовых вод при сохранении и улучшении мелиоративного состояния и экологической обстановки орошаемых земель.

СПИСОК ОСНОШ1ЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССКРТАЩШ Монографии

1. Полуэктов, ИВ. Водопроницаемость и эрозия ночи [Монмрафия] /П. В. Полуэктов, B.B. Турулев; 11ГМА - Новочеркасск, 1994. - 129 с. (Соискатель - 70 %).

2. Турулев, В.В. Водный режим орошаемых черноземов Нижнего Дона [Монография] /В.В. Турулев; НГМА. - Новочеркасск, 2000. - 153 с.

3. Турулев, В.В. Регулирование водного режима орошаемых черноземов ioi а степной зоны России. [Монография] /В.В. Турулев; Изд-во СКНЦ ВЩ. -Ростов-на-Дону, 2001.-164 с.

4. Турулев, В.В. Севообороты орошаемых земель. [Монофафия] /В.В. Турулев, М.С. Овча-ренко; Изд-во СК1Щ В1П. - Ростоа-на-Дону, 2006. - 272 с. (Соискатель - 70 %).

Список работ, опубликованных п рекомендуемых ВАК РФ журналах

5. Сенчуков, Г.А. Экологически приемлемые нормы водопотребност сельскохозяйственных угодий для Северно! о Кавказа [Текст] /Г.А. Сенчуков. В.В. Туру пев, В.И. Гниненко //Мелиорация и водное хозяйство. - 1995. -№6-с. 17-19. (Соискатель- 50%).

6. Турулев, В.В. Использование фунтовых вод сельскохозяйственными культурами. [Текст] //Мелиорация и водное хозяйство. - 2001. - № 5. С. 22-23.

7. Турулев, В.В. Изменение водно-физичсских свойств обыкновенных черноземов при длительном орошении. [Текст] /В.В. Турулев; Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Естественные науки. Приложение 1. 03 Ростов-на-Дону, 2003. - С. 56-60.

8. Турулев. В.В. Потаенные влагозапасы обыкновенных черноземов при постоянном орошении. |Текст] В.В. Турулев; Известия высших учебных заведений. Ссверо-Кьвказскин регион. Естественные науки. Приложение 2.03. Ростоз-на-Доиу, 2003. - С. 37-42.

9. Турулев, В.В. Оиенка мелиоративного состояния орошаемых земель Ростовской области в начале XXI века. [Тексг] /В.В. Турулев, Е.В. Полуэкгов; Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение 4.03. Ростов-на-Дону, 2003. - С. 68-72. (Соискатель - 50 %).

10. Колганов, A.B. Регулирование водного режима орошаемых черноземов при близком залегании УТВ. [Текст] /A.B. Колганов, В.М. Волошков, В.В. Турулев //Мелиорация и водное хозяйство. - 2003. № 6. - С. 10-12. (Соискатель - 50 %).

11. Гулюк, Г.Г. Водный режим черноземов на богаре и при орошении [Текст] /Г.Г. Гулюк, В.В. Турулев //Земледелие. -2004. -№ 5. С. 14-15. (Соискатель- 50 %).

Статьи, опубликованные в сборниках научных конференций и симпозиумов

12. Сенчуков, Г.А. К вопросу обоснования поливных режимов сорго-суданкового гибрида в условиях орошаемой зоны Ростовской области. [Текст] /Г.А. Сенчуков, В.В. Турулев //Повышение эффективности использования орошаемых земель и прогрессивная техника полива. Сб. научн.ст. НИМИ. - Новочеркасск 1979.- С. 68-72 (Соискатель - 70 %).

13. Турулев, В.В. Зависимость урожая сорго-суданкового гибрида от способов полива при близкрм залегании грунтовых вод. [Текст] /В.В. Турулев //Повышение эффективности использования орошаемых земель и прогрессивная техника полива. Сб. иаучн. ст. НИМИ. -Новочеркасск, 1980. - С. 60-64.

14. Сенчуков, Г.А. Рекомендации по возделыванию сорго-суданкового гибрида на предкав-казских черноземах Ростовской области при орошении. [Рекомендации] /Г.А. Сенчуков, D.D. Турулев; ЮжНИИГиМ, НИМИ. - Новочеркасск, 1982. - 25 с. (Соискатель - 70 %).

15. Турулев, D.D. О водно-физических свойствах предкавказских черноземов орошаемой зоны Ростовской области [Текст] /В.В. Турулев /'/Прогрессивные приемы возделывания сельскохозяйственных культур при орошении. Сб. научн. ст. НИМИ. - Новочеркасск, 1982. -С. 50-56.

16. Маргыненко, Г.Н. О нормах и сроках поливов сельскохозяйственных культур на предкавказских черноземах в зависимости от глубины фунтовых вод. [Текст] /Т.Н. Марты-ненко, В.В Турулев //Прогрессивные приемы возделывания сельскохозяйственных культур. Сб. научн. ст. НИМИ. - Новочеркасск, 1989. - С. 87-92. (Соискатель 50 %).

17. Турулев, В.В. Особенности орошения сорго-суданкового гибрида в условиях дефицита воды. [Текст] /В.В. Турулев // Биологические, экономические и экологические основы нормирования водопользования орошаемого земледелия. (Мат. конф.) - Днепропетровск, 1989.-С. 100-101.

18. Маргыненко, Г.Н. Водосберегающий режим орошения сорго-суданкового габрида. [Текст] /Т.Н. Мартынеико, В.В. Турулев // Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами (Мат. конф.) НИМИ. - Новочеркасск, 1990. - С. 23-25. (Соискатель - 50 %).

19. Волков, A.C. Расчет количества грунтовых вод, используемых сорго-суданковым гибридом в процессе вегетации. [Текст] /A.C. Волков, В.Ф. 'Гульверт, В.В. Турулев //Рациональное использование орошаемых земель в условиях дефицита водных ресурсов. Сб. научи, ст. НИМИ. - Новочеркасск, 1990. - С. 75-81 (Соискатель - 30 %).

20. Левченко, Т.П. Рекомендации по учету гидрометеорологической информации при назначении режимов орошения для районов Северного Кавказа. [Рекомендации] /Т.П. Левченко, A.C. Волков, В.В. Турулев; ГТИ. - Ленинград, 1991. - 79 с. (Соискатель - 30 %).

21. Маргыненко, Г.Н. О влиянии орошения на мелиоративное состояние предкавказских черноземов. [Текст] /Т.Н. Маргыненко, В.В. Турулев //Улучшение и использование малопродуктивных почв. Сб. научн. ст. НИМИ. - Новочеркасск, 1991. - С. 90-96. (Соискатель -50%).

22. Турулев, В.В. Водонотребление сорго-суданкового гибрида при близком залегании грунтовых вод. [Текст] /В.В. Турулев //Улучшение и использование малопродуктивных почв. Сб. научн. ст. НИМИ - Новочеркасск, 1991. - С. 60-67.

23. Турулев, В.В. Орошение сорго-суданкового гибрида и экологическая обстановка. [Текст] /В.В. Турулев //Повышение эффективности использования и экологической защищенности мелиоративных систем (Мат. конф.) НИМИ. - Новочеркасск, 1991. - С. 70-71.

24. Каплин, В.Т. Методические рекомендации по оценке мелиоративного состояния орошаемых земель юга степной зоны России. [Рекомендации] /В.Т. Каплин, Н.И. Лачина, В.В. Турулев, В.М. Щербаков; НИМИ. - Новочеркасск, 1993. - 17 с. (Соискатель - 15 %).

25. Турулев, В.В. Эколого-мелиоративное состояние полей при орошении. [Текст] /В.В. Ту-рулеп. Л.Н. Ляпота; (Мат. конф.) НИМИ. - Новочеркасск, 1994. - С. 10-11 (Соискатель -50 %).

26. Турулсв, В.В. Засоление земель Батаевско-Садковской оросшелышй системы под влиянием орошения. [Текст] /В.В. Турулев //Экологические проблемы орошаемого земледелия Нижнего Дона. Сб. научн. тр. НИМИ. - Новочеркасск, 1995.-С. 19-21.

27. Полуэктов, Е.В. Влияние антропогенной деятельности на свойства почв. [ Текст] /11В. Полуэктов, В.В. Турулсв; НИМИ. - Новочеркасск, 1995. - 118 с. (Соискатель - 50 %).

28. Волошков, В.М. Мелиорации земель России. [Текст] /В.М. Волошков, Г.Л. Сенчуков, В.В. Турулсв: НИМИ --Новочеркасск, 1997. -115 с. (Соискатель-10%).

29. Сенчуков, Г.А. Мелиорации земель. [Темп] /Г.Л. Сенчуков, Л.Г. Дудникова, Г.П. Мар-тыненко, В.В. 'Турулсв;Новочеркасск, 1998.- 173 с. (Соискатель- 15%).

30. Ермоленко, В.11. Ландшафтное земледелие в условиях орошения Ростовской области. [Текст] /В.П. Ермоленко, Е.В. Полуэктов, В.В. 'Турулсв; - Новочеркасск, 2000. - 300 с. (Соискатель - 3 %)

31. Турулев, В.В. К оценке мелиоративного состояния орошаемых земель. [Текст] /В.В. Ту-рулев //Мелиорации шггропошшых ландшафтов. Сб. научн. тр. НЕМА. - Новочеркасск, 2000.-С. 15-17.

32. Турулеи. В.В. Влияние солевого, пищевого и водного режимов на урожай озимой пшеницы. [Текст] /В.В. Турулев //Мелиорация антропогенных ландшафтов. Сб. научн. 1р. НЕМА. - Новочеркасск, 2000. - С. 19-22.

33. Турулеи, В.В. Мелиоративное состояние орошаемых земель Ростовской области. [Текст] /В.В. Турулев //Мелиорация антропогенных ландшафтов. Сб. научи, тр. ШМА. - Новочеркасск, 2000.-С. 3-7.

34. Турулев, ВВ. Источники орошения и качество оросительных вод Ростовской облает. [Теки] /В.В. Турулев //Мелиорация антропогенных ландшафтов. Сб. научн. тр. НЕМА. -11овочеркасск, 2000. - С. 7-13.

35. Турулсв, ВВ. Глубина развития корневой системы сельскохозяйственных культур при орошении. [Текст] /В.В. Турулсв; Сб. научн. тр. НЕМА. - Новочеркасск, 2000. - С. 20-23.

36. Турулев, В.В. Оценка мелиоративного состояния орошаемых земель но укрупненным показателям. [Текст] /В.В. Турулсв, Е.В. Полуэктов //Материалы секции ЭМС РАСХН, -Новочеркасск, 2002. - С. 60-62 (Соискатель - 50 %).

37. Турулсв, В.В. Водопотребленис озимой пшеницы при близких грунтовых водах. .[Текст] /В.В. Турулев, М.С. Овчаренко: Сб. научн. ст. НЕМА. - Новочеркасск, 2003. С. 100-106 (Соискатель - 50 %).

38. Турулев, В.В. Элемента водного режима черноземов обыкновенных на богаре и орошении. [Текст] /В.В. Турулев, Е.В. Полуэктов; Известия высших учебных заведений. Севсро-Кавзский регион. Естественные науки. Приложение 2. 03. Росгов-на-Дону, 2003. - С. 32-37. (Соискатель - 50 %).

39. Турулсв, В.В. Влияние грунтовых вод на урожай и качество зерна озимой пшеницы. [Текст] /В.В. Турулсв, М.С. Овчаренко; Сб. научн. ст. НЕМА. - Новочеркасск, 2003. С. 106-111 (Соискатель - 50 %).

40. Турулев, В.В. Качественная и количественная оценка мелиоративного состояния орошаемых земель. ¡Текст] /В.В. ТурулЕв; Известия высших учебных заведений. Ссверо-Кавказский регион. Технические науки. Приложение № 3. Ростов-на-Дону, 2003. - С.

208-213.

41. 'Гурулев, B.B. Эффективность регулирования водного режима орошаемых обыкновенных черноземов с близким УГВ при оценке по энергетическим критериям. [Текст] /В.В. Турулев, Е.В. Иолуэктов; Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Приложение № 5. Ростов-на-Дону, 2003. - С. 180-181 (Соискатель-50%).

42. Турулев, В.В. Экономическая эффективность регулирования водного режима орошаемых обыкновенных черноземов на посевах сорго-суданкового гибрида, озимой пшеницы и кукурузы при близком уровне фунтовых вод. [Текст] /В.В. Турулев, М.С. Овчаренко; Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Приложение № 2. Рос тов-на-Дону, 2004. - С. 174-175. (Соискатель - 50 %).

43. Турулев, В.В. Основные положения методики прогнозирования оросительной нормы при близком залегании фунтовых вод [Текст] /В.В. Турулев, Н.В. Михеев, И.В. Турина; Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский решон. Технические науки. Приложение №4. Ростов-на-Дону, 2005.-С. 105-107. (Соискатель-33 %).

44. Турулев, В.В. Раулирование водного режима орошаемых обыкновенных черноземов при близком залегании УГВ. [Текст] /В.В. Трулсв // Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии. НГМА. - Новочеркасск, 2006. т.2. - С. 64-69.

45. Турулев В.В. Качество воды р. Дон и Веселовского водохранилища. [Текст] /Гурулев В.В., Срыбник A.B.; Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский решон. Технические науки, №5. Ростов-на-Дону, 2007. - с. 79-80.

Формат 60х841Аб Заказ № 586

Подписано в печать Объем 2.0 п. л.

20.10.2008г. Тираж 100 экз.

Типография НГМА, 346428, г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Турулев, Владимир Викторович, Новочеркасск

Продолжение приложения П (графы 1-2, 13-21)

1 2 13 14 15 16 17 18 19 20 21

7. Погрузка семян 1,26 — — 0,26 0,01 — — 0,72 0,99

8. Транспортировка семян и заправка 1,26 - 54,5 3,71 0,09 - 38,15 - 41,95

9. Посев на силос 1,26 - 52,8 9,64 0,44 - 158,40 - 168,48

Итого, предпосевная обработка и посев: X X X 520,59 2,06 0,04 870,08 0,72 1393,49

1. Прикатывание посевов 1,26 — 52,8 127,49 0,07 — 50,69 — 178,25

2. Боронование по всходам 1,26 — 52,8 48,07 0,17 — 73,92 — 122,16

3. Подвоз воды для раствора 1,26 — 54,5 30,44 0,15 — 27,25 — 57,84

4. Приготовление раствора гербицида и заправка 1,26 0,6 52,8 11,4 0,7 0,04 8,98 - 20,49

5. Опрыскивание гербицидами 1,26 0,6 52,8 56,8 0,24 0,11 69,2 — 126,35

6. Междурядная обработка, 6-8 см 1,26 — 52,8 60,47 0,49 - 184,80 - 245,76

Итого, уход за посевами: X X X 334,67 1,19 0,15 414,84 — 780,85

1. Скашивание на силос 1,26 — 52,8 1639,78 1,36 — 491,04 1 2132,18

2. Транспортировка силосной массы 1,26 - 52,8 701,11 7,06 - 232,32 940,49

3. Уплотнение силосной массы 1,26 - 52,8 120,67 0,84 — 443,52 1 565,03

4. Укрытие силосной массы 1,26 - 52,8 64,86 0,71 - 232,32 | 297,89

Итого, уборка: X X X 2526,42 9,97 - 1399,2 - 3935,59

Акт внедрения результатов научно-исследовательских работ

Заказчик - AHO «ИВЦ Ростагропрома»- директор Финенко Н.М.

Испол н итель(разработч и к ) ФГОУ ВПО НГМА - докторант Турулёв В.В.

Настоящим актом подтверждается, что результаты работы НГМА -информационно-советующая система (ИСС) «Водный режим»,разработчик докторант Турулёв В.В.,

внедрены специалистами ИВЦ и разработчиком на орошаемых землях хозяйств Багаевского, Весёловского и Семикаракорского районов в 2006 году на общей площади 1254 га.

Экономический эффект от внедрения ИСС за счет изменения технологии возделывания: озимой пшеницы, кукурузы и сорго-суданковых гибридов,а также сокращения числа поливов составил в среднем 300-350 руб/га (доля НГМА).

Общий экономический эффект определится:

Ээ=Эср.*А=325 руб/га х 1254 га- 407550 руб. (четыреста семь тысяч пятьсот пятьдесят рублей)

Разработчик

Турулёв В.В

Информация о работе

Турулев, Владимир Викторович
доктора сельскохозяйственных наук
Новочеркасск, 2008
ВАК 06.01.02

Диссертация

Регулирование водного режима орошаемых обыкновенных черноземов при близком залегании уровня грунтовых вод - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы