Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Водосберегающие ресурсы орошения сельскохозяйственных культур, дифференцированные по агроклиматическим зонам Кабардино-Балкарии

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Ныров, Каральбий Асланбиевич, Новочеркасск

и

/

о

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации

Новочеркасская государственная мелиоративная академия

На правах рукописи

Ныров Каральбий Асланбиевич

ВОДОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР, ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЕ ПО АГРОКЛИМАТИЧЕСКИМ ЗОНАМ КАБАРДИНО-БАЛКАРИИ

Специальность: 06.01.02- "Сежскохшяйсгвештмешорация''

Диссер тация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйсгвшЕгых наук

Научный руководитель: - кандидат сельскохозяйственных наук

A.B. Колганов

Новочеркасск - 1999

Содержание

с.

ВВЕДЕНИЕ............................................................................ 4

1 ПРИГОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ, СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОРОШЕНИЯ............................ 8

1.1 Орошение на Северном Кавказе............................................. 8

1.2 Краткая характеристика природно-хозяйственных условий Кабардино-Балкарии............................................................. 14

1.3 Использование орошаемых земель и технический уровень гидромелиоративных систем....................................................... 20

2 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ И РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ КАБАРДИНО-БАЛКАРИИ Ш СТЕПЕНИ ТЕПЛО- ВЛАГО-ОЕЕСТЖЧЕНГОСТИ........................................................ 28

2.1 Методика расчета испаряемости и коэффициента природной ув-лажншности территории республики.................................... 30

2.2 Районирование территории республики по иотаряемоста и коэффициенту увлажнения......................................................... 35

2.3 Влияние естественной влагообеспеченности агроклиматических зон на урожайность сельскохозяйственных культур................... 42

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГВД-ЮМБТЮЮЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ, СУММАРНОЕ ИСПАРЕНИЕ И УГОЖАЙНЭСГЬ КУКУРУЗЫ НА ЗЕРНО............................................................. 56

3.1 Шчвеинськлимашческие условия объектов, программа и методика исследований ................................................................ 56

3.2 Режим орошения, суммарное испарение и урожайность кукурузы

на зерно.......................................................................... 69

3.3 Влияние водного режима орошаемых земель на суммарное испарение и урожайность сельскохозяйственных культур................. 79

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНИХ МЮГОЛЕТНИХ И ВЕРОЯТНОСТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ СУММАРНОГО ВЭДОГОТРЕБЛЕНИЯ СЕЛЬСЖ)ХШЯЙСТВЕННЬ1Х КУЛЬТУР В ПРИГОДНЫХ УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ................................................... 87

4.1 Методика и расчетная модель определения суммарного водопо-требдения орошаемых кулыур............................................. 93

4.2 Установление размеров оптамального суммарного водопотреб-шзшя основных орошаемых культур..................................... 101

4.3 Тфриториальная изменчивость водопотребления основных сельскохозяйственных культур в разные по влажности годы............ 105

5 УСТАНОВЛЕНИЕ СРЕДНИХ МНОГОЛЕТНИХ И ВЕРОЯТНОСТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ОРОСИТЕЛЬНЫХ НОРМ И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР 112

5.1 Методика определения оптимальных биоклиматических оросительных норм ................................................................... 114

5.2 Установление средних многолетних и вероятностных знамений оросительных норм в разные по влажности года...................... 123

5.3 Территориальная изменчивость оросительных норм сельскохозяйственных культур в республике............................................ 126

5.4 Методика и расчет водосберегакшдах, экологически безопасных режимов орошения сельскохозяйственных кулыур................... 135

5.5 Оценка точности методики нормирования орошения и эколого-экономичесасого эффекта.................................................... 154

Выводы и предложения..........................................................................................................................168

Список ишользованных источников............................................. 171

Пришжеиия......................................................................................................................................................180

Акты закладки опытных участков................................................................................................181

Акты внедрения..............................................................................................................................................183

ВИДЕНИЕ

Актуальность темы Идешщийся в К^ардино-Балкарии опьгг использования орошаемых земель показывает, что при соблюдении научно-обоснованных систем земледелия и технологий орошения обеспечивается повышение продуктивности сельсжжозяйственных угодий в 2-3 раза по сравнению с богарными землями. Однако, за последнее десятилетие продуктивность орошаемых земель резко снизилась* отмечается ухудшение экологической обстановки.

Развитие таких негативных явлений как подъем уровня грунтовых вод, вторичное засоление и осолонцевание почв, водная эрозия, загрязнение естественных водоисточников происходит из-за низкого технического уровня оросительных систем, слабой оснащенности поливной техникой, средствами во-доучета и управления поливами, резкого снижения культуры поливного земледелия, нерационального планирования проектных и эксплуатационных режимов орошения.

ГЬэтому актуальной задачей для орошаемого земледелия является повышение эффективности использования водных, материально-технических, энергетических и трудовых ресурсов на базе точного нормирования орошения, разработки и внедрении ресурсосберегающих, почвоохранных технологий и техники полива

Для этого необходимо, произвести детальный анализ и дать оценку сложившейся ситуации в сфере оросительных мелиорации и разработать нормаг тивную базу для реконструкции, проектирования и эксплуатации оросительных систем, исключающую возможность проявления таких негативных последствий орошения, как засоление и заболачивание земель, эрозия, снижение плодородия почвы и урожайности возделываемых культур и т. д

Необходимо, чтобы базовые параметры нормирования орошения были дифференцированы в пространстве и времени применительно к конкретным объектам и природным зонам, обеспечивая максимально приближенный к оптимальному водный режим на орошаемых полях с учетом щдрометеорохюги-ческих условий, водно-физических свойств почв, реальных потребностей растений в воде, текущих лимитов водозабора и требований экологической безопасности окружающей среды.

Цель и задачи исследовани й. Повышение эффективности использования интегральных ресурсов и ирригационного фонда за счет точного нормирования водопотребления сельскохозяйственных культур и рационального планирования орошения.

Для достижения этой цели потребовалось;

- оценить природную тепло-, влагообеотеченность земельного фонда по коэффициенту увлажнения "Ку";

- произвести районирование территории по "Ку" с выделением агроклиматических зон с общностью шчвеннснклимашческих условий;

- установить средние многолетние и вероятностью значения суммарного водопотребления ведущих сельскохозяйственных культур и их территориальную изменчивость;

- установить средние многолетние и вероятностные (для 5, 25, 50, 75 и 90% обеспеченности) дефицитьг водопотребления орошаемых культур, как основы для водосберегакэщего водопользования и экологически безопасного орошения;

- произвести районирование территории республики по размеру дефицита водопотребления и проектным режимам орошения с целью их дифференцирования в пространстве и времени;

- установить размеры относительного снижения урожайности сельскохозяйственных культур от недостатка природного их водообеспечения в разных агроклиматических зонах и в разные по влажности годы

Научная новизна

• Проведена оценка земельного фонда республики по комплексному показателю тепло-вшгообеспеченносш - коэффициенту увлажнения, разработана карта-схема районирования, установлены диапазоны изменения этих показателей по агроклиматическим зонам.

• Втервые для агроклиматических условий республики, установлены закономерности влияния пространственно-временной изменчивости естественной влагообешеченности на урожайность сельскохозяйственных культур.

• Получены закономерности влияния орошения на урожайность сельскохозяйственных культур в разные по обеспеченности дефицита водного баланса годы, а также влажности почвы и фазы развития растений на суммарное испарение.

• Установлены дифференцированные в пространстве и времени оросительные нормы, проектные режимы орошения сельскохозяйственных культур. На защиту выносятся:

• Районирование территории республики по комплексному показателю теп-ло-влагообеспеченности - коэффишентуувшжнения.

• Математические зависимости для расчета величин варьирования урожайности под влиянием пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических условий

• Уравнения для определения величины изменения урожайности при изменении величины поливных и оросительных норм.

• Аналитические зависимости для определения суммарного испарения с учетом фактической влагообешеченности посевов и фазы развития растений и уточненные эмпирические параметры к ним.

• Дифференцированные в пространстве и во времени оросительные нормы и проектные поливные режимы сельскохозяйственных культур, обеспечивающие водосбережение и экологическую безопасность.

Апробация работы Полученные результаты доложены и обсуждены на Всфсюсийских научно-технических конференциях (Волгоград, 1994 г., Москва, 1995 г., Коломна 1997 г., Красноярск 1997г.) и научно-техническом Совете Минсельхоза КБ (№льчик 1994-1998 год).

Практическая значимость и реализация результатов. материалы исследований использованы при разработке технических предшжений по реконструкции Прохладненской оросительной системы и рекомендаций по повышению эффективности водораспределения на Баксанской оросительной системе. Результаты исследований автора внедрены на орошаемых землях КДСХП «Ленинский путь» и КП «Ульяновское» при возделывании овощных культур на площади 1000 га с экономическим эффектом 33,6 руб/га в ценах 1998 года

1 ПРИРОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ, СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОРОШЕНИЯ

1.1 Орошение на Северном Кавказе

Северный Кавказ - один из крупнейших экономических районов России, включающий республики: Кабардино-Балкария, Адыгея, Дагестан, Карачаево-Черкессия, Северная Осетия, Ингушетия и Ичкерия, а также Краснодарский и Стшропольский край и Ростовская область общей гающадью 33,5 млн гектаров с многоотраслевым: сельским хозяйством, шециализирукжцим-ся на выращивании зерновых и масленичных культур, а также на животноводстве мясошерстного направления (1).

Для этой территории характерно разнообразие форм рельефа при значительных колебаниях высот (до 800...900 м), теплый климат, господство степных и полупустынных (в меньшей степени) ландшафтов. В летний период преобладают сухие когаинентальнью воздушные массы умеренных широт, нередко шособствукяцие возникновению сухой погоды

Температура воздуха на территории Северного Кавказа находится в обратной зависимости от высоты местности над уровнем моря.

Среднегодовая температура воздуха в низовьях Дона 7.. ,9,5°С, в Западном Предкавказье - 9Д ..11,10С, в Восточном Предкавказье - 9Д. .11,7°С на Ставропольском плато - 7,7.. Д7°С тепла В юрах, выше 500 метров над уровнем моря, через каждые 100 м температура снижается на 0,5.. Д6°С.

Самый теплый месяц для всех районов Северного Кавказа - июль со среднемесячной температурой выше 21...25°С. Продолжительность теплого периода со среднесуточной температурой выше 0°С в низовьях Дона равна 240.. .250, в Западном Предкавказье - 273.. .330, в Восточном Предкавказье -278...328, на Ставропольском плато и предгорьях - 270... 275 дням.

Относительная влажность воздуха в жаркие месяцы- 35. ..50 %, а в холодные она доходит до 80. ..84 %.

В Западном и Центральном Предкавказье наблюдается значительное увеличение осадков к югу, что обусловлено повышением абсолютной высоты

местности. В связи с этим, на большей части территории выпадает до 400...500 мм осадков в год, а на Азово-Кубанской равнине и западных склонах Ставропольского плато - 500...600 мм, в то время как Прикаспийская низменность, расположенная в ветровой зоне Ставропольского пшто, получает всего липе» 200.. .300 мм.

Гидрографическая сеть представлена такими крупными реками, как Дон, Кубань, Терек, Сулак и их многочисленными притоками.

Большая часть рек Северного Кавказа имеет транзитный характер. Шиболее крупные реки сравнительно полноводны (особенно реки Западного Предкавказья - Кубань и ее притоки). Весеннее половодье связано со снеготаянием, в течении лета реки сохраняют достаточно высокий уровень за счет выпадения дождей и таяния ледников в горах

Реки используются для орошения и как источник энергии. В центральных и восточных частях Предкавказья речная сеть редкая. При выходе на равнину небольшие реки летом сильно мелеют. Несмотря на общий дефицит влаги Северо-Кавказского региона, его отдельные! районы страдают от избыточного увлажнения.

В северной части равнины речная сеть (Дон и его правые притоки) развита значительно лучше.

ГЬкровные отложения в зоне орошения, как правило, представлены с поверхности лессовидными суглинками и глинами, подстилаемыми песками, галечниками, глинами. Грунтовые воды на большей части орошаемых земель залегают на глубине 13 тм, имеют минерализацию 0,5 - 25,0 г/л, часто агрессивны по отношению к бетонам.

Почвенный и растительный покров изменяется в соответствии с уменьшением коэффициента увлажнения с запада на восток

В северной части Нижнего Дона и Западной части Сало-Манычского водораздела преобладают обыкновенные и южные черноземы, южнее по правобережью Дона располагается зона предкавказских черноземов. ГЪ левобережью южнее Западного Маныча - зона кавказских черноземов между доном, Салом и Манычем преобладают каштановые почвы Дельта Терека и

вся Тфско-Сулакская низменность отличается крайней пестротой почвенного покрова №иболыпее распространение здесь имеют лугово-болютные солончаковые почвы в комплексе со светло-каштановыми болотными и солончаками (2).

Площадь земель, пригодных для орошения в этой зоне, составляет 9,5 млн: га, в том числе 5,5 млн. га находятся в степной безводной зоне, а собственными водными ресурсами обеспечено только 3,5 млн.га.

В настоящее время орошаемый фонд Северного Кавказа составляет 1745,3 тыс.га или 35% всех орошаемых земель России (таблица 1). Из них около 1 млн. га размещено на государственных оросительных, обводнительно-оросжтельных системах

Таблица 1 - Распределение орошаемых земель на Северном Кавказе

№ Экономические районы, республики, края Площадь орошения (тыс. га)

п/п и области По состоянию на По прогнозу на

01.01.1997 г. 01.01.2000 г.

1. Республика Кабардино-Балкария 121,9 160,0

2. Республика Адыгея 26,5 45,0

3. Республика Дагестан 349,2 450,0

4. Республика Карачаево-Черкессия 19,9 30,0

5. Республика Северная Осетия 76,4 106,0

6. Республика Ингушетия 22^1 __ 30,0

7. Краснодарский край 397,6 780,0

8. Ставропольский край 397,2 630,0

9. Ростовская область 334,5 700,0

10. Чеченская республика - -

Итого: 1745,3 2930,0

Все оросительные системы строились бурными темпами, в основном в 60-

70е года и характеризуются сравнительно низким техническим уровнем. Технический уровень их проектирования и строительства во многом не отвечал современным требованиям, что существенно снижает мелиоративное состояние орошаемых земель. Большинство существующих оросительных систем Северного Кавказа, и в частности в Кабардино-Балкарии, запроектированы под поверхностный полив без колжкторно-дренажной сети, оросительные каналы в земляном русла, коэффициент полезного действия которых, в первые же годы, составил 0,45.. .0,60 (3).

Недостаточный технический уровень оросительных систем привел к ухудшению мелиоративного состояния орошаемых земель, засолению, переувлажнению и заболачиванию, а в некоторых регионах к изменению экосистемы ГЬэтому уже сейчас необходимо проводить мероприятия на повышение технического состояния оросительных систем Северного Кавказа (Таблица 2).

(Основными причинами неудовлетворительного состояния являются:

- большие ежегодные фильтрационные потери на оросительных каналах всех порядков, идущие на пополнение грунтовых вод , вызывая подъем их уровня;

- низкая эффективность существующего горизонтального дренажа, что обуславливается как недостаточной протяженностью, так и неудовлетворительным техническим состоянием;

- низкая эффективность работы сбросной сети в связи и интенсивной фильтрацией земляных оросительных каналов;

- избыточное поступление оросительной воды на орошаемые поля, не соответствующие условиям оптимального увлажнения.

Техническое состояние оросительных систем

Таблица 2 __(тыс. га)

спублики,края и Площадь с.-х. %% к На этой площади необходимо выполнить:

ласти угодий на которых наличию Комплекс Строитель- В т.ч на Капиталь Повыше- Ремонты Капит. Хими-

требуется прово- ная рекон льство кол землях не ная плани ние водо- коллек- промыв ческие

дить капитальный струкция лекторно- требующ ровка не обеспечен торно- ка засо- мелио-

ремонт ороситель дренажной их компл. входящая ности не дренаж ленных рации

ных сис- сети реконс- в рекон- вход, в ной сети почв

тем трукцию струкцию компл. реконст.