Главная Коллекция "Revolution" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Теоретическое и экспериментальное обоснование экологически безопасных технологий орошения кормовых культур природными и сточными водами

Теоретическое и экспериментальное обоснование экологически безопасных технологий орошения кормовых культур природными и сточными водами

Анализ проблем ирригационной эрозии при поливе дождеванием. Разработка комплекса мероприятий, обеспечивающих повышение экологической безопасности полива кормовых культур природными и сточными водами при формировании эколого-адаптивной системы земледелия.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 29.01.2018
Размер файла 1,7 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Теоретическое и экспериментальное обоснование экологически безопасных технологий орошения кормовых культур природными и сточными водами

06.01.02- Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Семененко Сергей Яковлевич

Волгоград 2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» на кафедре мелиорации земель и эксплуатации водохозяйственных объектов в период 1982-2004 гг.

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, академик РАСХН Григоров М.С.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН Дубенок Н.Н.;

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАСХН Бородычев В.В.;

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Балакай Г.Т.

Ведущая организация

ГНУ «Всероссийский НИИ орошаемого земледелия».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГСХА.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор сельскохозяйственных наук, доцент Иванцова Е.А.

Общая характеристика работы

Актуальность исследований: Интенсивная эксплуатация орошаемых земель, вовлечение в оборот земель не соответствующего качества, применение необоснованных поливных и оросительных норм без оценки экологических последствий их воздействия на орошаемые земли и сопрягающие агроландшафты, а также значительное преобладание экономических целей над экологическими результатами способствуют развитию деструктивных процессов на орошаемых землях.

Создание дождевальной техники с заданными параметрами дождя и переоснащение ею сельхозпроизводителей в принципе возможно, поскольку существуют определенные научные и практические разработки, однако, это крайне дорогостоящий путь, который наше сельское хозяйство с его многоукладностью, в настоящее время осилить не может.

Наиболее целесообразна разработка технологических и агромелиоративных мероприятий с целью создания экологически адаптированных режимов и технологий орошения с применением высокопроизводительной дождевальной техники с высокой интенсивностью дождя, совместное применение которых обеспечивает получение заданных урожаев в экологически устойчивом мелиоративном агроландшафте, в том числе при орошении животноводческими сточными водами. Исследования по теме выполнены в рамках республиканской научно-технической программы ОЦ 034 «Повышение эффективности мелиорируемых земель и использования водных ресурсов в мелиорации» задание 07.01.02 «Разработать оптимальные режимы орошения сельскохозяйственных культур с учетом регулирования солевого, пищевого, теплового и других факторов жизни растений».

Цель работы: разработать комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение экологической безопасности полива кормовых культур природными и сточными водами при формировании эколого-адаптивной ландшафтно-мелиоративной системы орошаемого земледелия.

Задачи исследований:

ь провести анализ проблем ирригационной эрозии при поливе дождеванием;

ь разработать концептуальную модель сочетания кибернетического принципа и категориально-понятийного подхода к экологическим проблемам производства продукции на мелиорируемых землях;

ь разработать экологичные режимы орошения и технологии увлажнения в условиях критических уклонов;

ь определить реакцию сельскохозяйственных культур на изучаемые технологии и их сочетания и определить их влияние на урожай и качество продукции;

ь изучить влияние водного режима почв на потери поливной воды и определить воздействие изучаемых технологий и дождевальной техники на смыв почвенных частиц;

ь разработать технические средства повышения экологичности полива дождеванием;

ь обосновать систему подготовки и внесения животноводческих сточных вод (ЖСВ) и исследовать санитарно-гигиенические аспекты их почвенной очистки (в том числе при внутрипочвенном орошении);

ь дать биоэнергетическую и эколого-экономическую оценку дождевальной технике, режимам и технологиям орошения кормовых культур.

Научная новизна:

Ш на основании теоретических исследований создана модель регулирования и управления качеством орошаемых ландшафтов;

Ш доказана отзывчивость кормовых культур на различные режимы орошения и технологии увлажнения в сочетании с агромелиоративными противоэрозионными мероприятиями;

Ш установлена зависимость объема поверхностного стока и смыва светло-каштановой почвы от уклона поля, интенсивности дождя, вида дождевальной техники, агромелиоративных технологий и выращиваемой культуры;

Ш доказана взаимосвязь податливости почв ирригационной эрозии с технологиями и режимами орошения, видами кормовых культур, топографическими условиями и типами дождевальной техники;

Ш разработаны оптимальные режимы орошения кормовых культур в условиях критических уклонов;

Ш предложен комплекс технологических и агромелиоративных мероприятий, позволяющих в эрозионно-опасных условиях производить поливы без образования поверхностного стока;

Ш предложены технические решения по повышению экологической безопасности при орошении дождеванием;

Ш разработана схема подготовки сточных вод животноводческих комплексов и режим их внесения с соблюдением санитарно-гигиенических норм.

Практическая ценность работы:

o проведенные теоретические исследования по управлению качеством орошаемых земель при производстве продукции позволяют на стадии проектирования и эксплуатации произвести правильный выбор комплекса практических решений, направленных на экологически безопасную эксплуатацию мелиорируемых агроландшафтов;

o для землепользователей предоставлена возможность исходя из материально-технических и финансовых ресурсов, учитывая топографические условия конкретных территорий подобрать наиболее оптимальный по затратам режим и технологию орошения кормовых культур с целью сохранения плодородия почв;

o использование предложенных технологических и агромелиоративных мероприятий при орошении животноводческими сточными водами позволит обеспечить требуемый уровень их почвенной очистки и санитарную защиту полей, водоемов и сопрягающих агроландшафтов.

Основные защищаемые положения:

· концептуальная модель регулирования и управления качеством орошаемых агроландшафтов;

· влияние регулируемых факторов при орошении дождеванием кормовых культур на ирригационную устойчивость почв;

· обеспечение экологической безопасности при орошении подготовленными животноводческими сточными водами;

· комплекс технических средств, обеспечивающих повышение противоэрозионной стойкости почв при дождевании.

Реализация результатов исследований:

Полученные результаты прошли производственную проверку и внедрение в государственных унитарных сельскохозяйственных предприятиях, фермерских и крестьянских хозяйствах в Николаевском, Быковском, Дубовском, Городищенском, Октябрьском, Светлоярском и Иловлинском районах Волгоградской области, а также в АО «Рассвет» Корочанского района Белгородской области на общей площади 2054 га.

Апробация полученных результатов и публикации:

Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях и всесоюзных совещаниях НГМА и ЮжНИИГИиМ (г. Новочеркасск) в 1983-1998гг.; ВНПО «Прогресс» (г. Купавна) в 1985, 1986, 1999 гг., НПО «Радуга» (г. Коломна) в 1989, БСХИ (г. Горки) в 1989 г, Севкавгипроводхоз (г. Пятигорск) в 1987 г., Облмелиоводхоз (г. Пенза) в 1998 г., ВГСХА (г. Волгоград) в 1983-2009гг.; ПНИИАЗ (г. Астрахань) в 2000г.; на международных научно-практических конференциях в: ВГСХА (г. Волгоград в 1989, 2000, 2005, 2010гг., Калмыцком госуниверситете в 1986гг., на Международном форуме по проблемам науки, технике и образования Академии наук о Земле (г. Москва) в 2005г.

По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ в т.ч. 10 работ в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК; получено 6 патентов на изобретения, издано пособие к ВСН и 2 научно-практических рекомендации.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений производству, списка использованной литературы и приложения.

Диссертация изложена на 430 страницах компьютерного текста, содержит 140 таблиц, в т.ч. 83 в приложении, 50 рисунков, в т.ч. 2 в приложении, 361 наименование использованной литературы, в т.ч. 18 иностранных авторов. дождевание полив кормовой земледелие

Автор выражает благодарность член-корреспонденту РАСХН, профессору А.С. Овчинникову за консультационную помощь при проведении исследований, к.с.- х. н. О.С. Шишкиной и аспиранту А.В. Обыхвостову за совместно проведенные исследования, начальнику специализированной инспекции аналитического контроля ФГУ ВТФГИ Л.М. Авериной и главному врачу ГУЦГСЭМ Л.А. Павловой за помощь в проведении специальных лабораторно-аналитических исследований.

Особую признательность автор выражает своему неизменному научному консультанту и Учителю, академику РАСХН, профессору М.С. Григорову за формирование научных взглядов и жизненной позиции.

Содержание работы

1. Состояние проблемы мелиоративной экологии и системно-структурный подход к взаимодействию среды и мелиоративной системы

Формирование системы земледелия в условиях аридной зоны, территория которой характеризуется чрезвычайным разнообразием сочетаний ландшафтных условий, должно осуществляться на эколого-адаптивной ландшафтно-мелиоративной основе.

Эколого-адаптивная сущность такой системы заключается в том, что на основании проведения натурных исследований или по результатам математического моделирования, производится адаптация каждого элемента агротехнических, агромелиоративных и организационных технологий к ландшафтным условиям таким образом, чтобы его благоприятные свойства использовались для повышения продуктивности, а неблагоприятные - преобразовывались методом мелиоративного воздействия для создания оптимальных условий выращивания кормовых культур и экологической устойчивости агроландшафтов.

При мелиоративном воздействии, использующем природную или экологическую среду с ее стохастическими, недостаточно изученными взаимосвязями, всю категориально-понятийную структуру необходимо выстраивать вокруг понятий «среда» и «процесс» (рис. 1.).

На основании концептуальной модели (категориально-понятийная структура) процесса мелиоративной деятельности, проводя анализ и теоретический синтез с применением системного метода, нами создана модель прогностического управления качеством среды (рис. 2.).

В схему включается довольно новая дисциплина - оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС), целью которой является оперативный прогноз влияния изменения каждого параметра в цепочке технологий орошения на качество продукта и территорий. В основе оперативного прогнозирования лежат ранее проведенные научные исследования для конкретных условий или результаты математического моделирования.

При выявлении негативного воздействия планируемого изменения технологии она или не внедряется, или ее воздействие заранее компенсируется (отсюда и компенсирующая связь) определенным противодействием.

Достоинство такой схемы заключается в «быстродействии», так как прогнозируемое негативное последствие заранее компенсируется, т.е. управляющее воздействие вырабатывается не на основании фактического результата, а на основании планируемой причины. Недостатком данной схемы является необходимость наличия компенсирующих связей не только по каждой технологии возделывания и увлажнения, но и по состоянию сопрягающих агроландшафтов.

На наш взгляд, наиболее удачной с точки зрения надежности работы является комбинированная модель управления качеством среды (рис.3).

Данная схема основывается также на прогнозируемом отклонении качества, при этом она включает в себя два уровня прогноза.

Первый - долгосрочное прогнозирование с наблюдением фактического состояния качества среды с выработкой управляющего воздействия посредством обратной связи через блок выработки решения (БВР-1). Второй - оперативное прогнозирование влияния двух-трех технологий, которые являются наиболее значимыми (опасными) для данных условий агроландшафта (через БВР-2).

Такая схема может применяться при создании высокоточных автоматических систем регулирования (управления) качеством орошаемых земель. В ней возможно применение принципа адаптации (приспособления). В то же время данную систему можно использовать и как «экстремальную», обеспечивающую поддержание экстремального (наибольшего или наименьшего) или оптимального (заданного по принятому критерию оптимальности) значения регулируемой величины, например, максимума КПД оросительной сети или используемой воды, минимум сбросов воды из каналов, минимум расхода электроэнергии и т.п.

Данная схема кибернетической системы (модели), имеющая «вход» и «выход», может являться самостоятельной, а может быть подсистемой более глобальной системы. Такая модель управления мелиоративными процессами с учетом экологических требований и воздействием ее на природные условия (климат, почва и т.д.), посредством регулирования управляемых потоков (оросительная вода, энергия, информация, ресурсы), позволяет иметь выходными параметрами такие критерии оптимизации как урожайность, плодородие почв, состояние сопрягающих ландшафтов, эрозия, фильтрация и т.д.

В течение последних десятилетий ученые мелиораторы и экологи решают проблему повышения надежности защиты мелиорируемых земель от ирригационной эрозии. От ее воздействия смывается верхний плодородный слой почвы, ухудшается водо-, газо-, теплообмен, снижается урожай и его качество. Попадая в открытые водоемы и источники водоснабжения, эрозия вызывает их заиления и ухудшение санитарно-гигиенических условий вследствие смыва в них продуктов химизации и сточных вод. Это, в свою очередь, наносит ущерб и вызывает дополнительные денежные затраты гидроэнергетике, коммунальному и рыбному хозяйству, приводит к ухудшению экологической обстановки в местах отдыха граждан.

Анализ литературных источников показал, что вопросами изучения факторов, влияющих на водную эрозию, занимались многие ученые (Акопов Е.С., 1968,1981; Багров М.Н., 1991; Бефани А.Н., 1975; Буачидзе В.М., 1958; Дреймалова Л.М., 1977; Дубенок Н.Н., 1984; Ерхов Н.С.,1981; Заславский М.Н.,1966; Кальянов А.Л.,2000; Кантор О.В.,1979; Кивер В.Ф., 1976; Кружилин И.П., 1975; Крыльчук Г.М., 1992; Кузнецов П.И., 1983; Кузнецов М.С., 1996; Кузьменко Н.Е.,1973; Ларионова А.М, 2004; Маслов Б.С,1991; Мирцхулава Ц.Е., 1989; Поляков Ю.П.,1990; Соболев С.С.,1961;Сурмач Г.П., 1976; Флоринский О.С., 1999; Фокин Б.П., 2002; Чеботарев Н.П., 1962; Швебс Г.И., 1974; Шумаков Б.А., 1971; Шумаков Б.Б., 1989; и др.).

В процессе исследований ими было установлено, что динамика эрозионных процессов и их интенсивность зависит от комплексного воздействия таких факторов, как: физико-химические и агротехнические свойства почвы, географическое расположение, геометрические характеристики орошаемого поля, способ орошения и элементы техники полива.

Противоэрозионная устойчивость почв зависит и от выращиваемой культуры и фазы ее развития. Основные культуры (Бефани А.Н., 1975; Бурыкин А.М., 1968; Григоров М.С., 1999, 2008; Лагун Т.Д, 1979; Сапункова Н.В., 1974; и др.) классифицируются по группам: не способствующие развитию эрозии и имеющие защитный характер (многолетние травы); умеренно и слабо способствующие развитию эрозии (яровые, зернобобовые): сильно способствующие развитию эрозии (пропашные).

Зарубежные ученые (Crosson Pierre, 1984; Everts С., 1983; Hall G., 1982; Mc. Cormark et al, 1982; Гудзон Н., Конке Г., Бертран Л., 1954; Osborn B., 1954; и др.), изучавшие факторы, влияющие на интенсивность эрозионных процессов, также подтверждают влияние вышеизложенных элементов на эрозию, хотя в зависимости от географического расположения, каждый элемент, вызывающий эрозию и их совокупное воздействие на почву, неодинаково.

Практически все факторы, влияющие на ирригационную эрозию, поддаются в той или иной степени регулированию человеком. Задача состоит в том, чтобы создать такие экологически адаптивные технологии и их сочетания, чтобы при существующей дождевальной технике добиться устойчивых урожаев в экологически устойчивом агроландшафте.

2. Условия и методика проведения исследований

Местоположение объектов продиктовано поставленными задачами исследований, поэтому орошаемые участки были определены таким образом, чтобы максимально охватить территорию области и наиболее характерные топографические условия. В Октябрьском районе Волгоградской области полив производился ДМ ДДА - 100 МА и ДМ «Фрегат». Участок расположен на землях ОАО совхоз «Ильменский», ныне крестьянско-фермерское хозяйство М. Белокопытова. Изучаемые культуры - люцерна и кукуруза (1993…19997 гг.).

В Городищенском районе в ОАО совхозе «Кузьмичевский» на землях крестьянско-фермерского хозяйства С.Фокина проводились исследования экологической безопасности орошения люцерны ДМ ДКШ - 64. Участок расположен в 8 км севернее от п. Кузьмичи (1995…1999 гг.).

Изучение воздействия ДМ «Фрегат» на устойчивость почвы размыву при возделывании кукурузы в спокойных топографических условиях проводилось на землях ОАО совхоз «Кисловский» на севообороте № 4 расположенного в 12 км от с. Кислово, а ДМ «Кубань - ЛК» в Среднеахтубинском районе на территории ОАО совхоз «Ахтубинский» (1997…1999 гг.).

Полевые опыты по изучению пригодности ЖСВ для орошения, влияния на урожай и качество люцерны, а также технологий их внесения на обеспечение экологической безопасности, были проведены в Белгородской области на землях АО «Рассвет» Корочанского района (1982…1985 гг.) и в Волгоградской области на землях КХК ЗАО «Краснодонское» (2002…2004 гг.).

В исследованиях учитывалось, с одной стороны, взаимодействие естественных и антропогенных факторов, влияющих на экологическое состояние, а с другой, определялась реакция сельскохозяйственных культур на изучаемые технологии и их сочетания, при которых будут получены необходимая продуктивность агроценозов и благоприятное мелиоративное состояние орошаемых земель в условиях Волгоградской и Белгородской областей при орошении природными и сточными водами (животноводческими).

При закладке и проведении полевых опытов, выполнении наблюдений, учетов, определений и лабораторных исследований руководствовались методическими указаниями Б.А. Доспехова (1985), ВНИИ кормов имени В.Р. Вильямса (1987), программой и методикой постановки опытов и проведения исследований по программированию урожая полевых культур (1984), методическими рекомендациями по проведению полевых опытов с кукурузой (1980), рекомендациями по анализу сточных вод животноводческих комплексов» (1981), методическими указаниями по выполнению научно-исследовательских работ при изучении вопросов использования сточных вод и стоков животноводческих комплексов на орошении (1985).

Математическая обработка данных по учету урожая выполнена методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) с использованием персонального компьютера и программ «Excel», а статистическая - по программе «Statistika-6».

Гельминтологические и бактериологические исследования животноводческих стоков, почвы и растений люцерны проводились по общепринятым методикам (1983).

Биоэнергетическую оценку изучаемых вариантов технологий воздействия сельскохозяйственных культур в условиях орошения проводили с учетом методических рекомендаций ВАСХНИЛ (1989).

Энергетическую эффективность, экологическую обоснованность режимов орошения и технологий полива кукурузы и люцерны различными дождевальными машинами и в различных условиях обосновывали по методикам ВИК (1983), Жученко Н.Н., Афанасьева В.Н. (1988), Коринца В.В. (1988), Шумакова Б.Б. и др. (1989).

Исходя из поставленных задач, в полевых условиях нами проведены исследования по изучению влияния кормовых культур на поверхностный и твердый сток:

- люцерны при орошении её дождевальной машиной ДДА - 100 МА при уклоне 0,007, «Фрегат» - при уклоне 0,015, ДКШ - 64 «Волжанка» при уклоне 0,01;

- кукурузы при орошении ДДА - 100 МА при уклоне 0,007, «Фрегат» при уклоне 0,015 и 0,004, «Кубань - ЛК» при уклоне 0,004;

- люцерны при орошении сточными животноводческими водами дождевальной машиной ДКН - 80 на уклоне 0,009, ДДН-70 на уклонах 0,006 и 0,012.

Изучалось три варианта предполивной влажности почвы при выращивании люцерны и кукурузы: - не ниже 65 % НВ (поливная норма 700 м3/га); - не ниже 75 % НВ (поливная норма 500 м3/га); - не ниже 85 % НВ (поливная норма 300 м3/га).

В связи с тем, что кукуруза является менее устойчивой к поверхностному стоку, изучались технологии орошения с введением дифференцированных схем: поливы при снижении влажности почвы до 75 % НВ с дифференцированным слоем увлажнения: в начальный период роста расчетный слой увлажнения составляет 0,4 м (поливная норма 360 м3/га, а с фазы «выметывание» слой увлажнения увеличивается до 0,7 м (поливная норма 500 м3/га). Обозначение варианта 75 % НВ (ДС); - дифференцированное увлажнение постоянного (0,7 м) активного слоя почвы: с поддержанием порога влажности почвы в начальный период роста кукурузы не ниже 75 % НВ (поливная норма 500 м3/га), в период максимального водопотребления влажность почвы поддерживается с фазы 13 листьев по фазу «выметывание» не менее 85 % НВ (поливная норма 300 м3/га), с периода «молочная спелость» влажность почвы поддерживается не ниже 75 % НВ (поливная норма 500 м3/га). Обозначение варианта 75…85…75% НВ (ДВ).

На указанных режимах влажности изучались агромелиоративные технологические приемы борьбы с поверхностным и твердым стоком по следующей схеме: технология 0 - контроль (без удобрений); технология 1 - внесение 60 тонн полуперепревшего навоза + NPK (далее фон); технология 2 - фон + эксплуатационная планировка; технология 3 - фон + кротование почв на глубину 40 см и расстоянием между кротовинами 40 см (выполняется при вспашке); технология 4 - фон + кротование + эксплуатационная планировка.

3. Экологические аспекты орошения и особенности водопотребления кормовых культур

При поливе дождеванием процесс перехода поливной воды в почвенную влагу может происходить в трех вариантах: бесстоковое впитывание; комбинация стокового и бесстокового впитывания и впитывание при наличии устойчивого слоя воды.

Первым экологическим ограничением величины поливной нормы является выполнение полива только до начала возникновения поверхностного стока, включая стадию безнапорного впитывания и фазу аккумуляции дождевой воды в микропонижениях при напорном впитывании.

Исследования выявили две закономерности: первая - значительное уменьшение достоковой поливной нормы с увеличением интенсивности дождя: при интенсивности дождя 0,10 мм/мин достоковая норма при среднем диаметре капли 0,5 мм уменьшается с 1383 до 412 м3/га, т.е. в 3,36 раза, по сравнению с = 1,0 мм/мин; вторая - уменьшение с увеличением диаметра капель : при = 0,10 мм/мин в 12,7 раза уменьшается при увеличении с 0,5 до 3,0 мм, и в 15,3 раза при = 1,00 мм/мин при тех же изменениях .

Для условий Волгоградской области при поддержании уровня влажности не ниже 65 % НВ в сухой год для кукурузы необходима оросительная норма 2800 м3/га, во влажный - 1170 м3/га (уменьшение на 58,3%).

Значения оросительной нормы увеличиваются при улучшении условий увлажнения, так при изменении влажности почвы с 65 до 75 % НВ оросительная норма увеличивается на 370 м3/га (на 11,7 %), а до 85 % - на 500 м3/га (15,2 %).

Суммарное водопотребление повышается от повышения предполивного порога влажности почвы. На жестком режиме увлажнения (65% НВ), в зависимости от метеоусловий года, значения эвапотранспирации изменялись от 2670 до 3365 м3/га, при среднем его значении в 2898 м3/га. Увеличение влажности до 75 % НВ увеличило потребление влаги до 3777 м3/га (на 23,39 %) с колебанием от 3356 до 3095 м3/га. Наибольшее количество воды кукуруза потребляет при влажности 85 % НВ, где среднее значение составило 4082 м3/га, с колебаниями по годам в пределах 3897…4256 м3/га. Это на 26,9 % больше варианта 65 % НВ и на 7,5 % больше варианта 75 % НВ.

Применение технологии дифференцирования глубины увлажняемого слоя почвы в зависимости от фазы развития позволило уменьшить значения суммарного водопотребления как по годам исследований, так и в среднем, где его значение составило 3713 м3/га, т.е. несколько ниже (на 64 м3/га, или на 1,7 %), чем на варианте с тем же порогом влажности, но при увлажнении постоянного (0,7 м) слоя почвы.

Закономерности изменения динамики суммарного водопотребления кукурузы (на соответствующих вариантах) идентичны закономерностям изменения данного показателя в посевах люцерны, хотя численные значения их у кукурузы ниже (табл.1).

Улучшение режима влажности активного слоя почвы вегетационными поливами и применение технологий способствовало повышению урожая люцерны и значительному снижению коэффициента водопотребления (Кв), величина которого изменялась для ДДА-100 МА от 327 до 134 м3/т, а для ДКШ-64 от 204 до 101 м3/т.

При поддержании максимальной влажности почвы (85 % НВ) происходит уменьшение Кв на технологиях: 1 - на 40,3; 2 - на 42,9; 3 - на 47,9; и 4 - на 50,9 % по сравнению с технологией 0.

Таблица 1- Структура суммарного водопотребления кукурузы, среднее за 1995-1997г., ДДА

Вариант влажности, % НВ

Суммарное водопотребление, м3/га

Оросительная норма

Осадки

Использование почвенной влаги

м3/га

%

м3/га

%

м3/га

%

65

2984

933

30,6

1142

39,4

909

30,0

75

3777

1660

47,5

1142

31,3

801

21,2

85

4082

2400

58,9

1142

28,2

533

12,9

ДС

3713

1720

46,2

1142

31,0

850

22,8

ДВ

4067

2233

54,6

1142

28,8

691

16,6

Таким образом, влияние технологий ощущается как внутри каждого варианта влажности, так и между вариантами влажности. Следует отметить большую эффективность (на 12,8…5,6 %) использования влаги на соответствующих технологиях при предполивной влажности 85% НВ.

Использование для орошения люцерны ДМ ДКШ-64 существенно уменьшает значения коэффициента водопотребления. Так на варианте влажности 65 % НВ наблюдается уменьшение Кв по вариантам технологий по сравнению с ДДА- 100МА соответственно на: 0 - 133 м3/т (37,6 %), 1 - 86,0 м3/т (36,3 %), 2 - 86,0 м3/т (38,1 %), 3 - 72,0 м3/т (38,1%), 4 - 74,0 м3/т (41,3 %). При максимальном увлажнении почвы (85 % НВ) сохраняется та же закономерность, при этом числовые значения несколько иные и составляют соответственно: 26; 9,2; 14,1; 20,4 и 24,6 % (рис. 4).

Коэффициент водопотребления кукурузы при орошении ДДА-100МА имеет в основном те же закономерности, что и люцерны.

Значения их на 72,9 % ниже на варианте 65 % НВ, на 70,2 % ниже на варианте 75 % НВ, и на 66,1 % ниже на варианте 85 % НВ.

Максимальная эффективность на варианте влажности 85%НВ наблюдается при комбинированной технологии (4), где экономия влаги составляет 28,7 м3/га по сравнению с технологией 0.

Рисунок 4 - Зависимость коэффициента водопотребления от урожайности люцерны

Установлено, что применение кротования на жестких режимах орошения приводит к снижению эффективности использования влаги, т.к. эта технология при незначительной влажности почвы приводит к ускоренному ее иссушению. Максимальная эффективность использования поливной воды при орошении люцерны достигается при комбинированной технологии (4) с использованием ДКШ-64 и поддержанием влажности почвы не ниже 75 % НВ (рис 5).

Рисунок 5 - Зависимость эффективности использования поливной воды от урожайности и типа дождевальной техники

Результаты исследований указывают, что в целях ресурсосбережения наиболее эффективна (более чем в 2 раза) комплексная технология 4, на фоне поддержания влажности активного слоя почвы не ниже 75 % НВ.

4. Влияние режимов и технологий орошения на развитие кормовых культур

Результаты исследований указывают, что показатели полноты всходов люцерны в основном не зависят от режима орошения и типа дождевальной техники, а практически всецело зависят от метеоусловий фазы «посев…всходы».

Самой высокой полнотой всходов характеризуются влажные годы (61,8..64,8%) и под ДДА, и под ДКШ.

При жестком режиме увлажнения наблюдается самый высокий процент изрежевания травостоя, у ДДА-100МА он составляет от 23,9 до 27,6 %, при этом максимальное изрежевание наблюдается на варианте технологии 0 (без удобрений), у ДКШ-64 закономерность та же, однако границы изменения несколько шире от - 19,5 на технологии 4 до 31,7 % на технологии 0. Улучшение условий водообеспечения ведет к меньшему изрежеванию люцерны и составляет по вариантам 65, 75, 85 % НВ соответственно 25,2; 23,6; 20,6 %.

Внутри каждого варианта влажности наблюдается положительное воздействие технологий на сохранность растений, которые увеличивают этот показатель соответственно на 3,7; 4,0 и 5,6 % у ДДА-100 МА, и на 12,2; 10,5 и 12,0 % у ДКШ-64.

Повышенная влажность почвы, позволяющая улучшить обводненность тканей растений кукурузы, удлиняет период вегетации и увеличивает их продуктивность.

На варианте 65 % НВ без удобрений продолжительность вегетации в сухой год составила 95 дней, а во влажный - 111 дней. Улучшение условий питания растений удлинило вегетацию на 5 дней в сухом году и на 1 день во влажном.

Увеличение предполивной влажности почвы до 85 % НВ увеличило период вегетации на всех технологиях на 11…12 дней. На данном варианте влажности максимальную продолжительность имеет комбинированная технология 4.

Наблюдения за развитием листовой поверхности показали, что скорость нарастания площади листьев люцерны изменяется в зависимости от поддерживаемой предполивной влажности почвы, уровня питания, дождевальной техники и топографических условий.

Максимальная площадь листьев наблюдается на варианте с совместным применением удобрений, планировки и кротования (технология 4), где значения ее при увеличении влажности почвы 65,75 и 85% НВ колеблются в зависимости от дождевальной техники соответственно 39,6…42,3; 47,2…61,4; 53,5…69,4 тыс.м2/га (табл.2).

Исследованиями установлено, что самые высокие показатели чистой продуктивности и КПД ФАР были получены на технологии 4, при этом ДМ ДКШ-64 имеет показатели на данной технологии на 17,8…26,0% выше, чем ДДА.

Выращивание люцерны при 85 % НВ на технологии 4 позволяет ей на третий год использования накапливать в слое 0…70 см максимальные значения корневой массы при поливе ДДА: от 7,63 т/га на варианте без технологий до 8,81 т/га на варианте комплексных технологий. Применение удобрений увеличило массу корней на 0,67 т/га. Эксплуатационная планировка по сравнению с технологией 1 увеличило массу корней незначительно, как и технология 3 (соответственно на 0,03 и 0,4 т/га).

Использование дождевальной машины ДКШ-64 увеличило массу корневой системы по сравнению с ДДА на всех вариантах опытов. На лучших вариантах (технологии 3 и 4) при повышении влажности от 65 до 75 и 85 % НВ масса корней увеличилась соответственно на 0,72 и 0,84 т/га и на 2,29 и 2,56 т/га. При этом максимальные абсолютные значения составили соответственно 10,28 и 10,67т/га (табл. 3.).

На технологии 0 в верхнем слое сосредоточено 22,2 % мелких корней, тогда как в ниже расположенных (10…20, 20…30 см) слоях их содержание от общей массы увеличивается на 1,4…4,3 %, т.е. условия увлажнения в данных слоях несколько лучше, нежели в верхнем слое, где идут процессы смыва почвы и ее интенсивного подсыхания (рис. 6).

Таблица 2 - Показатели фотосинтеза в посевах люцерны, ДДА/ДКШ, 1993…1999гг.

Вариант влажности, % НВ

Вариант технологий

Максимальная площадь листьев, тыс.м2/га

Фотосинтетический потенциал тыс.м2/га сут

Чистая продуктивность фотосинтеза, г/м2 сут

КПД

ФАР

65

0

23,7

31,9

1836

4849

2,16

1,85

0,70

0,91

1

38,7

34,3

2957

6152

2,23

2,29

1,00

1,24

2

39,2

34,6

2971

6470

2,25

2,43

1,04

1,33

3

41,8

38,9

3281

7606

2,32

2,65

1,24

1,62

4

42,3

39,6

3475

8107

2,36

2,72

1,31

1,77

75

0

36,6

39,0

2294

5818

2,20

1,94

0,81

1,04

1

43,9

31,9

3297

6558

2,38

2,41

1,24

1,40

2

44,2

42,4

3482

6916

2,42

2,50

1,31

1,52

3

59,8

47,0

4350

8225

2,57

2,65

1,67

1,90

4

61,4

47,2

4584

8973

2,60

2,88

1,76

2,14

85

0

39,1

45,8

2442

6580

2,23

1,97

0,93

1,22

1

54,7

48,3

3900

7069

2,51

2,47

1,57

1,60

2

57,3

50,8

4135

7491

2,55

2,61

1,65

1,77

3

67,1

51,9

4514

8445

2,68

2,89

1,82

2,11

4

69,4

53,5

4688

9009

2,73

3,05

1,91

2,36

Таблица 3 - Влияние режима орошения и технологий выращивания на развитие корневой системы люцерны, т/га, ДКШ-64, 1995…1999гг.

Влажность, % НВ

Год жизни люцерны

Вариант технологий

0

1

2

3

4

65

1

3,91

4,22

4,38

4,52

4,63

2

4,75

5,11

5,23

6,87

7,03

3

6,81

7,29

7,53

7,99

8,11

75

1

4,97

6,23

6,46

6,99

7,02

2

6,88

7,12

7,38

8,23

8,53

3

7,42

7,63

7,78

8,71

8,95

85

1

6,79

6,82

6,94

7,97

8,17

2

7,68

8,10

9,11

10,14

10,25

3

8,13

8,59

9,43

10,28

10,67

В среднем, в активном слое почвы на 10 % увеличилось содержание мелких корней, что говорит о достаточно хороших и вполне приемлемых для растений условиях увлажнения. Подчеркивая важность и эффективность увеличения массы мелких корней, необходимо отметить, что максимальный урожай зеленой массы люцерны был получен именно на данной комплексной технологии.

Применение ДМ ДКШ-64 увеличивает урожайность в каждом укосе на 11,9.. .23,6 % по сравнению с ДДА-100МА. Максимальную урожайность люцерна формирует на второй год использования при поддержании предполивной влажности не ниже 85 % НВ. Использование кротования увеличило сбор сена по сравнению с технологией 0 на 96,0 %, а комбинированная технология на 105,5 %. Наибольшей отзывчивостью обладает люцерна второго года по технологиям 3 и 4 (табл. 4).

Рисунок 6 - Процентное распределение массы крупных и мелких корней люцерны

Установлена положительная реакция культуры кукурузы на повышение влажности при использовании различных технологий. С повышением влажности с 65 до 75 % НВ на всех технологиях (кроме технологии 3) произошло увеличение урожая зеленой массы кукурузы от 8,72 до 15,16 т/га, а до 85 % НВ - от 13,46 до 28,88 т/га (рис 7).

Крайне неоднозначно действие кротования почв при выращивании кукурузы. При влажности 65 % НВ урожайность зеленой массы получена на 12,98 т/га меньше, чем на варианте с планировкой, и на 6,59 т/га меньше, чем с применением удобрений. Т.е. при такой влажности почвы кротование даже ухудшило эффект от использования удобрений.

Это произошло вследствие повышенного содержания воздуха и его подвижности в длинный межполивной период при проведении поливов большими нормами. Поэтому кротование почв при жестких режимах влажности вызывает иссушение почв на уровне закладки кротовин. Это подтверждается и развитием корневой системы кукурузы, где на данном варианте наблюдается низкое ее содержание.

Сочетание всех исследуемых технологий позволяет получить максимальную урожайность зеленой массы кукурузы на уровне 83,26 т/га. При этом прибавка урожая по сравнению с технологией 0 составила 31,18 т/га, т.е. 59,9 % (рис. 7.).

Таблица 4 - Урожайность сена люцерны, т/га

Влажность, % НВ

Технологии

ДДА (1993…1997гг.)

ДКШ (1995…1999гг.)

Год использования травостоя

1

2

3

среднее

1

2

3

среднее

65

0

5,82

5,99

4,04

5,28

6,51

7,98

6,83

7,11

1

7,30

10,00

5,40

7,57

8,14

11,91

8,90

9,65

2

7,40

10,10

5,80

7,77

8,86

12,51

9,63

10,33

3

10,00

11,20

6,60

9,27

11,68

16,26

9,99

12,64

4

10,20

11,80

7,10

9,70

12,61

16,92

11,83

13,79

75

0

6,31

7,39

4,59

6,10

7,12

9,54

7,65

8,10

1

8,60

11,21

8,00

9,27

8,92

13,94

9,92

10,93

2

9,20

11,90

8,10

9,73

9,81

14,92

10,83

11,85

3

13,40

14,90

9,20

12,50

14,00

18,91

11,53

14,81

4

13,80

15,80

10,10

13,23

15,73

20,79

13,38

16,63

85

0

6,74

7,74

6,37

6,95

8,04

10,56

8,67

9,09

1

12,00

13,40

9,90

11,77

10,71

15,05

11,80

12,52

2

12,20

14,30

10,30

12,27

12,00

16,21

13,05

13,75

3

13,90

15,80

11,10

13,60

15,04

20,24

13,97

16,42

4

14,10

16,50

12,20

14,27

16,97

22,83

15,34

18,38

НСР05, т/га

АВ

1,18

1,79

А

0,58

0,8

В

0,63

1,03

Установлено, что накопление и разложение растительных остатков в почве и изменение почвенного плодородия зависит не только от количества послеуборочных корневых и пожнивных остатков, вида возделываемой культуры, предшественников и метеоусловий, но и от режима и технологий орошения люцерны.

Рисунок 7 - Зависимость урожайности кукурузы от технологий орошения, 1995…1997гг.

Предполивная влажность почвы не ниже 65 % НВ при всех технологиях не может компенсировать потери гумуса, поэтому здесь прогнозируется его отрицательный баланс (табл. 5).

Уровень влажности почвы не менее 85 % НВ на фоне внесения органо-минеральных удобрений (технология 1) обеспечивает образование гумуса из корневых остатков в количестве 1,46 т/га, что создает положительный баланс в 0,06 т/га. Эксплуатационная планировка доводит показатель баланса до +0,20 т/га, а кротование почв увеличивает его до 0,35 т/га.

Таблица 5 - Образование гумуса из корневых остатков, т/га, 1995…1999гг.

Вариант влажности, % НВ

Год жизни

Вариант технологий

0

1

2

3

4

65

1

0,66

0,72

0,74

0,77

0,79

2

0,81

0,87

0,89

1,17

1,20

3

1,16

1,24

1,28

1,36

1,38

сумма

2,63

2,83

2,91

3,30

3,37

75

1

0,84

1,06

1,10

1,19

1,19

2

1,17

1,21

1,25

1,40

1,45

3

1,26

1,30

1,32

1,48

1,52

сумма

3,27

3,57

3,67

4,07

4,16

85

1

1,15

1,16

1,18

1,35

1,40

2

1,31

1,38

1,55

1,72

1,74

3

1,38

1,46

1,60

1,75

1,81

сумма

3,84

4,00

4,33

4,82

4,94

Наиболее эффективной, в плане образования гумуса почвы в данных условиях, является комплексная технология 4, способствующая накоплению гумуса из корневых остатков в размере 1,81 т/га, что дает прогноз увеличения его запасов до 0,41 т/га.

5. Экологическая оценка режимов орошения дождевальной техники и изучаемых технологий

При проведении поливов ДМ ДДА - 100 МА светло-каштановых почв Волгоградской области с интенсивностью дождевания 0,46 мм/мин и поливной нормой 700 м3/га, на контрольном варианте (технология 0) средний годовой сток составил 1088 м3/га при оросительной норме 5366 м3/га, то есть средние ежегодные потери воды составили 20,3%. Уменьшая интенсивность дождевания на 0,13 мм/мин и доводя ее до 0,33 мм/мин объем стока уменьшается на 178 м3/га, то есть потери воды уменьшаются до 17,0%. Дальнейшее уменьшение интенсивности до 0,22 мм/мин позволяет снизить потери до 858 м3/га, т.е. до 21,1%.

При поддержании влажности почвы на уровне 85% НВ, где поливная норма составила 300 м3/га, поверхностный сток при интенсивности 0,46 без проведения технологий составил 872 м3/га (14,3%), при интенсивности 0,33 - 667 м3/га (11,0%), и при 0,22 - 609 м3/га (10%).

Уменьшение интенсивности дождевания наиболее эффективно при технологии комплексной, где годовой сток при интенсивности 0,46; 0,33; 0,22 мм/мин составил соответственно 189, 127, 113 м3/га, то есть потери составили 3,1; 2,1; 1,9% от оросительной нормы (рис. 8).

Рисунок 8 - Область влияния технологий и интенсивности дождевания на потери поливной воды, м3/га, люцерна, ДДА, 1993-1997гг.

Следует отметить, что при выращивании многолетних трав наблюдается увеличение поверхностного стока от года использования травостоя (рис. 9).

Рисунок 9 - Зависимость объема стока воды от интенсивности дождевания и возраста люцерны, 75% НВ

Наиболее эффективным способом борьбы с потерями поливной воды является применение поливной нормы в 300 м3/га на фоне технологий 3 и 4 с интенсивностью 0,22 мм/мин и технологии 4 с интенсивностью 0,33 мм/мин. Применение ДКШ для полива многолетних трав позволяет уменьшить объем поверхностного стока по сравнению с ДДА в зависимости от технологий при влажности 65% НВ в 2,41-2,80 раза, при влажности 75% НВ в 1,65-2,44 раза, при влажности 85% НВ в 3,22 раза, а при технологиях 3 и 4 полностью исключить сток, чего нельзя было добиться с ДДА.

Анализируя данные исследований можно отметить, что кукуруза способствует повышенному стоку поливной воды (табл. 6).

При поддержании влажности почвы на уровне 65% НВ путем проведения поливов нормой 700 м3/га без внесения удобрений при поливе кукурузы за период вегетации в среднем за три года теряется 26,7% поливной воды, а при поливе люцерны - 17,8% (т.е. на 33,3% меньше). Применяя органо-минеральные удобрения можно снизить объем стока на кукурузе до 24,4%, а на люцерне до 16,9%, т.е. эффект люцерны будет на 30,7% выше.

Таблица 6 - Объем поверхностного стока (%) при орошении люцерны (числитель) и кукурузы (знаменатель), 1993…1999гг.

Вариант технологии

Режим орошения

65% НВ

75% НВ

85% НВ

75% НВ (ДС)

75…85…75% НВ (ДВ)

0

17,8/26,7

14,2/21,6

14,7/14,6

-/17,1

-/14,2

1

16,9/24,4

12,1/18,2

9,4/13,8

-/13,7

-/11,0

2

13,8/21,0

9,8/14,0

6,6/11,3

-/11,4

-/7,2

3

10,0/23,3

5,8/17,2

3,4/12,7

-/12,8

-/9,2

4

9,0/19,6

4,0/9,2

2,3/8,3

-/7,2

-/5,4

На рис. 10 наглядно представлено положительное влияние площади листьев на уменьшение поверхностного стока, и только в конце вегетации, при проведении последних поливов, даже при хорошо развитой (48…62 тыс.м2/га) листовой поверхности, наблюдается повышение стока за счет увеличения плотности почвы и уменьшения её водопроницаемости.

Повышение площади листьев кукурузы позволяет увеличивать поливные нормы. Однако степень увеличения в значительной мере зависит от режима и технологии увлажнения. При проведении поливов с влажностью не менее 85% НВ увеличение поливной нормы на технологии 0 возможно в среднем на 17,4%, а при технологии 4 - на 30,4%. Технологии 1,2 и 3 занимают промежуточные значения.

Дождевальная машина ДДА, имея интенсивность дождя в среднем на 32,4 % выше, чем у «Фрегат», а диаметр капли дождя на 39,5 % меньше, в большей степени оказывает негативное воздействие на потери поливной воды даже при меньшем уклоне (табл. 7).

При поливной норме 500 м3/га у ДДА теряется 21,6 % (108 м3/га) поливной воды на варианте без удобрений, а у ДМ «Фрегат» это значение уменьшается до 16,5 % (82 м3/га), то есть использование ДМ «Фрегат» позволяет на 5,1 % эффективнее использовать поливную воду.

Уменьшение поливной нормы до 300 м3/га уменьшает потери воды у ДДА на 7,0 %, а у «Фрегат» на 6,1 %. Это позволяет экономить до 64 м3/га воды при ДДА и до 51 м3/га при «Фрегат» (рис. 11).

Работая в одинаковых условиях ДМ «Кубань - ЛК» на технологии 0 имеет показатели стока по вариантам увлажнения на 47,0...59,4 % ниже, чем у ДМ «Фрегат», при этом абсолютные значения стока под ДМ «Фрегат» изменяются от 41,3 м3/га при влажности 85 % НВ до 62,1 м3/га при влажности 75 % НВ, а под ДМ «Кубань - ЛК» от 17,6 м3/га при варианте влажности ДС до 32,4 м3/га при влажности 75 % НВ.

Рисунок 11 - Область влияния сочетания технологий и режимов увлажнения на объем стока поливной воды, м3/га, кукуруза, фрегат, i - 0,015, 1995-1997гг.

На всех вариантах технологий и поливных норм наблюдается уменьшение объема стока при уменьшении уклона. Органо-минеральные удобрения компенсируют увеличение уклона от 3,8 до 8,5 %, причем наилучшие показатели наблюдаются при поливной норме 300 м3/га.

Использование уклонов критических значений при выращивании люцерны необходимо сопровождать адаптированной к этим условиям технологией. В первую очередь это должны быть поливные нормы не выше 300 м3/га, применяемые на фоне внесения 60 т/га навоза с различными технологиями 1, 2 , 3 или 4, которые дают объем стока меньше 10 % (допустимый сток).

Таблица 7- Влияние дождевальной техники на потери поливной воды, кукуруза, м3/га

Вариант технологий

ДДА, i = 0,007, 1993…1997гг.

«Фрегат», i =0,015, 1995…1997гг.

75% НВ

85% НВ

ДС

ДВ

75% НВ

85%НВ

ДС

ДВ

0

1185

1056

877

1058

908

749

538

836

1

999

1008

697

836

6...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены