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

Анализируя динамику стока при дождевании по величине поливной нормы, отмечаем, что существенного различия в применении поливной нормы в 550 или 450 м³/га при уклоне 0,006 не наблюдается. Меньшее количество поливов с более длительным воздействием дождя при норме 550 м³/га увеличивает межполивной период, в течение которого структура почвы восстанавливается в большей степени, чем при менее длительном энергетическом воздействии дождя, но с меньшим периодом восстановления.

Увеличение уклона способствует уменьшению достоковой поливной нормы от 147 м³/га в весенний период до 108 м³/га в осенний (на 26,5%). Достоковая поливная норма, уменьшаясь с каждым поливом, привела к потерям оросительной воды при m=550 м³/га в размере 1881,4 м³/га за сезон (потери составили 48,87 %).

Такой объем стока более чем в 3 раза превышает допустимый предел для данного типа почв. При уклоне 0,012 технология полива «по кругу» обладает максимальной экологической опасностью при увлажнении участка поля, лежащего ниже по уклону от точки стояния дождевальной машины и особенно вниз по линии уклона от машины. Это связанно с уменьшением угла падения капель дождя в нижней части поля, что «провоцирует» увеличение стока и перенос почвенных частиц.

Менее экологически опасной технологией полива ЖСВ ДМ ДДН-70 для условий Белгородской области является технология полива «по сектору». И хотя сокращение площади одновременного полива приводит к увеличению средней интенсивности дождя с 0,52 до 0,85 мм/мин, а частые переключения направления движения ствола приводят к образованию участков избыточного полива на границе сектора, общий объем поверхностного стока снижается.

В итоге за оросительный сезон потери оросительной воды на сток при поливе «по сектору» уменьшилась в 2,41 раза, и составили 779,6 м³/га. В процентном отношении сток составил 20,3 % от поданного объема, что на 4,3% превышает допустимый показатель, но на 58,6% эффективнее технологии полива «по кругу».

Использование для орошения ЖСВ в системах ВПО является мероприятием очень эффективным с точки зрения санитарно-гигиенической безопасности.

Незначительным бактериальным загрязнением отличаются слой 60…80 см на расстоянии 30 см от увлажнителя. Зона сильного заражения располагается в слое 20…40 и 40…60 см на расстоянии 0- 30 см от увлажнителя . Но уже на расстоянии 60 см от увлажнителя наблюдается зона незначительного заражения, где все показатели близки к естественному фону. При дождевании почвенная очистка стоков происходит в слое до 40…60 см. Ниже 60 см почва полностью соответствует контрольным образцам. Пахотный слой почвы имеет значительное заражение. Общее микробное число более чем в 168 раз превышает этот же показатель на ВПО и на контроле. Показатель коли-титра, титр perfringens и коли-индекс также указывают на загрязнение поверхностного слоя. Для обеспечения безопасности животных скашивание люцерны на зеленую массу при дождевании необходимо производить не ранее, чем через 7 дней после полива в жаркий сухой период и не менее чем через 21 день во влажный период.

В орошении ЖСВ особенно нуждаются легкие почвы, водный режим которых очень динамичен. Выращиваемые на них многолетние травы коренным образом изменяют их эффективное и потенциальное плодородие и увеличивают способность очищать сточные воды.

Наиболее эффективным и чувствительным барометром в использовании ЖСВ для орошения является растение. Высокое качество выращиваемой продукции должно подтверждаться также отсутствием отрицательных изменений в организме у животных. Поэтому в естественных условиях необходимо пользоваться полевым методом в звене: ЖСВ - почва - растение - качество урожая - животные.

В Волгоградской области нами проведены исследования по подготовке навозных стоков для орошения ДМ ДКН-80, определении урожая люцерны и его качества, а также влияния орошения ЖСВ на санитарно-гигиеническое состояние агроландшафтов.

Опытами установлено, что сточные воды, поступающие с очистных сооружений в пруд-накопитель и не прошедшие разбавления природной водой, к использованию не подлежат. Разбавив стоки трехкратно, мы доводим до разрешенной концентрации сульфаты и формальдегид. И только четырехкратное разбавление делает ЖСВ пригодным для использования по всем ингредиентам.

Однако в случае превышения оросительной нормы над средневзвешенной на 8-10 % существует опасность загрязнения урожая и территории азотом аммонийным, нефтепродуктами, нитритом, калием, кальцием, фосфором и т.д. То есть данная степень разбавления является неустойчивой, и её желательно применять во влажные годы.

Оросительная норма во влажный год составляет 4000 м³/га, при этом объем внесенных стоков колеблется от 800 до 1000 м³/га. В засушливые годы оросительная норма увеличивается на 1000…1400 м³/га по сравнению с влажным годом и составляет от 5000 до 5400 м³/га, а объем внесенных стоков - от 1000 до 1350 м³/га, что на 25,9 % больше, чем во влажный год.

Внесение минеральных удобрений и органических в составе ЖСВ, позволило получить урожай зеленой массы люцерны, показанный в табл. 10.

Таблица 12 - Зависимость урожайности зеленой массы люцерны от качества ЖСВ, т/га

Год исследования	Поливная норма, м3/га
	350	500
	Природная вода	Степень разбавления	Природная вода
		1:4	1:5	1:4	1:5
2002	56,1	68,8	65,9	64,7	60,1	52,0
2003	57,3	80,6	69,8	73,4	63,5	52,9
2004	54,7	75,9	68,1	71,8	60,8	50,4
Среднее	56,0	74,9	67,9	70,0	61,5	51,8

Использование малой поливной нормы (350 м³/га) позволило получить наибольший урожай зеленой массы люцерны с разбавлением стоков в 1:4, такое же разбавление, но с применением поливной нормы 500 м³/га, уменьшило урожайность на 6,5 %.

Пятикратное разбавление при нормах 350 и 500 м³/га снижает уровень урожайности соответственно на 9,35 % и 12,14 %.

Обработка данных позволила установить зависимость урожайности зеленой массы люцерны от размера поливной нормы и концентрации стоков (рис. 13).

Рисунок 13 - Зависимость урожайности зеленой массы люцерны от качества ЖСВ

Y_ЗМ = 66,5-0,03•X-12,2•Y+410,6•Y²-0,03•X•Y,

где Х - поливная норма, м³/га, Y - концентрация ЖСВ, R² = 0,92

Наибольшая прибавка урожая, по сравнению с использованием природной воды получена при разбавлении стоков 1:4 с нормой 350 м³/га и составила в среднем 37,69 % . Разбавление 1:5 при норме 350 м³/га даёт прибавку в 17,5%.

Эта же степень разбавления обеспечивает и наилучшую эффективность использования питательных элементов из стоков (табл.11).

Урожай люцерны тесно связан с уровнем естественного плодородия почв и главным образом со степенью обеспеченности подвижными питательными веществами. Фоновой дозой минеральных удобрений было N₇₀P₂₀₀K₂₀₀. Кроме этого со стоками внесено азота от 70,3 до 94,9, фосфора от 23,0 до 31,1 и калия от 50,1 до 67,6 кг/га. Часть питательных веществ выносится урожаем, а часть остается в почве, изменяя её агрохимические свойства (табл.12).

Длительное орошение ЖСВ улучшает агрохимические показатели почвы. Содержание гумуса увеличилось в пахотном горизонте на 1,06 %, а фосфора и калия - соответственно на 3,8 и 10,3 мг/100 г почвы, то есть почти в два раза.

Таблица 11 - Эффективность использования ЖСВ, 2002…2004гг.

Год исследования	Прибавка урожая, т/га	Эффективность использования стоков, кг/м3
	Поливная норма
	350	500	350	500
	Степень разбавления
	1:4	1:5	1:4	1:5	1:4	1:5	1:4	1:5
2002	12,7	9,8	12,7	8,1	12,7	12,3	12,7	10,1
2003	23,3	12,5	20,5	10,6	17,3	11,6	16,4	10,6
2004	21,2	13,4	21,4	10,4	16,8	13,3	17,1	10,4
Среднее	19,1	11,9	18,2	9,7	15,6	12,2	15,4	10,4

Таблица 12 - Изменение агрохимических свойств почвы при поливе ЖСВ

Глубина, см	РН	Гумус,%	N	Р2О5	К2О	Емкость поглощения, мг-экв на 100 г почвы
			мг/100 г почвы
Исходное состояние 1981 г.
0-20	7,3	0,9	5,6	4,2	12,4	11,8
20-40	7,3	0,6	3,4	2,5	10,6	10,7
40-60	7,3	0,0	0,1	0,2	1,2	8,3
2004 год
0-20	7,4	1,71	11,7	7,9	23,3	21,9
20-40	7,3	1,41	9,1	6,4	20,2	19,2
40-60	7,3	0,01	1,0	0,6	10,4	9,2

В настоящее время нет официальных разработок по методическому подходу к токсиколого-гигиенической оценке кормов, выращенных на орошении ЖСВ, а также нет стройного представления о кинетике поступления отдельных химических веществ из стоков в растения, о механизме распределения и их выделения из растительной клетки.

Все это дает основание полагать, что при проведении токсикологических исследований по определению кормовой безупречности продукции основное внимание должно уделяться не столько токсикологической оценке химических соединений, содержащихся в ЖСВ, сколько в целом самой продукции, выращенной в условиях орошения ЖСВ в каждом конкретном случае (табл. 13).

На фоне увеличения содержания азота общего в люцерне, происходит снижение содержания магния и кальция при увеличении калия. Для оценки качества кормов по химическим ингредиентам рекомендуется контроль по отношению: K/Ca +Mg, так как при соотношении >2,2 корм может явиться причиной заболевания скота. По этому показателю корм является безопасным.

Таблица 13 - Изменение качества люцерны от доз внесения стоков, % от сухого вещества, 2002…2004гг.

Показатели	Поливная норма, м3/га
	350	500
	Природная вода	Степень разбавления	Природная вода
		1:4	1:5	1:4	1:5
Азот общий	2,6	3,3	2,9	3,1	2,7	2,6
Калий	2,7	3,7	3,0	3,5	2,8	2,7
Зола	13,2	14,2	13,5	13,8	13,2	13,2
Фосфор	0,7	0,9	0,7	0,8	0,7	0,8
Клетчатка	33,9	41,1	35,1	40,2	34,2	33,1
Кальций	2,2	1,7	1,9	1,7	2,1	2,1
Магний	0,6	0,4	0,5	0,4	0,5	0,6
К/Са+Мg	0,96	1,76	1,25	1,67	1,08	1,00

Установленная расчетным методом норма внесения сточной воды (1300 м³/га) за оросительный период была превышена в 2003 году при разбавлении 1:4 и поливной норме 350 м³/га, то есть увеличение составило 3,9 % что не повлекло за собой негативных экологических последствий. Однако этот случай указывает на то, что при более жестких гидротермических условиях, влекущих за собой увеличение оросительной нормы, необходимо переходить к разбавлению 1:5.

Правильно подобранный массив для расположения ЗПО с супесчаными почвами, благоприятный уклон поля и выращиваемая культура позволяют проводить поливы без образования поверхностного стока нормой 350 м³/га и с небольшим стоком при норме 500 м³/га.

Этот сток наблюдался в засушливые годы, когда необходимо было провести 10 поливов. Сток, в размере 21…34,5 м³/га (4,2 - 6,9 %), образовывался при проведении 9-го и 10-го поливов. Поскольку его величина была минимальной, он исчезал через 10-15 метров от границы дождевого облака.

Под воздействием орошения ЖСВ с различной степенью разбавления происходят изменения физических свойств почвы. Наиболее интенсивные изменения происходят при поливе ЖСВ с разбавлением 1:4 и поливной нормой 350 м³/га, так как на данном варианте наблюдается наибольший объем внесения стоков.

Объемная масса в слое 0…70 см увеличилась по сравнению с поливом природной водой на 10,3 %, тогда как при разбавлении 1:5 только на 4,8 %. Порозность на этих вариантах уменьшилась соответственно на 6,3 и 3,7 %. Однако абсолютные её значения вполне достаточны для развития сельскохозяйственных структур. В условиях легкой супесчаной почвы интенсивность изменения объемной массы наблюдается наивысшей в слоях ниже 30 см. Это объясняется проникновением взвешенных частиц ЖСВ в нижележащие горизонты в оросительный период и глубокой вспашкой в период подготовки почвы.

Как показатели исследования, в неочищенных ЖСВ, поступающих на биологические очистные сооружения, содержатся яйца гельминтов, в основном аскарид, власоглавов, тенил и карликового цепня. Коли-индекс яиц гельминтов колеблется от 1 до 79. Наибольшее значение его (49-79) отмечается, как правило, зимой и летом, наименьшее (1-13) - весной и осенью. Количество жизнеспособных яиц гельминтов колеблется от 72,6 до 93,7 % от их общего числа.

Для ликвидации данного явления ЖСВ необходимо отстаивать в прудах накопителях не менее шести месяцев в теплый период года и не менее восьми месяцев в холодный период года. После этого периода коли-индекс гельминтов в среднем составлял 0,5. Однако после прохождения по транспортирующему каналу, остатки гельминтов исчезали, на что указывали «чистые» анализы ЖСВ из-под дождевальных машин.

Результаты исследований указывают на достаточно высокое качество продукции и элементов агроландшафтов при использовании для полива ЖСВ в концентрациях и объемах, не превышающих расчетные значения.

7. Методы, способы и технические средства уменьшения ирригационной эрозии

Изученные по литературным источникам и апробированные в наших исследованиях некоторые технологии уменьшения поверхностного стока позволяют утверждать, что многие факторы, участвующие в формировании эрозии почв в той или иной мере поддаются регулированию.

Выбору определенной технологии должно предшествовать проведение исследований в конкретных условиях по адаптации методов и способов уменьшения ирригационной эрозии с учетом энерго- и фондообеспеченности землепользователя (табл. 14).

Как видно из таблицы, существует довольно широкий перечень способов борьбы с эрозией, главное правильно их подобрать к конкретным условиям.

Нашими исследованиями установлено, что наибольший экологический эффект наблюдается при сочетании методов и способов уменьшения эрозии.

С целью уменьшения капитальных затрат и получения максимального экологического эффекта предлагается использование в производстве следующих устройств:

1. Орудие для поверхностной обработки почвы. Патент на изобретение № 2268563, зарегистрировано 27 января 2006 г.

2. Дождевальный насадок. Патент на изобретение № 2305603, зарегистрировано 10 сентября 2007 г.

3. Дождевальный насадок. Патент на изобретение № 2311962, зарегистрировано 10 декабря 2007 г.

4. Дождевальный насадок. Патент на изобретение № 2313404, зарегистрировано 27 декабря 2007 г.

5. Дождевальный насадок - активатор. Патент на изобретение № 2343993, зарегистрировано 20 января 2009г.

6. Дождевальный агрегат. Патент на изобретение № 2350070. Зарегистрировано 27 марта 2009 г.

Таблица 14 - Методы и способы уменьшения ирригационной эрозии

Методы	Способы
Технические	Уменьшение интенсивности дождя, уменьшение высоты падения капель дождя, уменьшение диаметра капель дождя, доведение угла падения капель дождя до 90°; уменьшение размеров колеи многоопорных дождевальных машин; уменьшение стока воды по колее; переход на низконапорные оросительные системы; использование новых конструкций дождевальных агрегатов (патент №2350070).
Технологические	Изменение интенсивности дождевания; использование прерывистого полива; уменьшение поливных норм с увеличением числа поливов; производство первых поливов достоковой поливной нормой; изменение интенсивности использования орошаемых земель в соответствии с уровнем почвенного плодородия; использование дифференцированного по фазам развития растений режима орошения; использование дифференцированного слоя увлажнения по глубине развития корневой системы; чередование поливов с разной поливной нормой для дифференцированного увлажнения верхних и нижних слоев почвы; уменьшение расчетной поливной нормы на 5…10 %; применение адаптированной к конкретным условиям поля схемы работы дождевальной техники.
Агромелиоративные	Повышение впитывающей способности почвы (глубокая вспашка, предпосевная обработка, внесение разрыхлителей, сидератов и т.д.); проведение эксплуатационной планировки; внесение органо-минеральных удобрений; щелевание и кротование почв; увеличение проективного покрытия листовой поверхностью растений орошаемого поля (увеличение нормы высева, увеличение высоты скашивания многолетних трав); проведение пунктирного щелевания пропашных культур при нарезке прерывистых борозд.
Организационные	Увеличение доли содержания в севообороте многолетних трав; проектирование размещения полей с учетом их уклона.

8. Биоэнергетическая и экономико-экологическая оценка режимов и технологий увлажнения

Затраты энергии на основные и оборотные средства при выращивании кормовых культур определены на основании технологических карт, типовых норм выработки, затрат на производство поливов, затрат ГСМ, электроэнергии и энергетических эквивалентов использования мелиоративной и сельскохозяйственной техники, семян, гербицидов, минеральных и органических удобрений, а также трудовых ресурсов.

Энергоемкость транспорта воды от водоисточника к дождевальной технике в структуру общих затрат не включалась.

Доля затрат совокупной энергии на основные средства при поливе люцерны увеличивается с увеличением количества и времени работы применяемой дождевальной и сельскохозяйственной техники и в среднем по технологиям 1…4 составляет: при влажности 65 % НВ-46,43 %, при влажности 75 % НВ 48,60 %, при влажности 85 % НВ-49,68 %. Закономерности увеличения абсолютных значений затрат совокупной энергии на оборотные средства такие же как и на основные, однако, их доля в общей структуре затрат уменьшается с увеличением технологических операций на 0,32…4,21 % и с увеличением влажности почвы в среднем по технологиям с 52,90 до 49,69 %(табл.15).

Установлено, что выход энергии с урожаем увеличивается с применением технологий и увеличением предполивной влажности почвы по сравнению с контролем со 115,35 до 311,59 ГДж/га.

Давая биоэнергетическую оценку эффективности режимов и технологий увлажнения ДМ ДДА - 100 МА по соотношению накопленной энергии в биомассе кукурузы и затрат совокупной энергии, то лучшими нужно признать варианты влажности почвы не менее 75 и 85 % НВ с технологиями 3 и 4, так как они являются энерго- и ресурсосберегающими, поскольку коэффициент энергетической эффективности превышает 1,0.

Установлено, что эффективность применения ДМ ДКШ - 64 для орошения люцерны значительно выше, чем ДДА - 100 МА. Это связано с тем, что затраты совокупной энергии у ДКШ - 64 ниже на 40,65…43,0 % по технологии 0, и на 31,47…34,90 % по технологии 4. Кроме того, содержание энергии в урожае при ДКШ на 0,2…11,65 % выше. Это привело к тому, что показатели энергоемкости 1 т сена люцерны значительно ниже у ДКШ - 64.

Исследования указывают на увеличение затрат совокупной энергии с повышением предполивной влажности почвы с 65 до 85 % НВ на всех изучаемых технологиях при поливах кукурузы. На варианте без применения удобрений эти затраты увеличились со 194,14 до 206, 96 ГДж/га. Наибольшие значения затрат совокупной энергии наблюдаются на технологии 4 на всех вариантах влажности. Затраты совокупной энергии на дифференцированных режимах увлажнения (ДС и ДВ) занимают промежуточные значения между влажностями 75 и 85 % НВ.

Из 25 изучаемых сочетаний технологий только 6 не целесообразны к применению, в связи с тем, что коэффициент энергетической эффективности (К_э.э)_. ниже 1,0, да и показатель энергоемкости на данных вариантах самый высокий.

При орошении ЖСВ экономический эффект достигается за счет прироста урожайности сельскохозяйственных культур, экономии минеральных удобрений, а также за счет предотвращения дополнительных затрат на строительство и эксплуатацию более совершенных очистных сооружений. Экологический эффект состоит в предотвращении сброса загрязненных ЖСВ в природные и искусственные водоемы и копани и уменьшении объема забираемой воды из поверхностных и подземных источников (табл.16).

Таблица 15 - Биоэнергетическая эффективность режимов и технологий увлажнения кукурузы, ДДА, 1995…1997гг.

Вариант влажности, % НВ	Вариант технологий	Затраты совокупной энергии, ГДж/га	Содержание энергии в урожае, ГДж/га	Приращение энергии, ГДж/га	Энергоемкость 1 т з.м., ГДж/га	Кэ.э.
65	0	194,14	163,08	-	4,88	0,84
	1	202,83	200,61	-	4,14	0,99
	2	208,14	226,83	18,69	3,76	1,09
	3	204,65	173,57	-	4,88	0,85
	4	210,25	248,14	37,89	3,47	1,18
75	0	200,58	198,81	-	4,13	0,99
	1	209,14	262,73	53,59	3,26	1,26
	2	215,35	277,15	61,80	3,17	1,29
	3	213,85	269,12	55,27	3,26	1,26
	4	220,09	295,18	75,09	3,06	1,34
85	0	206,96	218,31	11,35	3,89	1,05
	1	216,50	267,48	50,98	3,31	1,24
	2	224,49	282,89	58,40	3,25	1,26
	3	223,28	291,90	68,62	3,14	1,31
	4	232,59	334,84	102,25	2,85	1,44
75 (ДС)	0	206,25	199,26	-	3,82	0,97
	1	211,33	266,33	55,00	3,25	1,26
	2	217,45	279,94	62,49	3,18	1,29
	3	212,94	270,10	57,16	3,23	1,27
	4	220,11	301,08	80,97	2,99	1,37
75...85...75 (ДВ)	0	205,98	198,39	-	3,96	0,96
	1	214,52	266,01	51,49	3,30	1,24
	2	221,38	282,72	61,34	3,21	1,28
	3	222,40	315,34	92,94	2,89	1,42
	4	231,15	341,24	110,09	2,78	1,48

Анализируя данные приходим к выводу, что использование ЖСВ для орошения люцерны на супесчаных почвах в зоне недостаточного увлажнения является экономически выгодным мероприятием, при котором повышается урожайность на 25,2 %, уменьшается себестоимость на 12,2 %, а рентабельность увеличивается на 31,5 % по сравнению с поливом природной водой. С учетом экологических платежей за негативное воздействие на окружающую среду, орошение ЖСВ увеличило значение чистого дохода на 55,0…66,5 % .

Таблица 16 - Эколого-экономическая эффективность орошения ЖСВ,2002…2004гг.

Показатели	Единицы измерения	Природная вода	Поливная норма, м3/га
			350	500
			Разбавление
			1:4	1:5	1:4	1:5
Урожайность з.м.	т/га	56,0	74,9	67,9	70,0	61,5
Стоимость 1 т	руб.	1500	1500	1500	1500	1500
Валовый доход	руб.	84000	112000	101850	105000	92250
Производственные затраты	руб.	34740	40981	39109	40981	39109
Себестоимость 1 т	руб.	620,36	547,14	575,99	585,44	635,92
Доход	руб.	49260	71019	62741	64019	53141
Рентабельность	%	141,8	173,3	160,4	156,2	135,9
Платежи за воздействие на окружающую среду
Забор воды	руб.	1218,45	913,84	974,81	885,50	944,45
Дополнительные затраты	руб.	24561,60	-	-	-	-
Сброс стоков ЗПО	руб.	36,93	156,42	122,03	150,87	121,03
Всего плата	руб.	25816,98	1070,26	1096,84	1036,37	1065,48
Эколого-экономическая эффективность
Чистый доход	руб.	23443,20	69948,74	61644,16	62982,63	52075,52

Выводы

1. Оросительные мелиорации вызывают изменение направленности и интенсивности естественных природных процессов, которые в свою очередь обуславливают появление новых (и возможно негативных) процессов, что ведёт к изменению экологической ситуации.

Для оперативного вмешательства с целью устранения негативного воздействия необходим постоянный мониторинг состояния орошаемых ландшафтов и внедрение эколого-адаптивной ландшафтно-мелиоративной системы земледелия. Исходя из всё возрастающей ценности почвы, её плодородия и экологического состояния орошаемых территорий, а также получения требуемого уровня урожайности, необходима правильная постановка и решение соответствующих задач по многоцелевой оптимизации мелиоративной деятельности.

Использование разработанных на основе категориально-понятийного мышления прогностической и комбинированной моделей управления качеством окружающей среды позволяет сводить к единству многообразие разрозненных вопросов и процессов мелиоративной деятельности, прогнозировать негативные изменения и своевременно принимать правильные управленческие решения.

2. Увеличение предполивного порога влажности почвы уменьшает затраты оросительной воды на создание единицы продукции и увеличивает эффективность ее использования на 13,9%, а изучаемые технологии при влажностях почвы 65,75 и 85% НВ увеличивают ее соответственно на 45,6…47,8; 51,2…53,6 и 50,2…51,0%. Наибольшей эффективностью при орошении люцерны ДДА отличается вариант влажности почвы 85% НВ с использованием технологии 4, а при ДКШ - 75% НВ с использованием также технологии 4. При этом эффективность последней выше на 33,3%. Наименьшие затраты поливной воды при выращивании кукурузы получены при использовании технологии 2 и 4 на варианте дифференциации глубины увлажняемого слоя почвы.

3. При выращивании кукурузы улучшаются следующие показатели:

- площадь листовой поверхности (в III декаде июля): на 29,1…31,4% от повышения влажности почвы, и на 23,6…36,9% от агромелиоративных технологий;

- суточные приросты биомассы: на 43,6…56,1% от повышения влажности, и на 49,7…62,4% от агромелиоративных технологий;

- фотосинтетический потенциал: на 10,0…37,5% от повышения влажности, и на 38,8…44,5% от агромелиоративных технологий;

- чистая продуктивность фотосинтеза: на 29,5…33,9% от повышения влажности, и на 31,7…42,3% от агромелиоративных технологий;

- коэффициент полезного действия ФАР: на 24,1…30,2% от повышения влажности, и на 25,0…33,3% от агромелиоративных технологий.

4. В условиях засушливого климата Волгоградской области кормовые культуры обладают высокой степенью отзывчивости на орошение, применение удобрений и агромелиоративных технологий. Люцерна реагирует повышением урожайности сена на 24,0…31,7% от повышения влажности с 65 до 85% НВ, и на 36,9…46,9% на технологии 1-4. Кукуруза - на 25,3…25,9% на повышение влажности, и на 25,0… 40,1% на агромелиоративные технологии. Наибольшей урожайностью зеленой массы обладает кукуруза при выращивании на дифференцированной по фазам развития влажности почвы с применением комплексной технологии.

5. Уровень влажности почвы не менее 85% НВ на фоне внесения органоминеральных удобрений обеспечивает образование гумуса из корневых остатков люцерны в количестве 1,46 т/га, что создаёт 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. Наиболее эффективной в плане образования гумуса почвы в данных условиях, является комплексная технология 4, способствующая накоплению гумуса в размере 1,81т/га, что даёт прогноз увеличения его запасов до 0,41т/га на конец вегетации третьего года использования посевов люцерны.

6. Доказано уменьшение объёма поверхностного стока от уменьшения интенсивности дождевания и поливной нормы, а также от применяемых технологий. Наиболее эффективна комплексная технология 4, где годовой сток при интенсивности 0,46; 0,33 и 0,22 мм/мин составил соответственно 189,127 и 113 м³/га, что составляет 3,1;2,1 и 1,9% от оросительной нормы. Наблюдается уменьшение объема твердого стока при уменьшении интенсивности дождевания с 0,46 до 0,22 мм/мин на технологии 4 при m=700 м³/га с 5,75 до 3,35, а при m=300 м³/га с 2,27 до 2,34 т/га.

При поливе кукурузы ДДА-100 МА установлено уменьшение объема твердого стока с уменьшением поливной нормы и увеличением числа поливов с 15,22 т/га до 4,44 т/га, при этом изучаемые технологии уменьшают объем твердого стока в 2,4…3,5 раза. Наименьшим показателем твердого смыва обладает технология 4 с применением варианта дифференцирования увлажняемого слоя почвы.

Установлено, что увеличение площади листьев кукурузы позволяет увеличивать достоковую поливную норму в зависимости от фазы развития на 15,8…104,3%, а агромелиоративные технологии на 2,6..20,0%.

7. Использование уклонов критических значений при выращивании люцерны необходимо сопровождать адаптированный к этим условиям технологиями 3 и 4 при поливной норме 700м³/га ,2,3 и 4 при поливной норме 500м³/га, 1,2,3 и 4 при поливной норме 300м³/га. Выращивание кукурузы в этих же топографических условиях требует применения технологии 4 с поливной нормой 300…500 м³/га или с режимом увлажнения ДС, или технологий 1,2,3,4 с режимом увлажнения ДВ.

Доказано, что использование ДМ «Фрегат» в критических условиях с допустимым объёмом смыва почвы возможно только с использованием технологии 4 на фоне дифференцированного увлажнения слоя почвы (ДС). Уменьшение уклона до 0,004 позволяет применять технологи 1-4 на вариантах 75%НВ, 85% НВ, ДС и ДВ. На этом же уклоне ДМ «Кубань-ЛК» обеспечивает допустимый смыв почвы от 1,11 до 0,05 т/га в 23 сочетаниях режимов и технологий из 25. При этом комплексная технология 4 в 1,3..3,2 раза эффективнее технологии 1.

8. Доказана низкая устойчивость почв к размыву при выращивании кукурузы. При поливе ДДА в тех же топоусловиях модуль устойчивости почвы под ней в 2,5..2,9 раза ниже, чем при поливе люцерны, при этом технология 4 с вариантом увлажнения ДС является более почвосберегающей.

Уменьшение уклона с 0,015 до 0,004 увеличивает противоэрозионную стойкость почв при использовании ДМ «Фрегат» с 32,4…48,3 на технологии 0, до 54, 1 … 65,1% на технологии 4. Наиболее эффективным сочетанием в плане защиты почв от ирригационной эрозии является применение планировки и кротования почв на фоне внесения 60 т/га органических удобрений с использованием дифференцирования увлажняемого слоя в зависимости от глубины развития корневой системы и с поддержанием влажности почвы не ниже 75% НВ.

9. Для условий неустойчивого увлажнения рекомендуется трехкратное разбавление ЖСВ природной водой, при этом норма внесения стоков должна быть не более: по азоту - 1700, фосфору - 4300 и калию - 3300 м³/га. В зоне недостаточного увлажнения рекомендуется четырехкратное разбавление ЖСВ во влажные годы и пятикратное в сухие годы, при этом максимальная доза внесения азота не должна превышать 100 кг/га. Использование поливной нормы 350 м3/га позволяет получить урожай зеленой массы люцерны более 80,0 т/га приемлемого качества.

Орошение ЖСВ с применением ДМ ДДН-70 в зоне неустойчивого увлажнения при уклоне 0,006 рекомендуется проводить технологией «по кругу» с применением поливных норм не более 550 м³/га. При уклонах 0,012 необходимо применять технологию полива «по сектору» с поливной нормой 450 м³/га и с повышенной высотой (до 15 см) скашивания люцерны. Наиболее безопасным в экологическом отношении является внутрипочвенный способ орошения ЖСВ, при котором отсутствует поверхностный сток и контакт людей, растений и животных с ЖСВ.

10. Полив ЖСВ в зоне недостаточного увлажнения поливной нормой 350 м³/га с внесением стоков в расчетных концентрациях повышает эффективность их использования, улучшает агрохимические свойства почвы (содержание гумуса в слое 0…40 см увеличилось с 0,7 до 1,5%) и несколько ухудшают водно-физические свойства. Предложенная подготовка ЖСВ и технология их внесения обеспечивает экологическую безопасность продукции, поверхностных и подземных вод.

11. Для повышения качества полива дождеванием и снижения объема поверхностного стока рекомендуется применять технические (в т.ч. патенты на изобретения №№2268563, 2305603, 2311962, 2313404 2343993), технологические (в т.ч. уменьшение интенсивности дождевания и размера поливных норм с увеличением числа поливов), агромелиоративные (в т.ч. проведение эксплуатационной планировки, кротование почв, увеличение площади листовой поверхности растений) и организационные методы и способы уменьшения ирригационной эрозии.

12. Предложена конструкция нового дождевального агрегата (патент на изобретение № 2350070), применение которого позволит исключить ирригационную эрозию при выращивании пропашных культур на полях с критическими уклонами при использовании полосной системы земледелия.

13. Биоэнергетическая эффективность выращивания люцерны значениями энергетического коэффициента указывает в высокую применимость технологий 3 и 4 при поддержании влажности почвы не ниже 75% НВ. Эффективность применения ДМ ДКШ-64 выше, чем ДДА-100МА, т.к. затраты совокупной энергии у ДКШ на 40,6…43,0% по технологии 0, и на 31,5 …34,9% по технологии 4 ниже, а содержание энергии в урожае выше на 11,7%. Агромелиоративные технологии 1,2,3 и 4 при орошении кукурузы ДМ ДДА являются эффективными, т.к. показатель К э.э. превышает 1,0, при этом технологии 3 и 4 являются самыми эффективными (Кэ.э.=1,31…1,48). ДМ «Кубань-ЛК», имеющая затраты совокупной энергии в 2,5 раза ниже, чем ДДА, даже при небольшом увеличении (на 8,5…12,8%) содержания энергии в урожае, увеличила Кэ.э. на технологии 4 до 4,04…4,10, а показатель энергоемкости снизила в 2,78…2,82 раза.

14. Использование ЖСВ для орошения люцерны повышает урожайность на 25,2%, уменьшает себестоимость на 12,2% и увеличивает рентабельность на 31,5% по сравнению с поливом природной водой. С учетом экологических платежей значение чистого дохода на 55,0…65,5% выше при поливе ЖСВ, при этом степень разбавления стоков 1:4 на 11,9…17,3% эффективнее, чем 1:5, а поливная норма 350 м³/га 10…15,5% эффективнее, чем 500 м³/га.

Предложения производству

1. Для обеспечения экологической безопасности при орошении дождеванием в условиях критических уклонов Волгоградской области рекомендуется:

а) при орошении люцерны:

- проводить поливы при влажности почвы не ниже 75% НВ нормой до 500 м³/га на фоне внесения 60 т/га полуперепревшего навоза и расчетных доз минеральных удобрений с применением эксплуатационной планировки и кротования почв с использованием ДМ ДКШ-64, с использованием ДДА-100 МА- поливной нормой 300 м³/га.

- количество поливов поливной нормой 500 м³/га в сухой год составляет 12…13, во влажный- 10…12 не зависимо от применяемой дождевальной техники, поливной нормой 300 м³/га - 20…25 поливов в зависимости от гидротермических условий вегетационного периода.

б) при орошении кукурузы:

- при задаче получения максимального урожая зеленой массы ( в рамках исследуемых условий ) и возможностью допустимой потери гумусового горизонта почвы поливы производить с дифференцированием влажности расчетного слоя почвы в зависимости от фазы развития растений 75…85…75% НВ (ДВ) на фоне проведения эксплуатационной планировки и кротования почв с внесением 60т/га органических удобрений и расчетных доз минеральных удобрений;

- при задаче сохранения почвенного плодородия и возможной допустимой потере урожая применять дифференцированное увлажнение расчетного слоя почвы в зависимости от глубины развития корневой системы 0,4 или 0,7 м с поддержанием влажности почвы 75% НВ путем проведения поливов нормами 360 и 500 м³/га с применением комплексной технологии 4;

- при недостаточной фондообеспеченности землепользователя не проводить эксплуатационную планировку, а только кротование, при этом не применять данную технологию при влажности почвы ниже 75% НВ.

2. С целью обеспечения санитарно-гигиенической и экологической безопасности агроландшафтов при орошении животноводческими сточными водами необходимо:

а) в условиях неустойчивого увлажнения:

- подготовить стоки путем трехкратного разбавления природной водой;

- применять системы внутрипочвенного орошения;

- в условиях спокойного рельефа (до 0,006) с использованием для полива ДМ ДДН-70 применять технологию полива «по кругу» с поливной нормой 550 м³/га;

- в условиях критических уклонов (0,012) применять технологию полива люцерны «по сектору» с поливной нормой 450 м³/га и с увеличенной до 15 см высотой среза растений в каждом укосе.

б) в условиях недостаточного увлажнения:

- подготовить стоки путем четырехкратного, а в засушливые годы пятикратного разбавления природной водой;

- поливы производить нормой 350 м³/га с предполивной влажностью не ниже 80%НВ. Количество поливов в зависимости от гидротехнических условий года - 10…14.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Семененко, С.Я. Технология строительства систем внутрипочвенного орошения / С.Я. Семененко, В.Ф. Лобойко // Совершенствование конструкций оросительных систем и пути эффективного освоения орошаемых земель: сб. научн. тр./ВСХИ. - Волгоград, 1983. - С. 33-34.

2. Семененко, С.Я. Перспективы использования водоочистных фильтров в системах внутрипочвенного и капельного орошения / С.Я. Семененко // Эксплуатация гидромелиоративных систем и повышение эффективности орошаемых земель: сб. науч. тр. / ВСХИ. - Волгоград, 1984. - С. 35.

3. Григоров, М.С. Внутрипочвенное орошение люцерны животноводческими стоками / М.С. Григоров, С.Я. Семененко // Гидротехника и мелиорация. - 1983. - № 8. - С. 18-19.

4. Семененко, С.Я. Режим внутрипочвенного орошения люцерны сточными водами в Белгородской области / С.Я. Семененко // Эксплуатация гидромелиоративных систем и повышение эффективности орошаемых земель: сб. науч. тр. / ВСХИ. - Волгоград, 1984. - С. 41- 42.

5. Григоров, М.С. Режим внутрипочвенного орошения сельскохозяйственных культур чистыми и сточными водами: рекомендации / М.С. Григоров, А.С. Овчинников, В.Ф. Лобойко, С.Я. Семененко // ВСХИ. - Волгоград, 1985. - 32 с.

6. Григоров, М.С. Эффективность удобрений на орошаемых угодьях в Центрально-Черноземном районе / М.С. Григоров, С.Я. Семененко // Кормопроизводство. - 1985. - №3. - С. 26-27.

7. Григоров, М.С Проектирование, строительство и эксплуатация систем внутрипочвенного орошения животноводческими сточными водами по трубчатым керамическим увлажнителям: рекомендации / М.С. Григоров, А.С. Овчинников, С.Я. Семененко, С.А. Горяинов // ВСХИ. - Волгоград, 1985. - 42 с.

8. Григоров, М.С. Влияние внутрипочвенного орошения животноводческими сточными водами на качество и санитарно - гигиеническое состояние люцерны / М.С. Григоров, С.Я. Семененко, С.А. Горяинов // Режим орошения, способы и техника полива сельскохозяйственных культур и их совершенствование: сб. науч. тр. / ВСХИ. - Волгоград, 1986. - С. 28-29.

9. Григоров, М.С. Использование животноводческих сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур / М.С. Григоров, С.Я. Семененко // Сб. науч. тр. / Калмыцкий государственный университет. - Элиста, 1986. - С. 38-39.

10. Григоров, М.С. Водопотребление люцерны при внутрипочвенном орошении животноводческими сточными водами / М.С. Григоров, С.Я Семененко // Сб.матер. всесоюзного совещания по внутрипочвенному орошению, В/О «Союзводпроект». - М.: - 1987. - С. 31-32.

11. Григоров, М.С. Водопотребление люцерны при внутрипочвенном орошении животноводческими сточными водами / М.С. Григоров, С.Я. Семененко // Повышение эффективности использования мелиоративных земель в Волгоградской области: сб. науч. тр./ ВСХИ. - Волгоград, 1987. - С. 46-47.

12. Проектирование систем внутрипочвенного орошения с использованием природной воды, подготовленных сточных вод животноводческих комплексов, городов, сельских населенных пунктов и промышленных предприятий (пособие к ВСН 33-2.2.01 - 85 «Оросительные системы с использованием животноводческих стоков, ВСН 33 - 2.2 02 - 86» «Оросительные системы с использование сточных вод»: Нормы проектирования // Минводхоз СССР, В/О «Союзводпроект». - М.: - 1988. - 124 с.

13. Григоров, М.С. На полях орошения. Об использовании навозного стока в системах ВПО / М.С. Григоров, М.Я. Чайкин, С.Я. Семененко // Сельские зори. - 1988. - № 11. - С. 6-7.

14. Григоров, М.С. Отзывчивость люцерны на минеральные удобрения и сточные воды при внутрипочвенном орошении / М.С. Григоров, С.Я. Семененко, Е.А. Ходяков // Агрохимия. - 1987. - № 5. - С. 37-38.

15. Семененко, С.Я. Влияние способов орошения животноводческими стоками на развитие люцерны / С.Я. Семененко // Прогрессивные технологии орошения сельскохозяйственных культур: сб. науч. тр./ ВСХИ. - Волгоград, 1989. - С. 56-57.

16. Григоров, М.С. Внутрипочвенное орошение сточными водами: лекции / М.С. Григоров, А.С. Овчинников, С.Я. Семененко // ВСХИ. - Волгоград, 1989. - 44 с.

17. Семененко, С.Я. Эффективность внутрипочвенной утилизации навозного стока / С.Я. Семененко // Экономия водных ресурсов в мелиорации: сб. науч. тр. / ВСХИ, - Волгоград, 1990. - С. 38-39.

18. Болотин, А.Г. Восстановление плодородия засоленных почв / А.Г. Болотин, С.Я. Семененко // Водосберегающие технологии оросительных мелиораций: сб. науч. тр. / ВСХИ. - Волгоград, 1993, - С. 119-125.

19. Семененко, С.Я. Технико - экономическое сравнение способов полива кормовых культур / С.Я. Семененко // Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства: сб. науч. тр. / ВСХИ. - Волгоград, 2004. - С. 212.

20. Семененко, С.Я. Влияние техники полива на ирригационную эрозию в условиях Нижнего Поволжья / С.Я. Семененко // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: сб. науч. тр. / ВНИИГиМ. - Рязань, 2004. - С. 163-166.

21. Семененко, С.Я. Исследование влияния орошения на свойства и плодородие почвы / С.Я. Семененко // Аграрная наука, 2004. - № 6. - С. 27-28.

22. Семененко, С.Я. Экологическая безопасность при интенсивном использовании орошаемых земель / С.Я. Семененко // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования. - М.: Академия наук о Земле, 2005. - Т. 3. - С. 61-63.

23. Семененко, С.Я. Влияние состояния агрофона на ирригационную стойкость почв / С.Я. Семененко // Вестник Саратовского гос. агр. ун-та им. Н.И.Вавилова / Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2006. - № 4. - С. 25-27.

24. Григоров, М.С. Управление качеством орошения ландшафтов / М.С. Григоров, С.М. Григоров, С.Я. Семененко, А.С. Семененко // Вестник РАСХН, 2006. - № 6. - С. 59-60.

25. Семененко, С.Я. Систематизация научного познания в гидромелиорации / С.Я. Семененко // Вестник Саратовского гос. агр. ун-та им. Н.И.Вавилова / Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2006, № 5. - С. 29-32.

26. Григоров, М. С. Реакция корневой системы кормовых культур на режимы и технологии орошения / М. С. Григоров, С.Я. Семененко, А.С. Семененко // Вестник РАСХН, 2008. - №5. - С. 20-22.

27. Семененко, С.Я. Ресурсосберегающие технологии орошения кормовых культур / С.Я. Семененко, Т.В. Никифорова // Плодородие, 2009. - № 4. - С. 39-40.

28. Семененко, С.Я. Мелиорирующий эффект орошения животноводческими сточными водами / С.Я. Семененко, А.С. Семененко, Т.В. Никифорова // Плодородие, 2009. - № 5. - С. 33-35.

29. Семененко, С.Я. Эколого-экономическая оценка орошения сельскохозяйственных культур животноводческими сточными водами / С.Я. Семененко, М.С. Григоров, А.С. Семененко, Т.В. Никифорова // Вестник РАСХН, 2009. - №5. - С. 38-40.

30. Семененко, С.Я. Технологии увлажнения и фотосинтез кукурузы / С.Я. Семененко, А.С. Семененко // Вестник Саратовского гос. агр. ун-та им. Н.И.Вавилова / Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова. - Саратов, 2009. - №12. - С. 37-40.

Изобретения, защищённые патентами РФ

31. Патент 2268569 Российская Федерация, МПК А 01 В 49/02, А 01 В 35/00. Орудие для поверхностной обработки почв /Абезин В.Г., Карпунин В.В., Сердюков Д.А., Семененко С.Я.; заявитель и патентообладатель ГНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий. - 2004114573/12; заявл. 12.05. 2004; опубл. 27. 01.2006, Бюл. № 03. - 6 с. - 5 ил.

32. Патент 2305603 Российская Федерация, МПК В 05 В 1/18, В 05 В 1/26. Дождевальный насадок / Абезин В.Г., Карпунин В.В., Карпунин В.В., Семененко С.Я.; заявитель и патентообладатель ГНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий. - 2006105564/12; заявл. 22.02.2006; опубл. 10.09.2007, Бюл. № 25.- 6 с. - 2 ил.

33. Патент 2311962 Российская Федерация, МПК В 05 В 1/18. Дождевальный насадок / Абезин В.Г., Карпунин В.В., Семененко С.Я., и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий. - 2006119417/12; заявл. 02. 06. 2006; опубл. 10. 12. 2007, Бюл. № 34. - 4 с. - 1 ил.

34. Патент 2313404 Российская Федерация, МПК В 05 В 1/18. Дождевальный насадок / Абезин В.Г., Карпунин В.В., Семененко С.Я., и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий. - 2005121011/12; заявл. 13. 06. 2006; опубл. 27. 12. 2007, Бюл. № 36. - 3 с. - 1 ил.

35. Патент 2343993 Российская Федерация, МПК В 05 В 1/18. Дождевальный насадок-активатор / Абезин В.Г., Карпунин В.В., Семененко С.Я., и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий. -2007141821/12; заявл. 12. 11. 2007; опубл. 20. 01. 2009, Бюл. № 2. - 5 с. - 2 ил.

36. . Патент 2350070 Российская Федерация, МПК А 01 G 25/09. Дождевальный агрегат / Абезин В.Г., Карпунин В.В., Семененко С.Я., и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий. -2008101331/12; заявл. 09. 01. 2008; опубл. 27. 03. 2009, Бюл. № 9. - 8 с. - 5 ил.

Размещено на Allbest.ru

...