В России на рис приходится всего 0,4 % от всех посевных площадей зерновых и зернобобовых культур. Распределение объемов производства риса в стране представлено на рисунке 1. Как видно, наиболее значимые показатели производства риса приходятся на Краснодарский край - более 80 %. В Ростовской области выращивается 5,4 %, Республике Дагестан - 3,1 %, Приморском крае - 2,7 %, Республике Адыгее - 2,2 %, Калмыкии - 1,1 %, Астраханской области - 0,8 %, Чеченской Республике - 0,4 % от общего объема [1]. Урожайность риса составляет 54,4 ц/га [2], в то время как в Австралии - 102 ц/га, Египте - 95 ц/га, США - 86 ц/га и Турции - 81 ц/га [3].

Рисунок 1 - Распределение объемов производства риса в России [1]

Валовые сборы риса в последние годы достаточно высоки и относительно стабильны (чуть выше или немного ниже 1 млн т), что соответствует внутреннему и экспортному спросу. В то же время, учитывая объемы сбора риса в других странах, России еще придется много поработать как над усовершенствованием технологии возделывания этой культуры, так и над ее селекцией, чтобы достичь результатов крупных производителей риса, таких как Австралия, США, Турция.

рисовая оросительная система норма водопотребление

В то же время при разработке новых технологий и сортов риса необходимо при расчете норм водопотребления риса и нормативов водоотведения с рисовых оросительных систем учитывать дефицит водных ресурсов и потребность в их экономии, т.е. стремиться к сокращению расходов воды при выращивании риса. Но в существующий нормативный документ "Укрупненные нормы водопотребности для орошения сельскохозяйственных культур Центрального, Приволжского, Сибирского, Южного и Северо-Кавказского федеральных округов" [4] даже не включены данные о нормах водопотребления риса. Как показал анализ состояния вопроса, они просто отсутствуют и причинами этого являются потребность в дорогостоящем специальном оборудовании и приборах, большая трудоемкость исследований в полевых условиях. Кроме этого, такие исследования учеными проводились разрозненно, в различные годы и на различных объектах, без единой методики и единых учетных выходных показателей вопросов исследований, что не позволяет обобщить имеющиеся данные и обосновать нормативы водопотребности. По этой же причине отсутствуют и нормативы водоотведения с рисовых оросительных систем, которые в значительной степени зависят от норм водопотребности риса, так как последние изменяются в широком диапазоне от 12-13 до 24-30 тыс. м³/га и более в зависимости от агроклиматической зоны, водно-физических и химических свойств почв, глубины грунтовых вод и их минерализации, состояния сооружений на рисовых оросительных системах, технологий орошения и других факторов.

Таким образом, возникла потребность в разработке и принятии нормативно-методического документа, содержащего нормативы водопотребления риса и водоотведения с рисовых оросительных систем в различных агроклиматических зонах России.

Разработка нормативов водопотребления и водоотведения возможна только при организации водобалансовых исследований для учета всех статей поступления и отвода водных ресурсов. Необходимо рассмотреть водные режимы рисового поля, требования культуры к условиям произрастания в различных агроклиматических зонах, существующие подходы к определению норм водопотребности риса и нормативов водоотведения с рисовых оросительных систем.

Известно, что рис относится к растениям, которые лучше всего произрастают на влажных и избыточно влажных почвах. Это свето - и теплолюбивая однолетняя культура тропического происхождения. Рис обладает способностью приспосабливаться к различным условиям внешней среды и получил широкое распространение как в жарком, так и в умеренном поясе. Возделывание риса в более северных районах стало возможно за счет использования скороспелых высокопродуктивных сортов [5]. Рис может возделываться на самых разнообразных почвах, но наиболее благоприятными для него являются почвы тяжелого гранулометрического состава. Существенное значение для риса имеет реакция почвенного раствора. Оптимальная реакция почвенной среды для него слабокислая (рН 5,0-6,6), но он выдерживает и более кислую реакцию, так как при затоплении активная кислотность почвы падает [6]. Рис относится к среднесолеустойчивым и среднесолонцеустойчивым культурам.

Водные режимы рисовых полей разнообразны, но в целом они сводятся к четырем основным типам [7]:

постоянное затопление - слой воды на поле поддерживается от посева до начала уборки;

укороченное затопление - в период прорастания семян почва поддерживается во влажном состоянии, а слой воды создается с момента получения полных всходов и сохраняется до начала восковой спелости риса, а также когда всходы получают за счет естественных запасов влаги;

прерывистое затопление - слой воды в отдельные периоды отсутствует, а почва поддерживается между поливами во влажном состоянии;

периодическое увлажнение - слой воды отсутствует на протяжении всего срока вегетации риса, оптимальное увлажнение почвы создается за счет периодических поливов.

Постоянное затопление предполагает продолжительное нахождение посевов риса под слоем воды [8]. Оросительная норма риса при таком режиме с проточностью колеблется от 15 до 25 тыс. м³/га [7, 8]. В производственных условиях при неправильном водопользовании может достигать 30-40 тыс. м³/га [9].

Укороченное затопление является более водосберегающим вариантом и в большей степени отвечает требованиям риса, так как наилучшей средой в период прорастания и в фазу всходов является увлажненная почва. При наличии слоя воды семена хуже прорастают, что является одной из причин изреживания посевов, особенно в условиях возвратного похолодания при раннем севе. По данным П.С. Ерыгина, гибель семян в такой ситуации на Кубани достигала 75 %, на Дальнем Востоке - 60 %, на Украине - 80 %, в Средней Азии - 90 % [10]. Аналогичный вид орошения применяется в Китае, при этом глубина мелководья сочетается с высушиванием [11, 12].

В зависимости от способа посева, засоренности рисового поля просянкой, степени засоленности и солонцеватости почв существуют различные варианты этого режима орошения [9]. Особенно важно выбрать водный режим в период получения и укоренения всходов. Здесь необходимо учесть засоленность и солонцеватость почв. По данным З.Ф. Туляковой, в условиях незасоленных почвогрунтов целесообразнее провести увлажнительные поливы. Двух-трех таких поливов достаточно для получения полноценных всходов [9]. При возделывании риса на незасоленных или глубокопромытых почвах, где нет опасности вторичного засоления, проточность или сброс воды не требуется, следует лишь периодически подавать воду для поддержания необходимого горизонта.

На почвах с комплексным покровом с участием солонцовых и засоленных почв при залегании солевого горизонта на глубине более 30 см от поверхности после посева создается слой воды 8-10 см, который держат в течение 3-5 дней, а затем сбрасывают. До получения всходов почва поддерживается в сильно увлажненном состоянии (путем попусков воды) [9].

Если концентрация солей в поверхностном слое почвы или по всему профилю очень большая (более 1,5 %), в т. ч. содержание иона хлора более 0,3 %, рекомендуется перед посевом провести промывку [9]. В период наступления фазы 2-3 листьев воду с чеков полностью удаляют, и поле обрабатывают гербицидами.

При обработке посевов гербицидами надо точно установить цикличность в соответствии со сроками сева риса и не допускать пересушки чеков [9].

Для получения всходов на сильно засоленных почвах с близким уровнем минерализованных грунтовых вод наиболее благоприятен небольшой слой воды, периодически сменяемый.

Данный режим особенно важно соблюдать при поливе минерализованными водами, так как может произойти аккумуляция солей в зоне аэрации [13, 14]. В связи с этим увеличивается концентрация почвенного раствора в зоне распространения корней риса, в результате чего начинается гибель риса. Высокое содержание натрия в оросительной воде вызывает осолонцевание почв, что отрицательно сказывается как на развитии риса, так и на его урожайности [14].

Возделывание риса на засоленных почвах требует либо проведения перед посевом промывок, либо осуществления за счет сброса полного ее обмена несколько раз в зависимости от минерализации воды в чеке. При применении традиционной технологии возделывания риса, когда у растений наступает фаза 2-3 листьев, воду с чеков полностью удаляют и поле обрабатывают гербицидами. Через сутки-двое после опрыскивания гербицидами посевы риса затапливаются слоем воды. В результате этого водные нагрузки еще более возрастают. Слова "безгербицидное рисоводство" звучат давно, но в России, к сожалению, известны только единичные примеры реализации [15]. Среди известных опубликованных результатов возделывания безгербицидного риса заслуживают внимания технологии, разработанные в Крымском СХИ и Дагестанском НИИСХ [16, 17]. Обе технологии включают комплекс предпосевных обработок для борьбы с сорной растительностью и поддержание постоянного слоя воды, согласно фазе развития риса, от первичного затопления до восковой спелости. Применение безгербицидной технологии обеспечивает урожайность риса на уровне 6 т/га. Это аналогично возделыванию риса с применением гербицидов, но при безгербицидной технологии расход воды меньше вдвое, снижаются затраты на минеральные удобрения и гербициды, повышается рентабельность производства [16]. Соблюдая севообороты, в частности четырехпольное звено с двумя полями люцерны и двумя полями риса, можно выращивать рис без гербицидов с минимальным количеством минеральных удобрений [18].

В оптимизации водного режима рисовых полей немаловажную роль играет техника первоначального затопления [5, 19]. В этот период протекает важный гидрологический процесс смыкания поверхностных и грунтовых вод, после этого они вступают в гидродинамическое взаимодействие. От техники проведения первоначального затопления зависит соотношение скорости инфильтрации и подъема грунтовых вод, имеющее большое мелиоративное значение. В частности, при необоснованном (стихийном) затоплении преобладает опережающий подъем уровня грунтовых вод. В этом случае к поверхности чеков движутся соли и продукты болотного разложения, а находящийся в порах грунта воздух полностью вытесняется в атмосферу. Всходы риса в этом случае получаются изреженными, а болотной растительности, наоборот, густыми, так как грунтовые воды оказывают на них стимулирующее воздействие [19].

Техника первоначального затопления заключается в принятии такой интенсивности и последовательности подачи воды (водораспределения) на поля, карты и чеки, при которой соблюдается главный принцип эколого-мелиоративного затопления - смыкание поверхностных и грунтовых вод на глубине ниже высоты максимальной капиллярной каймы для данной почвы.

Существует затопление изменяющимся слоем воды. Для тяжелых заболоченных почв рекомендуются два режима затопления: с осушением в середине лета и с осушением в период получения всходов риса и в середине лета. Такие режимы применяют при безгербицидной технологии. Осушение осуществляется естественным путем за счет испарения, транспирации, фильтрации в течение 7-10 сут [19].

На хорошо дренированных почвах осушение в середине лета не производят, так как болотные процессы в них протекают слабо.

Значительные объемы воды при выращивании риса расходуются на сбросы, которые осуществляются как при постоянном, так и при укороченном и прерывистом затоплении. Сбросы воды бывают единовременные и постоянные. К первым относятся сбросы в период обработки гербицидами, перед кущением (для создания минимального слоя), при просушке чеков в целях борьбы с водорослями, щитневым рачком и другими вредителями. К единовременным относятся также непроизводительные сбросы из-за прорывов воды, за счет утечки через водовыпуски и т.д. Ликвидация этих потерь может быть достигнута при правильной эксплуатации рисовой оросительной системы. К постоянным сбросам относится проточность воды в чеках [9].

Для сокращения расходов оросительной воды при выращивании риса есть другой способ его возделывания с периодическими поливами. При этом способе расход оросительной воды сокращается в 5-10 раз, иногда и больше, в сравнении с затоплением. Посевы риса при периодических поливах можно размещать в орошаемых полевых, кормовых, овощных севооборотах. Орошение риса при периодических поливах осуществляют по полосам и дождеванием небольшими поливными нормами. Почва под рисом при периодических поливах не теряет своего плодородия. Все сельскохозяйственные культуры, идущие после риса, хорошо растут и дают полноценный урожай [20-23].

Препятствием развитию производства риса без слоя воды является то, что многие ученые считают рис сугубо болотной культурой [10, 13, 24]. Однако есть и другие мнения. Так, Г.Г. Гущин еще в 1930-е гг. утверждал, что формы культурного риса не являются типичными водными растениями. Гидрофильность их не выходит за пределы степени, присущей в той или иной мере целому ряду культурных злаков [25].Г. Г. Гущин считал, что "будущее культуры риса не в постоянном затоплении, а в периодическом орошении полей" [25]. В дальнейшем это подтвердили исследования К.П. Шумаковой, О.Е. Ясониди, Э.А. Безугловой, И.П. Кружилина, В.П. Петрунина, В.В. Бородычева и др. [20, 21, 26-28].

Но в то же время переход к культуре возделывания риса без слоя воды затруднен в связи с необходимостью борьбы с сорняками, особенно влаголюбивыми. Борьба с сорняками в рисовых чеках осуществляется за счет слоя воды. Глубину слоя воды в чеках иногда приходится доводить до 30-40 см. Такой слой воды рис может выдержать несколько дней, а суходольные, средневлаголюбивые сорняки погибают. При многолетнем использовании чека под рисом появляются сорняки-водолюбы из болотной флоры, которые при затоплении чувствуют себя лучше, чем рис. Избавиться от таких сорняков можно только путем вывода рисового чека из затопления для возделывания суходольных растений, преимущественно трав, т.е. необходимо введение рисовых севооборотов [20-23, 29, 30].

Опыты показали, что при современных средствах борьбы с сорняками рис при периодических поливах может стабильно давать 40-50 ц/га высококачественного диетического зерна. При периодических поливах изучались разные способы орошения риса: по бороздам, по полосам, дождеванием. Оросительные нормы при таких способах полива колеблются от 4800 до 7700 м³/га [31-34].

Одним из водосберегающих способов полива является капельное орошение. По сравнению с затоплением чеков оросительная норма снизилась на 60-80 % при капельном орошении. Однако данный вид орошения при возделывании риса в мировой практике пока мало изучен.

Важным моментом является исследование водопотребления риса. Водопотребление в обычном понимании - это количество воды, израсходованное растением на транспирацию. По данным З.Ф. Туляковой, при постоянном затоплении за вегетационный период растения риса расходуют на транспирацию 3700-5000 м³/га [9]. Но, как показывают другие исследования, водопотребление определяется не только водным режимом, но и природными условиями региона (таблица 1).

Таблица 1 - Оросительная норма (М) и водопотребление (транспирация) Т риса при различных водных режимах в различных регионах

Кроме этого, на водопотребление культуры оказывают большое влияние и сорта риса, из которых в последние годы получили распространение суходольные и аэробные. Суммарное водопотребление риса складывается в основном непосредственно из транспирации и испарения с водной поверхности [35]. Но величина суммарного водопотребления зависит от климата региона, продолжительности вегетационного периода конкретного сорта и сортовых особенностей агротехники. В различных рисосеющих районах она колеблется от 3884 до 14600 м³/га. Это 23 и 17 % от величины оросительной нормы (нормы водопотребности).

Анализ научной литературы [23, 36-42] показал, что норму водопотребности, или величину оросительной нормы, риса с учетом всех составляющих ее расходных статей более подробно можно определять на основании водного баланса по формуле В.Б. Зайцева [42, 43]:

, (1)

где - величина оросительной нормы риса, мм;

- испарение с водной поверхности рисового поля, мм;

- транспирация, мм;

- коэффициент использования осадков, мм;

- объем воды в виде выпавших атмосферных осадков, мм;

- насыщение почвогрунта, мм;

- фильтрация вертикальная, мм;

- горизонтальный отток, мм;

- проточность, мм;

- сбросы воды с чека в соответствии с режимом орошения, мм;

- сброс воды в конце вегетации риса, мм.

Полная величина оросительной нормы может быть получена только после определения составляющих ее статей в следующей последовательности:

эвапотранспирация (испарение и транспирация, или суммарное водопотребление, риса);

атмосферные осадки с учетом коэффициента их использования;

объем воды, идущий на насыщение, по формуле, но с определением водно-физических свойств почвогрунтов (скорости впитывания, скорости продвижения фронта впитавшейся воды вглубь почвы, общей глубины промачиваемого слоя, влажности почвы перед поливом);

потери воды на вертикальную фильтрацию, определяемые на основании данных экспериментальных работ;

потери воды на горизонтальный отток рекомендуется принимать в размере 10 % от объема воды, затрачиваемого на насыщение, испарение, транспирацию и вертикальную фильтрацию, или пропорциональными изменению фильтрации вертикальной [44, 45];

проточность, которая создается для снижения температуры воды на чеке или уменьшения ее минерализации. В зависимости от степени засоления почв величина проточности может быть принята в размере 10-30 % водоподачи соответствующего поливного периода [13];

сброс воды с чеков в соответствии с режимом орошения. Он вызывается необходимостью выполнения агротехнических мероприятий;

сброс воды в конце вегетации риса. Обычно он не рекомендуется. Такой сброс может потребоваться из-за двух причин: при активном созревании риса за счет сокращения срока затопления или при низких температурах с периодическим выпадением осадков в период заключительных фаз вегетации.

Укрупненные нормы водопотребности риса по основным рисосеющим регионам представлены в таблице 2 (от 11000 до 20550 м³/га).

Таблица 2 - Укрупненные нормы водопотребности для орошения риса по природно-климатическим зонам России в м³/га

Но чаще всего, как показывает сравнительный анализ, фактические нормы в 1,5-2,0 раза превышают нормативную водопотребность.

Нормы водоотведения для рисовых полей практически не разработаны. Хотя, рассматривая различные уравнения водного баланса рисового поля, можно выделить статьи, определяющие приблизительно норму водоотведения. Из уравнения (1) В.Б. Зайцева это следующие статьи: - проточность, - сбросы воды с чека в соответствии с режимом орошения, а также неорганизованные сбросы и утечки оросительных вод, - сброс воды в конце вегетации риса. Эти статьи сбросов в экспериментальных исследованиях определяются непосредственными замерами их поступления через водоприемники для установления закономерностей формирования водоотведения.

Показателем водоотведения может служить объем дренажно-сбросного стока, поступающего в водоотводящую сеть, который устанавливается по определенным периодам [39]. В первый период (прорастание - всходы) после насыщения почвогрунта влагой и создания в чеке слоя воды 10 см водоподача прекращается. Исходя из этого объем дренажно-сбросного стока , мм, определяется в этот период по зависимости:

,

где - сбросы воды с чека в соответствии с режимом орошения, мм;

- сброс воды, связанный с неисправностью оросительной сети, мм.

В начале второго периода (всходы - кущение), когда подается слой воды для проточности с целью поддержания температуры воды, кроме этого, сбрасывается вода для проведения агротехнических мероприятий и присутствует боковая фильтрация, объем дренажно-сбросного стока уже определяется по следующей зависимости:

,

где - горизонтальный отток, мм;

- проточность, мм.

Расчеты для определения дренажно-сбросного стока в остальные периоды аналогичны расчетам по двум описанным выше.

Фильтрационные потери воды на орошаемых полях, а именно на вертикальную фильтрацию и горизонтальный отток, установить непосредственными замерами невозможно. Для их определения рекомендуется использовать эмпирические зависимости [46].

Из вышесказанного видно, что нормы водоотведения с рисовых полей могут быть разработаны на основе экспериментальных исследований в основных рисосеющих регионах страны. Исследования по водоотведению обобщаются в виде кривых обеспеченности водозабора, водоподачи, дренажного и сбросного стока, а также соответствующих показателей и коэффициентов, вычисленных для основных структурных звеньев мелиоративных систем и характеризующих отношение величин горизонтального и вертикального оттока к суммарному водопоступлению (, , и др.)

Кривые обеспеченности рассчитываются и строятся по известным в теории вероятности и математической статистике методам. Для сопоставимости результатов по оси ординат откладываются значения коэффициентов, рассчитанные по формулам.

Результаты исследований представляются в виде балансовых таблиц и таблиц потерь воды на фильтрацию и сбросы по отдельным структурным звеньям и в целом по системе.

На настоящий момент для снижения размеров штрафов сельхозпредприятиям рекомендуем использовать в качестве временной методики расчет величины водоотведения для сельскохозяйственных культур по формуле, предложенной учеными РосНИИПМ [41]:

,

где - норма водоотведения, м³/га;

- оросительная норма нетто, м³/га;

- коэффициент полезного действия системы орошения;

- естественный сток с единицы площади до проведения на ней орошения, м³/ (га·год) (например, для Ростовской области он равен 150-200 м³/га).

Для разработки объективных норм водоотведения необходимы дополнительные многолетние исследования в различных регионах страны и в годы с различным естественным увлажнением и оросительными нормами.

Выводы