Земледелие с основами почвоведения и агрохимии

Теоретическими и практическими предпосылками разработки почвозащитного бесплужного земледелия являются:

- использование почвозащитных технологий, основанных на бесплужной обработке почвы;

- использование защитной роли растительности и ее пожнивных остатков;

- использование стерни и пожнивных остатков для снегозадержания;

- минимализация обработки почвы;

- разработка мер борьбы с вредными организмами;

- разработка системы мощных орудий для обработки и посева без оборота пласта.

Применение почвозащитного безотвального земледелия позволяет успешно защищать почву от ветровой эрозии весной, летом, осенью и зимой, повышать запасы доступной растениям влаги в метровом слое почвы на 20…40 мм, увеличивать урожайность зерновых на 0,2…0,6 т/га.

В системе осенней обработки подверженных ветровой эрозии почв, большое значение предается сохранению на поверхности почвы стерни. Максимальное сохранение стерни на поверхности почвы, после обработки и посева - главное требование к почвообрабатывающим орудиям и посевным машинам. Этого можно достичь путем использования для лущения игольчатой бороны БИГ-ЗА и применения чизельных орудий. После их обработки на поверхности почвы остается до 60% стерни, поверхность поля становится мелкоребристой, что снижает скорость ветра в приземном слое, а в зимнее время лучше задерживает снег. Предпосевная обработка почвы проводится в сжатые сроки для сохранения влаги и своевременного посева культур.

Сев зерновых культур перекрестным способом - эффективный почвозащитный прием. Равномерное покрытие поверхности почвы сельскохозяйственными растениями способствует снижению скорости ветра в приземном слое, благодаря чему дефляции почвы не происходит.

На паровых полях и после рано убираемых культур на почвах, подверженных ветровой эрозии, создают кулисы путем посева на этих полях горчицы, подсолнечника, суданской травы и других культур, которые высевают рядами перпендикулярно господствующим ветрам.

Большое внимание уделяют минимальной и нулевой обработке почвы. Минимальная обработка почвы предусматривает в одном комплексе различные механические и химические операции по посеву и уходу за сельскохозяйственными культурами. При нулевой обработке посев проводят специальными сеялками в нарезанные сошниками узкие бороздки по необработанному полю.

В борьбе с ветровой эрозией важное место занимает мульчирование поверхности почвы путем сохранения пожнивных остатков или разбрасыванием различных мульчирующих материалов.

Наряду с агротехническими мероприятиями, в борьбе с ветровой эрозией используют химические препараты, которые улучшают структурно-агрегатное состояние почвы или создают на поверхности почвы различные пленки, защищающие ее от выдувания. В качестве закрепителей используют битумные эмульсии, синтетические латексы, отходы нефтяной, бумажной и сланцевой промышленности.

Если агротехнические приемы не обеспечивают должной защиты почв от ветровой эрозии, их дополняют лесомелиоративными противоэрозионными мероприятиями (посадка лесополос).

Главное назначение лесных полос в открытых степных и лесостепных районах с активной ветровой деятельностью заключается в снижении скорости и турбулентности эрозионного ветрового потока. Ослабляя ветер, они защищают почву от выдувания летом и зимой, задерживают снег на полях, повышают влажность почвы и воздуха, улучшают микроклимат.

По данным ВНИАЛМИ, в системе лесных полос снега на полях бывает в 1,5…2 раза больше, влажность воздуха в приземном слое на 5…10% выше, а испаряемость на 20…30% меньше, чем в открытой степи. Все это создает лучшие условия для развития растений и формирования урожая.

Противоэрозионная и мелиоративная эффективность лесных полос зависит прежде всего от их конструкции. Для степных районов рекомендуют ажурные и продуваемые узкорядные (3…5 рядов) полосы, которые способствуют ослаблению дефляции, более равномерному распределению снега на полях и увлажнению почвы.

В районах совместного проявления водной и ветровой эрозии необходимо применение противоэрозионного комплекса, основу которого составляет противоэрозионная организация территории.

С совместным проявлением водной и ветровой эрозии позволяет успешно бороться и плоскорезная обработка почвы. Это обусловлено тем, что механизм действия ветровой и водной эрозии в принципе одинаков. В первом случае, стерня снижает скорость ветра в приземном слое воздуха и препятствует переносу почвы, во втором - стерня уменьшает кинетическую силу стекающей воды и препятствует перемещению почвенных частиц. Корневая система растений скрепляет комки почвы, увеличивая их сопротивляемость отрыву.

Главные достоинства плоскорезной обработки склоновых земель состоят в следующем:

- в послеуборочной период почва защищена от эрозии стерневыми остатками и мульчей (она всегда остается на поверхности после плоскорезной обработки);

- образуется поверхностный органоминеральный слой с хорошей водопоглотительной способностью и оптимальной плотностью (он препятствует разрушению почвы ударами дождевых капель и склоновому стоку осадков);

- стерня уменьшает сдувание снега со склонов (в результате почва меньше промерзает, повышается ее водопроницаемость во время стока талых вод и выпадения осадков зимой и весной);

- улучшается баланс гумуса в поверхностном слое по сравнению с отвальной обработкой;

- предотвращается образование глыб при вспашке пересушенной почвы, особенно на склонах повышенной крутизны и при неполном обороте пласта.

В зоне совместного проявления ветровой и водной эрозии на почвах, легких по гранулометрическому составу и с подстилающей породой, обладающей хорошей фильтрационной способностью, оптимальная глубина вспашки должна составлять 14…16 см. Почвы, тяжелые по гранулометрическому составу, с глинистой и тяжелосуглинистой подстилающей породой, эффективнее обрабатывать на глубину 25…27 см. Это создает лучшую инфильтрационную способность и большую водовместимость.

Вопросы для самопроверки знаний

1. Что такое эрозия и ущерб причиняемый ею?

2. Какие виды эрозии вы знаете?

3. Назовите основные причины возникновения эрозии.

4. Что вы знаете о почвозащитной организации территории?

5. Что такое почвозащитный севооборот?

6. Что такое полосное размещение культур?

7. Назовите приемы обработки направленные на защиту почв от водной эрозии?

8. Какова роль мелиоративных мероприятий в защите почв от эрозии?

9. Назовите основные гидротехнические приемы борьбы с водной эрозией?

10. Какую роль играет стерня, оставленная на поверхности поля?

11. Роль плоскорезной и безотвальной обработки в борьбе с ветровой эрозией

12. Кулисные пары и их роль в защите почв от дефляции?

Глава 10. Основы мелиорации земель

10.1 Понятие о мелиорации и ее типах

Мелиорация (от латинского melioration - улучшение) - отрасль народного хозяйства, охватывающая вопросы улучшения природных условий используемых земель.

В зависимости от целей и объекта мелиорации подразделяют на:

- сельскохозяйственные (улучшение земельных угодий для земледелия);

- лесохозяйственные (создание благоприятных условий для произрастания и использования лесов);

- рыбо-хозяйственные (устройство рыбоводных прудов);

- санитарно-гигиенические (оздоровление местности);

- рекреационные (улучшение земельных и водных объектов для отдыха трудящихся и спорта);

- ландшафтно-защитные (защита берегов рек и водохранилищ от разрушений и др.);

- мелиорация охотничьих угодий и др.

История развития человечества тесно связана с использование земли, как основного средства сельскохозяйственного производства. Учитывая, что численность населения земного шара еженедельно увеличивается на 1,25 млн. человек, задача в области сельскохозяйственного производства заключается в получении максимально возможного количества сельскохозяйственной продукции с единицы площади. На величину урожая сельскохозяйственных культур большое влияние оказывают климатические факторы, среди которых наибольшее значение оказывают обеспеченность теплом, водой и светом. В Российской Федерации количество тепла и света увеличивается с севера на юг, а влагообеспеченность, наоборот снижается. Для сельскохозяйственного производства почва должна быть умеренно влажной, так как при избыточном увлажнении интенсивно развиваются анаэробные процессы, а при недостатке влаги, разлагается органическое вещество и почва теряет свое плодородие.

Задача сельскохозяйственной мелиорации заключается в улучшении свойств и плодородия почв и обеспечении высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур независимо от капризов природы. Под сельскохозяйственными мелиорациями, по определению основоположника российской мелиоративной науки академика А.Н. Костякова (1887-1957) понимают «систему организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на коренное улучшение неблагоприятных природных (гидрологических, почвенных, агроклиматических) условий с целью наиболее эффективного использования земельных ресурсов в соответствии с потребностями сельского хозяйства».

В современных условиях мелиорация стала составной частью не только земледелия, но и охраны окружающей среды. Она является обязательным элементом землепользования и земледелия в частности. Мелиорация, изменяя водный режим, положительно воздействует на воздушный, тепловой, питательный и микробиологический режимы почвы, улучшает ее плодородие и создает оптимальные условия для выращивания высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Но эффект проявляется только на фоне высокой культуры земледелия.

По воздействию на почву, растения и климат сельскохозяйственные мелиорации делятся на следующие основные типы и виды (рис. 34).

Гидротехнические - направлены на регулирование водного режима территории. Изменение водного режима необходимо проводить как при недостаточном (с помощью орошения), так и при избыточном увлажнении почвы (путем осушения). Гидротехнические мелиорации включают также борьбу с оползнями, селями, подтоплением земель и агромелиоративные мероприятия, направленные на задержание или ускорение поверхностного стока талых и дождевых вод.

Климатические мелиорации направлены на улучшение теплового режима почвы и воздуха, повышение влажности воздуха (аэрозольное орошение), а также почвы на основе управления водным режимом почвы в зимнее и ранневесеннее время путем снежных мелиораций (снегозадержание, зачернение и уплотнение снега).

Культуртехнические - улучшают состояние поверхности почвы и пахотного слоя, что достигается уборкой камней, удалением кустарника, пней, кочек, погребенной древесины, выравниванием поверхности. Это способствует увеличению и укрупнению площадей обрабатываемых земель.

Почвенные мелиорации направлены на улучшения структуры, физических и водно-физических свойств почвы. Они проводятся с целью улучшения структуры почвы на основе землевания (пескование, глинование), торфования, применения оструктуривания, кольматажа. Сюда относится и рекультивация земель - т.е. восстановление продуктивности земель, нарушенной при разработке месторождений полезных ископаемых, изыскательских, строительных и других работ.

Химические - обеспечивают улучшение химических свойств почвы за счет изменения неблагоприятных свойств при внесении извести, гипса, удобрений и других химических веществ.

Фитомелиорации основаны на улучшении свойств почвы и ее режимов путем применения адаптированных к конкретным условиям травянистой и древесной растительности. Они направлены на укрепление и улучшение почв, борьбу с водной и ветровой эрозией, создание благоприятного водного режима почв и микроклимата. При фитомелиорациях создают лесополосы, проводят залесение песков и закрепление склонов посевами многолетних трав, используют фитомелиоранты для рассоления поверхностных слоев почвы и растения-сидераты для улучшения структуры почвы и повышения ее плодородия и др.

Рис. 34. Типы и виды сельскохозяйственных мелиораций

Мелиорация воды, используемой для орошения, основана на оптимизации ее химического состава в увязке с химическим составом ППК почвы, подогреве холодной воды и насыщении ее кислородом, а также на очистке сточных вод.

Различия между отдельными видами сельскохозяйственных мелиораций носит несколько условный характер, но только на основе комплексности мелиораций можно добиться рационального использования земельных и водных ресурсов с учетом улучшения экологической ситуации земель сельскохозяйственного использования.

Комплексная мелиорация земли эффективна в зонах, страдающих от недостатка или избытка влаги. Наиболее распространенные и эффективные виды мелиораций - орошение и осушение почв.

10.2 Общие сведения об орошении

Оросительные мелиорации получили наибольшее распространение, так как более 70% всех сельскохозяйственных угодий и около 80% пашни РФ, расположены в зонах недостаточного или неустойчивого увлажнения с часто повторяющимися засухами и суховеями, резко снижающими урожайность и валовые сборы сельскохозяйственных культур. Значимость орошения, как стабилизирующего фактора, будет нарастать в ближайшее время с уже проявляющимся глобальным потеплением климата и расширением зон земледелия с экстремальными природно-климатическими явлениями.

Орошение - это искусственная подача воды на поля, испытывающие недостаток влаги, обеспечивающая оптимальный для роста и развития сельскохозяйственных растений водный, воздушный, питательный, тепловой и микробиологический режимы почвы.

Орошение в условиях многоукладности сельского хозяйства рассматривается как одно из основных средств интенсификации земледелия, обеспечивающее гарантированное и стабильное производство сельскохозяйственной продукции независимо от погодных условий.

Орошение в первую очередь проводится с целью резкого улучшения семеноводческой базы, создания прочной кормовой базы для животноводства, развития овощеводства, садоводства и виноградарства (особенно вблизи крупных промышленных центров), концентрации производства и создания агропромышленных комплексов (рисоводство, хлопководство, свекловодство и др.), а также создания крупных отраслевых специализированных орошаемых участков.

10.2.1 Виды орошения

По воздействию на почву и растения различают следующие виды орошения:

- увлажнительное, когда восполняется дефицит влаги в почве или воздухе путем искусственной подачи воды по системе оросительных каналов и трубопроводов;

- удобрительное, когда вместе с водой на поля подается необходимое количество растворенных в ней питательных веществ удобрений. К этому же виду относятся и орошение сточными водами;

- отеплительное, орошение применяют для согревания почвы и растений в полях, парниках, теплицах, используя отработанные теплые воды заводов, ТЭЦ, весенние паводковые воды, термальные воды и воды гейзеров;

- почвоочищающее, когда воду подают на поля или отдельные участки для растворения и вымывания из корнеобитаемого слоя токсичных для растений солей, а также вредителей (филлоксеры, грызунов, личинок майского жука и др.);

- окислительное, когда речную воду, обогащенную кислородом подают на поля, луга и рисовые массивы, где почва бедна кислородом и где закисные химические соединения преобладают над окисными;

- провокационное орошение проводится для вызывания массового прорастания семян и вегетативных органов размножения сорняков;

- противозаморозковое применяется в борьбе с поздневесенними заморозками в плодоводстве и виноградарстве. Эффект достигается за счет увеличения влажности воздуха при применении дождевания.

По периодам развития растений орошение может вегетационным, когда вода подается на поля в период вегетации растений и вневегетационным (влагозарядковым), когда подается на поля в осенний и зимний периоды для создания необходимых запасов влаги не только в корнеобитаемом, но и более глубоких слоях почвы под озимыми культурами, многолетними травами, садами и виноградниками.

По эффективности влияния на растения, а также в зависимости от характера источника орошения, геоморфологических условий орошение подразделяют на регулярное и нерегулярное.

Регулярное орошение является преобладающим. Оно проводится в течение всего вегетационного периода, и вода подается на поле в период развития растений по мере необходимости при помощи системы каналов и сооружений. Этот вид орошения является наиболее эффективным. В зависимости от способа забора воды из источника орошения оно может быть самотечным, когда поступает на орошаемую площадь самотеком, или с механическим подъемом воды - с помощью насосных установок.

При нерегулярном (одноразовом) орошении вода подается один раз за сезон. Задача однократного орошения заключается в том, чтобы создать необходимый запас влаги в слое почвы 1,2…2,0 м с целью получения всходов и благоприятного развития растений в последующий период их роста.

В зависимости от времени проведения однократного орошения и источника воды различают паводковое и лиманное. При паводковом орошении вода на полив поступает из реки по каналам, работающим только в период паводка. Лиманное орошение состоит в задержании в паводковый период стока талых вод на водосборе.

Орошение может быть выборочным и сплошным.

При выборочном орошении (нехватка поливной воды) поливы проводятся только в критические периоды развития растений и регулярно поливают только наиболее ценные культуры. Сплошное орошение охватывает все культуры, независимо от их народнохозяйственной ценности.

10.2.2 Влияние орошения на почву, микроклимат и урожай

Орошение не только восполняет дефицит влаги, необходимой для нормального роста и развития растений, но одновременно оказывает воздействие на почву, создавая благоприятный водно-воздушный и тепловой режимы почвы, на физико-химические и биологические процессы в почве и на микроклимат приземного слоя воздуха, обеспечивая повышение урожая в 2…5 раз, по сравнению с неорошаемыми участками.

Влияние орошения на свойства почвы выражается прежде всего в том, что увлажненные почвы повышают теплоемкость и теплопроводность, усиливают интенсивность испарения, улучшают температурный режим почвы (в теплое время температура снижается, а в холодное - повышается по сравнению с сухой почвой).

Умеренное увлажнение почвы способствует сцеплению мелких частиц в крупные сложные агрегаты. Иссушение и чрезмерная увлажненность почвы снижают процесс структурообразования. При чередовании увлажнения и высыхания поверхностный слой уплотняется, растрескивается, что вызывает необходимость в дополнительной культивации.

Поддержание почвы на оптимальном для растений уровне влажности, способствует прочности структуры, снижению удельных сопротивлений при вспашке, улучшению качества обработки почвы.

При переувлажнении почв, питательные вещества (NРК) выносятся из верхних в нижние слои, что приводит к обеднению запаса полезных солей, снижению буферности среды, увеличению опасности ухудшения физических свойств почв и появлению солонцеватости.

Поливная вода вмывает вглубь не только соли, но и частицы мелкозема, вследствие чего образуется плотный иллювиальный, малопроницаемый для воды и воздуха, слой почвы (в зависимости от гранулометрического состава) на глубине от 0,4...1,2 до 1,2...3 м. В результате уменьшается глубина корнеобитаемого слоя почвы.

В других условиях поливная вода, вмывая вредные соли (NаСI, Nа₂SО₄) вглубь, увеличивает глубину активного слоя почвы.

При поливе почв, содержащих поглощенный Nа, повышается щелочность, что приводит к распылению почвы, ухудшению ее физических свойств.

При высоких поливных нормах происходит подъем уровня грунтовых вод и, как следствие, заболачивание, а подъем сильно минерализованных грунтовых вод может вызвать вторичное засоление почв.

Во избежание потерь воды в глубокие слои почвогрунта и вымывания питательных веществ, а также для предотвращения возможности подъема грунтовых вод, заболачивания и засоления почв, орошение должно быть строго нормировано.

Оросительная вода, повышая влажность почвы, стимулирует микробиологические процессы, сильно увеличивает общее число микроорганизмов в почве (азотобактер, актиномицеты, денитрификаторы и бактерии, разрушающие клетчатку). Жизнедеятельность почвенных бактерий усиливается, поселяются новые виды бактерий, землерои и термиты исчезают и усиленно размножаются дождевые черви. Осенне-зимними влагозарядковыми поливами можно вести вымораживание зимующих в почве живых вредителей.

Орошение оказывает заметное влияние на микроклимат (климат приземного слоя воздуха на высоте растений). Оно выравнивает температуру воздуха, примерно на 30% увеличивает относительную влажность приземного слоя воздуха. После поливов снижение температуры воздуха удерживается в течение 6…9 дней, температура самого растения также понижается. Вследствие увеличения влажности и снижения температуры воздуха в засушливых условиях улучшается рост растений. Испарение с поверхности почвы и растений заметно снижается. Так как листовая поверхность на орошаемых почвах больше, чем на неорошаемых, то в приземном слое воздуха отмечается меньшая скорость ветра. Особенно благоприятный микроклимат создается при орошении полей дождеванием.

Наличие в почве достаточного количества влаги улучшает протекание физиологических процессов, связанных с ростом растений. Растения не перегреваются, образуется разветвленная корневая система, репродуктивные органы развиваются нормально. Эти факторы положительно сказываются на продуктивности сельскохозяйственных культур и качестве урожая.

Даже разовое увлажнение почвы в степной зоне, каким является влагозарядковое или лиманное орошение, повышает урожайность зерна пшеницы на 30%, а многолетних трав - в 2 раза. На орошаемых землях получают наиболее высокие и устойчивые урожаи - в 2…3 больше, чем на неорошаемых землях, а в очень засушливых районах - в 10…20 раз.

Орошение влияет не только на количество, но и на качество урожая. При умеренном орошении происходит увеличение клетчатки, сахаристости, крахмала, жиров, белков, углеводов, а вкусовые качества не ухудшается; окраска плодов фруктов и овощей лучше и ярче. При умеренном увлажнении сахаристость возрастает у сахарной свеклы, томатов, фруктов и ягод. С увеличением оросительной воды доля крахмала растет медленно. Избыточное орошение вызывает растрескивание плодов у томата, уменьшение содержания сахара у свеклы, крахмала у картофеля и т.д. При орошении дождеванием повышаются процент белка и хлебопекарные свойства зерна, но несколько понижается содержание протеина.

Таким образом, орошение при правильном его применении оказывает всестороннее положительное воздействие на внешнюю среду, способствуя повышению плодородия почвы, улучшению микроклимата, формированию высокого и устойчивого урожая лучшего качества. Но благоприятное действие орошения проявляется в полной мере только тогда, когда поливы в комплексе с соответствующей агротехникой, проводятся в сроки и количествах, отвечающих потребностям растений.

10.2.3 Элементы режима орошения

Вода, как и другие факторы внешней среды, необходима растениям для нормальной жизнедеятельности. Содержание ее в растениях может изменяться в пределах 70…80% и более от массы растения. В корнях ее обычно содержится 70…80%, в листьях - 80…90%. Значение воды заключается прежде всего в том, что она растворяет и делает подвижными различные соединения в растении, без чего невозможна его жизнедеятельность. Благодаря воде, в растительных клетках происходит обмен веществ, и его продукты передвигаются из одних тканей и органов в другие. Вода необходима растению для образования органического вещества и построения различных органов.

Из всей поглощенной почвенной влаги растением усваивается лишь незначительная часть (0,15…0,20%), а оставшаяся теряется на транспирацию растений и испарение с поверхности земли. В процессе транспирации, т.е. выделения воды из растения, охлаждаются его ткани, и этим предотвращается вредный для них перегрев.

Однако не всегда растения могут получить необходимое количество влаги, поскольку почва также обладает сосущей силой, то есть способна, благодаря капиллярному строению, всасывать и удерживать воду. Чем меньше размеры почвенных частиц и ниже влажность почвы, тем выше ее сосущая сила. При насыщении почвы водой до полной влагоемкости (ПВ) ее сосущая сила равна нулю. В растение же вода может поступать, если сосущая сила корневых волосков превышает сосущую силу почвы, то есть когда влажность почвы превышает влажность завядания растений (ВЗ). При влажности корнеобитаемого слоя ниже ВЗ, скорость передвижения влаги в почве резко снижается, и корни растений получают влаги меньше, чем расходуется на транспирацию, что снижает продуктивность растений. Но и избыток влаги в почве может привести к негативным последствиям. При влажности почвы выше наименьшей влагоемкости (НВ), в корнеобитаемом слое ухудшается газообмен и растение испытывает недостаток в кислороде, поэтому наиболее благоприятна для жизнедеятельности растений влажность в интервале 60…100% НВ.

Потребность растений в воде неодинакова и в разные фазы их развития. Для каждой культуры существуют свои критические периоды, когда недостаток влаги в почве особенно сильно снижает урожай.

Влажность почвы регулируют поливами. Интервал времени, в течение которого проводят полив, называют поливным периодом, интервал времени от начала первого полива до конца последнего - оросительным периодом, интервал времени между смежными поливами - межполивным периодом.

Поливная норма - количество воды, которое выдают сельскохозяйственной культуре за один полив. Оросительная норма - количество воды, которое выдают сельскохозяйственной культуре за весь оросительный период. Оросительная норма равна сумме поливных норм. Поливную и оросительную нормы выражают в кубических метрах воды на 1 га площади, занятой культурой.

Таблица 41

Средние оросительные нормы для основных сельскохозяйственных культур по зонам Российской Федерации, м³/га

Культуры	Зона
	лесостепь	степь	полупустыня
Яровая пшеница	1300-2100	2000-2500	3000-4000
Озимая пшеница	1100-1900	2500-3500	3500-4500
Зернобобовые	1100-1600	1500-2500	3000-4000
Кукуруза на зерно	2000-3600	3600-4600	5500-8000
Кукуруза на силос	2000-3000	3000-4400	5000-7500
Сахарная свекла	2000-3300	4200-5600	5500-8000
Многолетние травы	3000-4400	4500-6200	6000-10000
Ранний картофель	1500-2400	2600-3100	3000-4500
Овощи	2300-3500	4000-6500	6000-8000
Хлопчатник	-	-	-
Виноградники	2000-2800	3100-4400	4500-6500
Сады	1800-2600	2700-4400	4200-6500

Под режимом орошения сельскохозяйственных культур понимают совокупность норм, сроков и числа поливов. Режим орошения должен обеспечивать наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы для данной культуры и получение высоких урожаев при соблюдении экологических требований.

На режим орошения влияют следующие факторы:

- климатические (осадки, температура воздуха, относительная влажность воздуха и др.);

- биологические (период вегетации, глубина корневой системы, период максимального потребления воды);

- почвенные (влагоемкость и плотность почвы, коэффициент завядания, плодородие);

- гидрологические (глубина и химизм грунтовых вод, их участие в увлажнении);

- экономические (режим орошения необходимо устанавливать на основе экономических расчетов путем сопоставления капитальных вложений и текущих эксплуатационных затрат на орошение с получаемой при этом прибылью).

Благоприятное действие орошения проявляется в полной мере тогда, когда поливы, в комплексе с соответствующей агротехникой, проводятся в количествах и сроки, отвечающие потребностям растений.

10.2.4 Определение сроков поливов

Сроки поливов сельскохозяйственных культур увязывают с наиболее ответственными фазами и периодами роста и развития растений, с биологическими особенностями культуры, метеорологическими условиями и др. Сроки поливов могут определяться разными методами, но любой метод не должен допускать снижения влажности почвы до нижнего предела, установленного для данной культуры.

В практике орошения применяют ряд методов определения сроков полива сельскохозяйственных культур.

Поливы по морфологическим признакам растений. Этим методом пользуются с незапамятных времен. Поливы назначают, руководствуясь внешним видом растений: по изменению окраски листьев или при появлении признаков их увядания. Поливы приурочивают к моменту, когда обозначается завядание листовой пластинки, когда последняя опускается, и окраска ее изменяется, или при наличии гофрированности и скручивания листьев. При этом к проведению поливов приступают при наличии 25% растений с незначительно ослабленным тургором листьев. Однако наилучшие сроки полива уже упущены.

Поливы по фазам развития растений. Метод позволяет учитывать неодинаковую чувствительность культур в различные периоды их жизни к понижению влажности почвы. Для растений выявлены критические периоды, когда они наиболее чувствительны к недостатку влаги, установлена их продолжительность и для различных зон орошаемого земледелия страны определены сроки и число поливов - для основных фаз развития сельскохозяйственных культур.

Поливы по физиологическим признакам растений. Надежным ориентиром определения потребности в поливе служит физиологическое состояние самого растения. При этом можно руководствоваться одним из следующих показателей: сосущая сила листьев, концентрация клеточного сока (ККС) или его осмотическое давление.

Ориентировочные сроки полива сельскохозяйственных культур можно легко и быстро установить по ККС листьев, определяемого с помощью ручного рефрактометра.

С повышением влажности почвы ККС листьев уменьшается. При одной и той же влажности почвы она повышается с возрастом растения. Поливы по этому показателю проводятся тогда, когда ККС достигает определенных величин, дифференцированных для разных культур и сортов, фаз и стадий развития, специфики почвенно-климатических условий.

Поливы по влажности почвы основаны на применении термостатно-весового метода, при котором сроки полива диагностируют путем прямого контроля за влажностью почвы. Величина нижнего предела оптимальной влажности почвы изменяются в зависимости от стадий и фаз развития, особенностей почвенных и климатических условий, уровня агротехники и урожая. При этом поливы рекомендуется проводить с поддержанием дифференцированной влажности почвы в определенных пределах, обычно от 60 до 85% НВ. Эти пределы будут разными в соответствии с биологическими особенностями культур, стадий их развития, а также применительно к разным почвенно-климатическим зонам.

Экспериментальные данные, полученные во многих районах орошаемого земледелия показали, что нормальное увлажнение растений, происходит для легких почв при влажности 60…100% НВ, для средних по гранулометрическому составу почв - в пределах 70…100% НВ, а для тяжелых - 80…100% НВ.

Минимально допустимую влажность почвы в зоне распространения основной массы корней можно принять из табл. 42.

Таблица 42

Минимально допустимая влажность почвы, % НВ

Культура	Для незасоленных почв	Для слабозасоленных почв
	тяжелых	легких	тяжелых	легких
Хлопчатник	70-75	65-70	75-80	70-75
Многолетние травы	70-75	65-70	75-80	70-75
Зерновые	65-70	60-65	70-75	65-70
Кукуруза	65-70	60-65	75-80	70-75
Корнеплоды	70-75	65-70	75-80	70-75
Овощные	75-80	70-75	80-85	75-80
Плодово-ягодные	70-80	60-70	75-80	70-75

Примечание: к легким почвам отнесены супесчаные, легкосуглинистые, и частично среднесуглинистые; к тяжелым - среднесуглинистые, тяжелосуглинистые и глинистые.

Поливы тензиометрическим методом (с помощью тензиометров), когда используются достаточно простые приборы, регистрирующие давление почвенной влаги. Тензиометр калибруют на автоматическую регистрацию критической влажности, соответствующей нижнему уровню оптимальной влажности почв для развития данной культуры.

10.3 Способы орошения и техника полива культур

Способ орошения - комплекс мер и приемов распределения воды на поливном участке и превращение водного потока в почвенную и атмосферную влагу.

Различают следующие способы орошения:

- поверхностное - распределение воды по поверхности земли с помощью борозд, полос и затопления чеков;

- дождевание - создание искусственного дождя;

- аэрозольное увлажнение (мелкодисперсное дождевание) - распыление мельчайших капель воды для регулирования температуры и влажности приземного слоя воздуха над полем;

- внутрипочвенное - подача воды непосредственно в корнеобитаемую зону почвы по увлажнителям или подъем уровня почвенно-грунтовых вод;

- капельное - локальное орошение с помощью микроводовыпусков, поливных капельниц.

Полив - однократное искусственное увлажнение почвы и (или) приземного слоя воздуха. Техника полива - параметры технологии проведения полива (длина борозд, полос, расходы, дальность полета дождевальной струи, расстояния между увлажнителями и др.). Техника полива - элементы и устройства, переводящие оросительную воду из состояния водного тока, транспортируемого оросительной сетью, в состояние почвенной влажности на орошаемых полях, т.е. техническое осуществление полива при том или ином способе орошения.

Поливная техника - технические средства (машины, механизмы и орудия) для проведения полива.

Основное назначение и условия применения различных способов орошения приведены в таблицах 43 и 44.

Таблица 43

Основное назначение различных способов орошения

Способ орошения	Увлажнение почвы	Увлажнение воздуха	Влагозарядка	Промывка от солей	Внесение удобрений	Орошение сточными водами	Термо-регуляционное увлажнение растений	Провокационные поливы для роста сорняков
Дождевание	+	+	х	-	+	х	+	+
Поверхностное	+	х	+	+	х	+	-	+
Подпочвенное	+	-	-	-	+	+	-	-
Капельное	+	-	-	-	+	-	-	-
Аэрозольное	-	+	-	-	-	-	+	-

Примечание: «+» - обеспечивает; «-» - не обеспечивает; «х» - частично обеспечивает.

Рис. 35. Классификация способов орошения

В районах неустойчивого увлажнения, когда использование местного поверхностного стока для регулярного орошения по природным условиям технически невозможно или экономически нецелесообразно, проектируют системы лиманного орошения.

При выборе способа орошения и поливной техники необходимо учитывать климатические, почвенные, геоморфологические, гидрологические, биологические, хозяйственные, водохозяйственные, экономические и другие факторы.

Таблица 44

Применение различных способов орошения в неблагоприятных природно-климатических условиях

Способ орошения	Засоленные почвы	Легкие песчаные почвы	Тяжелые почвы	Сложный рельеф	Большие уклоны	Близко расположенные минерализованные воды	Дефицит водных ресурсов	Минерализованная поливная вода	Сильный ветер
Дождевание	-	+	х	+	+	+	+	-	х
Поверхностное	+	х	+	х	х	х	х	х	+
Внутрипочвенное	-	х	х	х	+	-	+	-	+
Капельное	-	х	+	+	+	-	+	-	+
Аэрозольное	+	+	+	+	+	+	+	-	+

Примечание: «+» - применимо; «-» - неприменимо; «х» - частично применимо.

Климатические факторы: увлажненность территории, испаряемость, температура и влажность воздуха, ветровой режим (скорость и направление ветра). В острозасушливой зоне, где отмечаются значительные дефициты влажности воздуха и почвы, дождевание, как способ полива, малоэффективен.

Для различных видов поливной техники следует принимать следующие предельные значения скорости ветра: для дальнеструйных дождевальных машин - до 2…2,5 м/с; для среднеструйных - до 5 м/с; для короткоструйных - 6…7 м/с; для консольных и многоопорных - до 8…10 м/с.

Почвенные факторы: гранулометрический состав, влагоемкость, водопроницаемость, степень засоления, мощность почвенного покрова и устойчивость почв против водной эрозии.

Оптимальное условие применения дождевальных машин - это соответствие между скоростью впитывания воды в почву и интенсивностью искусственного дождя. Допустимая интенсивность дождя (без стока и образования луж при заданной поливной норме) составляет для тяжелых почв 0,1…0,2 мм/мин, средних - 0,2…0,3, легких - 0,5…0,8 мм/мин.

На почвах сильно- и среднезасоленных, а также на почвах плохо водопроницаемых полив дождеванием не рекомендуется.

Геоморфологические факторы, которые влияют на расположение оросительной сети (открытой, закрытой) и выбор техники полива: уклон поверхности земли и протяженность склонов.

Полив затоплением возможен на спланированных участках при уклонах не более 0,002. Наиболее благоприятный продольный уклон для поливных борозд - 0,002…0,008, для полос - 0,002…0,004, максимальный уклон не должен превышать 0,015…0,02. Полив дождеванием агрегатом ДДА-100МА наиболее целесообразен при уклоне до 0,004, а дальнеструйные агрегаты типа ДДН-70 (100) рекомендуются на уклонах до 0,01. На больших уклонах (до 0,05) возможен полив установками «Фрегат», «Волжанка» и др.

Таблица 45

Способ орошения в зависимости от гидрологических условий

Минерализация грунтовых вод, г/л	Критическая глубина залегания грунтовых вод, м	Способ орошения
1,5…3	1,5…2,2	Дождевание
3…5	2,2…3	Дождевание, комбинированные поливы
5…7	3,35	Поверхностное орошение
Более 7	3,2…3,7	То же на фоне промывных поливов

Гидрологические факторы: глубина залегания и минерализация грунтовых вод. При близком расположении к поверхности пресных грунтовых вод рекомендуется полив дождеванием, так как близко залегающие грунтовые воды обеспечивают хорошее подпитывание растений, что уменьшает расход воды на полив. При высоком стоянии минерализованных грунтовых вод необходим дренаж, а лучший способ орошения - поверхностный самотечный.

Биологические факторы: требования культур к режиму орошения, характер развития растений. Средства механизации при поверхностном орошении, аэрозольном увлажнении и дождевании выбирают в зависимости от высоты надземной части растений.

Дождевальная техника	«Волжанка»	ДДА-100МА	«Фрегат»	«Кубань»
Высота растений, м	до 0,1	до 2	до 2,5	до 4

Дождевание наиболее целесообразно для сельскохозяйственных культур с мелкой корневой системой (овощные). Для культур, корневая система которых расположена в глубоких слоях почвы, дождевание эффективно лишь при достаточных запасах влаги, создаваемых за счет осадков, влагозарядковых поливов, проводимых до посева.

Водохозяйственные факторы: размещение и специализация сельскохозяйственного производства, севообороты (размер полей и виды севооборотов, организация территории, конфигурация участков орошения).

Водохозяйственные показатели - обеспеченность хозяйства водой и поливной техникой, качество оросительной воды, размеры поливных участков и др. При недостатке оросительной воды поверхностное орошение имеет ограниченное применение. При высокой мутности оросительной воды (более - 1…1,6 г/л) применяется только поверхностное орошение. На малых орошаемых участках площадью менее 30 га при отсутствии квалифицированных поливальщиков рационально использовать дождевание.

Экономические факторы - капитальные и эксплуатационные затраты на строительство и эксплуатацию оросительных систем.

10.3.1 Поверхностное орошение

В зависимости от характера распределения поливной воды по полю и способа перевода в почвенную влагу поверхностное орошение осуществляется: затоплением, по полосам и по бороздам.

Полив затоплением - один из наиболее древних способов поверхностного орошения. В настоящее время полив затоплением ограничен возделыванием риса, лиманным орошением, почвоочищающим, а в некоторых случаях влагозарядковыми и вегетационными поливами под полевые культуры. Затопление применяют и при выращивании культур, хорошо переносящих кратковременное затопление слоем воды (люцерна, кукуруза, овес, сорго, пшеница, ячмень и др.). Применению полива затоплением благоприятствуют ровный безуклонный или малоуклонный (не более 0,001) рельеф местности, слабоводопроницаемые почвогрунты, хорошая естественная или искусственная дренированность территории, а также достаточная водообеспеченность источника орошения.

Для него характерны: высокая производительность труда (15…20 га за смену на одного поливальщика), возможность осуществления контроля и автоматизации (качество полива определяется наличием слоя воды 10…15 см), простота устройства мелкой регулирующей оросительной сети (вся сеть состоит из оросителей-дрен и земляных постоянных валиков).

При возделывании риса со слоем воды орошаемую площадь разбивают на отдельные прямоугольные горизонтальные площадки-чеки. Ограждают их постоянными валиками высотой до 0,5…0,6 м, оросительными, сбросными и дренажными каналами.

Поливная норма в зависимости от размера чека колеблется в пределах 1500…4000 м³/га.

Полив по полосам применяют при орошении культур сплошного сева. Вода при таком поливе движется по поверхности почвы, ограниченной с двух сторон валиками высотой 15…25 см, слоем 2…3 см. Ширина полос согласуется с шириной захвата сельскохозяйственной техники и принимается ровной 3,6…4,2 м или кратной ей. Полив по полосам чаще применяют для проведения вегетационных поливов культур узкорядного посева (зерновые колосовые, многолетние и однолетние травы и др.), плодовых насаждений и виноградников, а также предпосевных, влагозарядковых и промывочных поливов под любые культуры.

Полив по полосам может быть с боковым или головным впуском воды. Боковой напуск воды на поливную полосу обычно применяют в предгорных районах при орошении зерновых, плодовых культур, трав, где уклоны составляют 0,03 и более. Головной впуск воды применяют на хорошо спланированных площадях при уклонах не более 0,003.

Поливная норма при поливе по полосам колеблется в пределах 800…1500 м³/га.

Полив по бороздам наиболее совершенный способ поверхностного самотечного орошения и самый распространенный способ полива пропашных культур (кукуруза, подсолнечник, свекла, хлопчатник, картофель и т.д.), виноградников, садов и овощных культур.

Оросительная вода при поливе бороздам распределяется не сплошным затоплением поверхности поля, а по нарезаемым в междурядьях пропашных культур углублениям - бороздам. В зависимости от культуры, мощности и гранулометрического состава почвы, борозды разделяют на мелкие (глубиной 10…15 см), средние (15…20 см) и глубокие (свыше 20 см). Мелкие применяют в ранние сроки оросительного периода, на культурах с узкими междурядьями и при ленточных посевах. Средние борозды нарезают для культур с междурядьми 60…70 см, а глубокие борозды применяют на почвах с плохой водоотдачей, при орошении плодовых культур и виноградников.

По впитыванию поливной воды и способу проведения полива различают проточные и тупые борозды. Наибольшее распространение получил полив по проточным бороздам, при котором впитывание влаги в почву обеспечивается движущейся струей воды от головной до концевой части борозды.

Полив по проточным бороздам применяют при уклонах поверхности от 0,002 до 0,008, то есть при понижении местности из расчета на 1000 м длины борозды на 2…8 м. Максимально допустимые уклоны 0,01…0,02. Полив по тупым затопляемым бороздам проводят на почвах с низкой водопроницаемостью, где невозможно впитывание поливной нормы за время движения воды по борозде. Полив по тупым затопляемым бороздам применим на участках с малыми уклонами поверхности (менее 0,005), так как это позволяет равномерно увлажнить почву и исключает возможность переполнения нижних частей поливной борозды.

Борозды-щели нарезают специальным орудием. Они способствуют увеличению впитывающей способности борозд на слабоводопроницаемых почвах. Ширина формируемой щели в дне борозды 3…4 см, глубина 10…15 см.

Поливная норма при поливе по бороздам колеблется в пределах 400…1500 м³/га.

10.3.2 Дождевание

Дождевание - самый распространенный способ орошения в РФ. Сущность полива дождеванием состоит в том, что оросительная вода, под действием искусственно создаваемого давления с помощью специальных аппаратов или насадок, распыляется на мелкие капли. Под действием силы тяжести капли дождя падают на орошаемую площадь, увлажняя при этом приземный слой воздуха, растения и почву.

Достоинства орошения дождеванием: высокий уровень механизации, частичная или полная автоматизация процесса полива; возможность применения на площадях, имеющих как прямые, так и обратные уклоны или безуклонную поверхность; меньшие, по сравнению с поверхностным способом орошения объемы, планировочных работ, что наряду с сокращением материальных затрат, способствует сохранению естественного плодородия почвы; возможность маневрирования поливными нормами в широком диапазоне (от 50 до 900 м³/га) без потерь воды на глубинную фильтрацию; строгое нормирование поливных норм расширяет условия применения этого способа орошения на массивах с различным уровнем залегания грунтовых вод, предупреждает засоление и заболачивание орошаемых земель и др.

Недостатки дождевания: высокая энергоемкость; большие затраты металла; отрицательное влияние ветра; трудности при орошении тяжелых по гранулометрическому составу слабоводопроницаемых почв и др.

Структура искусственного дождя характеризуется его интенсивностью, размером капель и равномерностью распределения по орошаемой площади. Интенсивность дождя выражается его слоем, выпадающим на орошаемую площадь за единицу времени и измеряется в мм/мин.

Интенсивность искусственного дождя не должна превышать скорость впитывания воды данной почвой в конце полива на одной позиции. Несоблюдение этого требования ведет к образованию луж и поверхностного стока, возникновению ирригационной эрозии, что может вызвать ухудшение водно-физических свойств почвы, нарушить ее структуру.

В зависимости от требуемого для распыления воды давления различают короткоструйные, среднеструйные и дальнеструйные насадки.

Короткоструйные, или низконапорные, дождевальные насадки работают при давлении 40…160 кПа. Они характеризуются малой энергоемкостью, равномерным распределением дождя по площади, небольшим радиусом захвата (5…10 м), хорошим распылением воды со средним диаметром капель дождя 0,9…1,2 мм.

К среднеструйным относятся дождевальные аппараты, работающие при давлении 160…400 кПа. Радиус захвата ими дождем составляет 12…20 м. Увеличение радиуса захвата до 40…60 м и более связано с необходимостью повышения давления до 400…1000 к Па. Такие аппараты и оборудованные ими дождевальные агрегаты относятся к высоконапорным дальнеструйным.

В зависимости от типа насадок или аппаратов дождевальные машины и установки разделяют на короткоструйные, среднеструйные и дальнеструйные. К дождевальным машинам относятся агрегаты, использующие механическую или гидравлическую энергию как на образование дождя, так и для перемещения по орошаемому полю (ДДА-100МА, «Фрегат», «Кубань», ДДН-100 и др.). Дождевальные установки представлены трубопроводами, которые оборудованы насадками или струйными аппаратами для распыления воды. Перемещение их с позиции на позицию осуществляется переносом отдельных звеньев труб вручную (КИ-50, «Сигма» и др.) или с помощью двигателя внутреннего сгорания ДКШ-64 «Волжанка».

Короткоструйные дождевальные машины. Полив зерновых, овощных, кормовых, технических культур, ягодных кустарников, плодовых питомников, лугов и пастбищ, расположенных на относительно ровных участках и допускающих устройство открытых оросителей, осуществляют двухконсольным дождевальным агрегатом ДДА-100МА.

Во время полива трактор движется по приканальной дороге и забирает воду из временного оросителя или лотка. Производительность машины за 1 час чистой работы при поливной норме 600 м³/га составляет 0,78 га.

Электрифицированная дождевальная машина ЭДМФ «Кубань-М» предназначена для полива кормовых, зерновых, технических культур, включая высокостебельные.

Машина обеспечивает полив в движении со средней скоростью 0,2…2,0 м/мин. Воду машина забирает из открытого облицованного оросительного канала. Конструкция машины позволяет проводить полив в автоматическом режиме без участия оператора при движении в одном и противоположном направлениях с заданной скоростью для выдачи строго определенной поливной нормы (65…635 м³/га). Ширина захвата машины дождем 800 метров. Производительность машины за 1 час чистой работы при поли...