Водоспоживання та врожайність сільськогосподарських культур за підґрунтового краплинного зрошення

Размещено на http://www.allbest.ru

Інститут водних проблем і меліорації Національної академії аграрних наук України

Водоспоживання та врожайність сільськогосподарських культур за підґрунтового краплинного зрошення

Шатковський А.П. - д.с.-г.н., член-кореспондент Національної академії аграрних наук України, заступник директора з наукової роботи,

У статті наведено результати експериментальних досліджень із вивчення впливу способу укладання поливних трубопроводів (ПТ) краплинного зрошення на параметри водного режиму ґрунту, урожайність та коефіцієнти водоспоживання польових сільськогосподарських культур. Польові дослідження проведено у період 2018-2020 рр. на землях Кам'янсько-Дніпровської дослідної станції ІВПіМ НААН і Брилівського дослідного поля ІВПіМНААН на культурах нуту, соняшнику, сої і кукурудзи на зерно. водоспоживання врожайність сільськогосподарський

За результатами експериментальних досліджень підтверджено, що спосіб укладання поливних трубопроводів достовірно впливає на параметри формування водного режиму ґрунту і врожайність польових сільськогосподарських культур. Так, за підґрунтового краплинного зрошення було проведено меншу кількість вегетаційних поливів (13-23) порівняно з поверхневим укладанням ПТ (18-29). За цього як загальна норма зрошення (на 0,62-1,11 тис м3/га), так і сумарне водоспоживання рослин (на 0,56-1,12 тис м3/га) також були достовірно нижчими за умови внутрішньоґрунтового укладання ПТ.

Різниця у врожайності як нуту (4,26-4,22 т/га), так і соняшнику (4,24-4,00 т/га) за різних варіантів укладання ПТ була у межах похибки польового досліду - НІР05 становила 0,34 та 0,32 т/га відповідно.

Найвищу врожайність зерна як сої, так і кукурудзи отримано за класичного варіанту краплинного зрошення - 5,87 і 20,69 т/га відповідно, тоді як за внутрішньоґрунтового укладання поливних трубопроводів урожайність цих культур була достовірно нижча - 4,14 т/га і 16,44 т/га. НіР05 у цих дослідах становив 0,49 та 1,93 т/га відповідно.

Менші коефіцієнти водоспоживання отримано за вирощування нуту і соняшнику із внутрішньоґрунтовим укладанням поливних трубопроводів системи краплинного зрошення - 1296 м3/т і 1020 м3/т. За вирощування сої і зернової кукурудзи менші коефіцієнти водоспоживання були за краплинного зрошення з поверхневим укладанням поливних трубопроводів - 999 м3/т і 267 м3/т відповідно.

Ключові слова: поливні трубопроводи, підґрунтове краплинне зрошення, сумарне водоспоживання, коефіцієнт водоспоживання.

Shatkovskyi A.P., Melnychuk F.S., Retman M.S. Gulenko O.I., Kalilei V.V. Water consumption and productivity of agricultural crops under subsurface drip irrigation

The article presents the results of experimental studies of the influence of the method of laying irrigation pipelines (IP) of drip irrigation on the parameters of the water regime of the soil, yield and water consumption coefficients of field crops. Field studies were carried out in the period of2018-2020 on the lands of the Kam'yansko-Dniprovska research station of IWPaLR NAAS on chickpea, sunflower, soybeans and corn for grain.

According to the results of experimental studies, it was confirmed that the method of laying irrigation pipelines reliably affects the parameters of the formation of the water regime of the soil and the yield offield crops. So, with subsurface drip irrigation, a smaller number of vegetation irrigations was carried out (13-23) compared to the surface laying of irrigation pipelines IP (18-29). Therefore, both the general irrigation rate (by 0.62-1.11 thousand m3/ha) and the total water consumption of plants (by 0.56-1.12 thousand m3/ha) were also significantly lower with the subsurface laying of irrigation pipelines.

The difference in the yield of both chickpea (4.26-4.22 t/ha) and sunflower (4.24-4.00 t/ha) with different options for laying of irrigation pipelines was within the error ofthefield experiment - LSD05 was 0.34 and 0.32 t/ha, respectively.

The highest grain yield of both soybeans and corn was obtained in the classical version of drip irrigation - 5.87 and 20.69 t/ha, respectively, while with the subsurface laying of irrigation pipelines, the yield of these crops was significantly lower - 4.14 t/ha and 16.44 t/ha. LsDas in these experiments was 0.49 and 1.93 t/ha, respectively.

Lower water consumption coefficients were obtained when growing chickpeas and sunflower with subsurface laying of irrigation pipelines of the drip irrigation system - 1296 m3/t and 1020 m3/t. When growing soybeans and grain corn, lower water consumption coefficients were under drip irrigation with surface laying of irrigation pipelines - 999 m3/t and 267 m3/t, respectively.

Key words: irrigation pipelines, subsurface drip irrigation, total water consumption, water consumption coefficient.

Постановка проблеми. За даними Українського гідрометеорологічного інституту ДСНС та НАН України [1], за останні 30 років середньорічна температура в Україні зросла майже на 1 °С. Це практично дорівнює підвищенню температури повітря на всій Земній кулі за останнє сторіччя [2].

До основних наслідків змін клімату належить зміна гідрологічного режиму, зменшення кількості та погіршення якості водних ресурсів і забезпеченості ними всіх галузей економіки, а в першу чергу - аграрного виробництва. Значне зростання дефіциту природного вологозабезпечення перетворило його на лімітуючий чинник сталого розвитку аграрного сектору економіки держави [2].

Відомо багато заходів, які спрямовані на мінімізацію негативного впливу посух, проте найефективнішим та кардинальним вирішенням проблеми є зрошувальні меліорації [3]. Положеннями «Стратегії зрошення та дренажу в Україні на період до 2030 року» [4] визначено ключові напрями державної політики в галузі меліорації. Зокрема, положення про те, що розвиток зрошення повинен базуватися виключно на новій техніко-технологічній основі, у тому числі на впровадженні сучасних ресурсо- та енергоефективних, а також екологічно безпечних способів зрошення.

Найбільшою мірою цим критеріям відповідають способи мікрозрошення, конструктивними ознаками яких є дискретне, з мінімальними непродуктивними втратами, під відносно низьким тиском та низькою інтенсивністю подавання поливної води і добрив у зону інтенсивного розвитку кореневої системи рослин [4]. Перелічені конструктивні ознаки передусім реалізовано на системах краплинного зрошення (КЗ) із наземним і внутрішньоґрунтовим розміщенням поливних трубопроводів (Пт) [5].

Отже, актуальним було проведення досліджень із вивчення формування продуктивності польових сільськогосподарських культур за різних способів укладання поливного трубопроводу за краплинного способу зрошення.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Продуктивність переважної більшості сільськогосподарських культур за умов підґрунтового укладання поливних трубопроводів краплинного зрошення є достатньо вивченою у різних ґрунтово-кліматичних умовах [6-10]. Поряд із цим у кліматичних умовах Степу України проведено лише точкові дослідження, якими вивчено вплив підґрунтового краплинного зрошення на продуктивність вітчизняних гібридів зернової кукурудзи [11-13].

Постановка завдання. Метою досліджень було встановлення параметрів водного режиму ґрунту та врожайності польових сільськогосподарських культур (сої, нуту, соняшнику, кукурудзи) в умовах Степу України.

Матеріали і методи досліджень. Польові дослідження проведено на землях Кам'янсько-Дніпровської дослідної станції ІВПіМ НААН (соя і кукурудза, Запорізька область) та Брилівського дослідного поля ІВПіМ НААН (нут і соняшник, Херсонська область) протягом 2018-2020 рр. Вивчали два варіанти: краплинне зрошення (КЗ) із наземним укладанням поливних трубопроводів (ПТ) та підґрунтове краплинне зрошення з укладанням ПТ на глибину 25 см. Умовним контролем був варіант без зрошення. Дослідження проводили за загальноприйнятими методиками: розміщення ділянок - систематичне, повторність - чотириразова, площа облікових ділянок - 30 м2 [14; 15], гібрид кукурудзи - ДКС 5276 (ФАО 460), сорт сої - Оксана, сорт нуту - Буджак, гібрид соняшнику - Український F1.

Польові дослідження проводили на типових для конкретної зони ґрунтах. Для визначення та уточнення властивостей і характеристик ґрунтів на дослідних ділянках щороку двічі (восени та навесні) відбирали проби та закладали ґрунтові розрізи згідно з ДСТУ 4287 [16] (табл. 1).

Таблиця 1

Зведені дані водно-фізичних та агрохімічних властивостей ґрунтів дослідних ділянок (шар ґрунту - 0-50 см)

Рівень передполивної вологості у дослідах - 80 % від НВ ґрунту. Для призначення строків поливу використано інструментальні комплекси: мультисенсорний зонд AquaSpy CTG-02, зонд Drill and Drop компанії Sentek та станцію вологості ґрунту iMetos із датчиками Echo Probe EC-5 [17]. Ураховуючи технологічну специфіку підгрунтового краплинного зрошення, сходи рослин на цьому варіанті досліду отримували за рахунок природніх вологозапасів ґрунту [18]. Статистичний аналіз результатів досліджень проводили за дисперсійним, кореляційним і регресійним методами з використанням програми Statistica 6.0.

Виклад основного матеріалу дослідження. Результати проведених польових досліджень показали, що фактичні режими зрошення, параметри водоспоживання та врожайність культур формувалися залежно від способу укладання ПТ і метеорологічних умов вегетаційного періоду у розрізі років досліджень. Нами було усереднено параметри водного режиму ґрунту за різних способів зрошення у розрізі років досліджень (табл. 2).

Параметри водного режиму ґрунту за вирощування

польових сільськогосподарських культур залежно

від конструкцій системи краплинного зрошення Таблиця 2

Аналізуючи дані табл. 2, констатуємо, що внутрішньоґрунтове укладання ПТ за рахунок мінімізації фізичного випаровування вологи з поверхні ґрунту потребувало проведення меншої кількості вегетаційних поливів (на 4-6).

Це, своєю чергою, достовірно знижувало загальну норму зрошення (на 0,62-1,11 тис м3/га) та сумарне водоспоживання рослин (на 0,56-1,12 тис м3/га). В умовах зрошення максимальних витрат вологи потребували рослини сої за класичного краплинного зрошення - 5,86 тис м3/га, мінімальних - посіви соняшника за внутрішньоґрунтового укладання ПТ - 4,08 тис м3/га. Закономірно, що відсутність зрошення значно знижувала інтенсивність процесів сумарного водоспоживання рослин, величини якого у розрізі культур на цьому варіанті досліду становили від 1,64 до 2,70 тис м3/га. Водночас найбільший об'єм спрацювання доступної ґрунтової вологи рослинами сільськогосподарських культур відзначаємо на варіанті без зрошення - від 0,89 до 1,03 тис м3/га.

Різниця в урожайності як нуту (4,26-4,22 т/га), так і соняшнику (4,24-4,00 т/га) за різних варіантів укладання ПТ була у межах похибки польового досліду - НІР05 становив 0,34 та 0,32 т/га відповідно.

Найвищу врожайність зерна як сої, так і кукурудзи отримано за класичного варіанту краплинного зрошення - 5,87 і 20,69 т/га відповідно, тоді як за внутрішньоґрунтового укладання поливних трубопроводів урожайність цих культур була достовірно нижча - 4,14 т/га і 16,44 т/га. НІР05 у цих дослідах становила 0,49 т/га і 1,93 т/га відповідно (табл. 3).

Урожайність та коефіцієнти водоспоживання польових

сільськогосподарських культур залежно від конструкцій

системи краплинного зрошення Таблиця 3

Інтегральним параметром ефективності використання вологи, як показує досвід вітчизняних і зарубіжних дослідників [19], є коефіцієнт водоспоживання культури, яким визначають питомі витрати вологи на формування одиниці врожаю продуктивних органів рослин [20].

У наших дослідах менші коефіцієнти водоспоживання отримано за вирощування нуту і соняшнику із внутрішньоґрунтовим укладанням поливних трубопроводів системи краплинного зрошення - 1296 м3/т та 1020 м3/т. За класичного варіанту укладання поливних трубопроводів коефіцієнт водоспоживання культур зростав на 19,1 % (до 1545 м3/т) і 7,3 % (до 1094 м3/т) відповідно (табл. 3).

Натомість за вирощування сої і зернової кукурудзи менші коефіцієнти водоспоживання були за краплинного зрошення з поверхневим укладанням поливних трубопроводів - 999 м3/т і 267 м3/т відповідно. За внутрішньоґрунтового їх укладання на глибину 25 см цей параметр збільшувався на 20,1 % (до 1200 м3/т) і на 7,5 % (до 287 м3/т) для сої і кукурудзи відповідно.

Висновки і пропозиції

За результатами експериментальних досліджень підтверджено, що спосіб укладання поливних трубопроводів достовірно впливає на параметри формування водного режиму ґрунту і врожайність польових сільськогосподарських культур: нуту, соняшнику, сої і зернової кукурудзи. Установлено, що впровадження підґрунтового краплинного зрошення є більш доцільним на відносно посухостійких культурах: нуті і соняшнику. За вирощування цих сільськогосподарських культур варіант із внутрішньоґрунтовим укладанням поливних трубопроводів краплинного зрошення забезпечив практично ідентичні параметри їхньої врожайності за нижчих коефіцієнтів водоспоживання рослин. За вирощування сої і кукурудзи варіант класичного краплинного зрошення забезпечив вищу врожайність на тлі менших коефіцієнтів водоспоживання рослин.

Список використаної літератури

Projections of air temperature and relative humidity in ukraine regions to the middle of the 21st century based on regional climate model ensembles / S.V Krakovska et al. Геоінформатика. 2018. № 3(67). С. 62-77.

Вплив сучасних кліматичних змін на водні ресурси та сільськогосподарське виробництво / М.І. Ромащенко та ін. Меліорація і водне господарство. 2020. № 2. С. 5-22. URL: https://doi.org/10.31073/mivg202001-235.

Наукові основи адаптації систем землеробства до змін клімату в Південному Степу України : монографія / Р.А. Вожегова та ін. Херсон : ОЛДІ-ПЛЮС, 2018. 751 с.

Стратегія зрошення та дренажу в Україні на період до 2030 року : Розпорядження Кабінету Міністрів України від 14.08.2019 № 688-р. URL: https:// zakon.rada.gov.ua/laws/show/688-2019-%D1%80 (дата звернення: 21.07.2021).

Стан і перспективи застосування мікрозрошення в умовах змін клімату / М.І. Ромащенко та ін. Меліорація і водне господарство. 2020. № 2. С. 31-38. URL: https://doi.org/10.31073/mivg202001-262.

Patel, N., Rajput, T.B. Effect of subsurface drip irrigation on onion yield. Irrigation Science. 2009. № 27. Р 88-97. URL: https://doi.org/10.1007/s00271-008-0125-0.

Hanson, B., May, D. Effect of subsurface drip irrigation on processing tomato yield, water table depth, soil salinity, and profitability. Agricultural Water Management. 2004. Volume 68. Issue 1, 15. Р. 1-17. URL: https://doi.org/10.1016/j.agwat.2004.03.003.

Kalfountzos, D., Alexiou, I., Kotsopoulos, S. et al. Effect of Subsurface Drip Irrigation on Cotton Plantations. Water Resour Manage. 2007. 21. Р. 1341-1351. URL: https://doi.org/10.1007/s11269-006-9085-4.

Payero, J., Tarkalson, D., Davison, S., Petersen, J. Effect of irrigation amounts applied with subsurface drip irrigation on corn evapotranspiration, yield, water use efficiency, and dry matter production in a semiarid climate. Agricultural Water Management. 2008. Volume 95. Issue 8. Р. 895-908. URL: https://doi.org/10.1016/). agwat.2008.02.015.

Najafi, P., Tabatabaei, S. Effect of using subsurface drip irrigation and ET-HS model to increase WUE in irrigation of some crops. Irrigation and Drainage. 2007. Volume 56. Issue 4. Р 477-486. URL: https://doi.org/10.1002/ird.322.

Продуктивність ліній - батьківських компонентів гібридів кукурудзи залежно від способів поливу та густоти рослин у Південному Степу / РА. Воже- гова та ін. Вісник аграрної науки. 2020. Т. 98. № 2. С. 58-63. URL: https://doi.org/ 10.31073/agrovisnyk202002-09.

Лавриненко Ю.О., Іванів М.О. Продуктивність та адаптивна здатність гібридів кукурудзи залежно від способів поливу і вологозабезпечення в посушливій Степу України. Зернові культури. 2019. Т. 3. № 2. С. 207-216. URL: https://doi.org/10.31867/2523-4544/0079.

Біометричні показники гібридів кукурудзи та їх зв'язок з урожайністю зерна за різних способів поливу та вологозабезпеченості у Посушливому Степу України / О.В. Аверчев та ін. Таврійський науковий вісник. 2020. № 111. С. 3-13. URL: https://doi.org/10.32851/2226-0099.2020.111.1.

Методика польового досліду (зрошуване землеробство) / В.О. Ушкаренко та ін. Херсон : Грінь Д.С., 2014. 448 с.

Методичні рекомендації з проведення досліджень за краплинного зрошення / за ред. М.І. Ромащенка. Київ : ДІА, 2014. 46 с.

Якість ґрунту. Відбирання проб: ДСТУ 4287:2004. Київ : Держстандарт України, 2004. 12 с.

Шатковський А.П., Журавльов О.В. Управління краплинним зрошенням на основі використання Інтернет-метеостанцій iMetos®. Наукові доповіді НУБіП України. 2016. № 2(59). URL: http://journals.nubip.edu.ua/index.php/Dopovidi/article/

Підґрунтове краплинне зрошення: технічні та технологічні аспекти. / А.П. Шатковський та ін. Зерно. 2020. № 12. С. 62-66.

Yang, L., Heng, T., Yang, G., Wang, J., Analysis of factors influencing effective utilization coefficient of irrigation water. Water. 2021. № 13. Р 189. URL: http://doi.org/10.3390/w13020189.

Ушкаренко В.О. Зрошуване землеробство. Київ : Вища школа, 1995. 328 с.

Размещено на Allbest.ru