Комбинированное орошение сельскохозяйственных культур

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

УДК 631.6

КОМБИНИРОВАННОЕ ОРОШЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

А.С. Овчинников, член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Волгоградский государственный аграрный университет

В.В. Бородычев, член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор М.Ю. Храбров, доктор технических наук В.М. Гуренко, кандидат сельскохозяйственных наук А.В. Майер, кандидат сельскохозяйственных наук

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова

Представлены разработки и дана оценка эффективности систем комбинированного орошения (капельное + мелкодисперсное) сельскохозяйственных культур в условиях Волгоградской области, подтверждена высокая эффективность комбинированного орошения на посевах сахарной кукурузы, сладкого перца и земляники, определены перспективные направления дальнейших исследований.

Ключевые слова: орошение, капельное, комбинированное (капельное + мелкодисперсное), конструкции, сахарная кукуруза, сладкий перец, земляника, продуктивность, перспективные разработки.

На современном этапе развития орошаемого земледелия как никогда актуален комплексный подход к оценке эффективности работы оросительных систем. Для этого очень важно правильно расставить приоритеты в выборе направлений развития и совершенствования поливной техники, с учетом успешного решения проблем жизнеобеспечения людей на ближайшее и отдаленное историческое будущее. В этой связи, на первый план выходят такие факторы, как энергосбережение, экономия водных ресурсов, экологизация производства [9, 5, 1].

Одним из основных факторов эффективности производства в растениеводстве остается повышение продуктивности сельскохозяйственных культур. Несмотря на значительные достижения в повышении урожайности выращиваемых культур, резервы использования потенциальной урожайности остаются большими.

Разработка новых высокоэффективных оросительных систем базируется на уже существующих достижениях, которые определяют технический уровень современных систем орошения. В этой связи, необходимо внимательное изучение всех современных систем орошения как отечественного производства, так и лучших мировых образцов, выявление их достоинств и недостатков. Определение основных направлений и конструктивнотехнологических решений для выхода на новую ступень технического совершенства. Это обеспечит переход на более высокий уровень управления основными факторами, определяющими высокую урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.

Если проследить путь совершенствования технологий оросительных систем, то можно сделать вывод, что новые технические решения направлены на более эффективное использование физиологического потенциала культуры, на увеличение эффективности управления комплексом экологических факторов, влияющих на продуктивность фотосинтеза растений. В закрытом грунте все эти факторы контролируются практиче-

6

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

ски полностью с высокой степенью автоматизации процессов. В открытом грунте полностью контролировать и управлять всеми факторами невозможно, можно только в той или иной степени приближать параметры факторов к оптимальной зоне метаболизма растений. Именно в этом направлении будет идти совершенствование технологий орошения нового поколения [2, 3, 4].

Разработка технологий комбинированного орошения является важным шагом в решении этих задач. Комбинированная система орошения является наиболее совершенным и эффективным инструментом потому, что фактически представляет собой объединение нескольких способов полива и поэтому имеет больший потенциал управления параметрами фитоклимата. Важно отметить, что в комбинированных системах орошения проявляется взаимодополняющий, синергетический эффект, благоприятно влияющий на процесс поддержания оптимальных условий для растений [6, 7, 8].

При комбинированном орошении может значительно снижаться неблагоприятное воздействие на растения воздушной засухи. Это осуществляется путём регулирования микроклимата посева в жаркие сухие дни вегетационного периода, когда температура воздуха превышает оптимальную температуру для культуры, что невозможно сделать при орошении только одним способом (капельным орошением, поливом по бороздам, подпочвенным орошением и т. д.). Применение комбинированных способов орошения может способствовать увеличению урожайности, а также снижению расхода воды, по сравнению с орошением только одним традиционным способом [10, 11].

В условиях аридной климатической зоны комбинированные системы, сочетающие капельное орошение и МДД, будут особенно эффективны при орошении однолетних культур. Нами разработана схема модульного участка комбинированной системы; принципиальная схема конструкции системы комбинированного орошения; эскизный проект системы комбинированного орошения. В фермерских хозяйствах «Садко» Дубовского района и «Выборнова В.Д.» Ленинского района Волгоградской области проведен монтаж опытных образцов систем комбинированного орошения на посевах сахарной кукурузы, овощных культур и земляники для проведения исследований. Пример системы комбинированного орошения на посевах сахарной кукурузы и овощных культур представлен на рис. 1.

Рисунок 1 - Система комбинированного орошения

7

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Система комбинированного орошения включает следующие элементы комплектации: водозабор 1, насосная станция 2, фильтр 3, гидроподкормщик 4, регулятор давления 5, магистральный трубопровод 6, запорная арматура 7, участковый трубопровод 8 для осуществления капельного орошения, участковый трубопровод 9 для осуществления капельного и мелкодисперсного орошения, капельные поливные трубопроводы 10, капельницы 11, поливной трубопровод капельного и мелкодисперсного орошения 12, стойки для распыления воды с насадкой и клапаном 13, старт коннектор 14, манометр контроля давления воды 15.

Транспортировка поливной воды к орошаемому участку осуществляется через водозабор 1, блок фильтрующих элементов 3 и магистральный трубопровод 6. При поддержании рабочего давления в трубопроводах 8 и 9 до 0,1 МПа система работает в режиме капельного орошения. При повышении давления воды до 0,2 МПа одновременно проводится мелкодисперсное увлажнение посева распылительными насадками 13, которые снабжены водоудерживающими клапанами.

Сахарная кукуруза. В засушливых условиях Волгоградской области в зависимости от условий водного и минерального питания на посевах сахарной кукурузы существенно изменялось количество собранных початков. С улучшением условий обеспечения сахарной кукурузы водой и элементами минерального питания при комбинированном орошении увеличивалось число мощных растений, с которых получали по 2 полностью сформированных початка. В результате число початков изменялось от 84 712 шт. на участках, где порог предполивной влажности почвы в течение вегетационного периода поддерживали на уровне 70 % НВ без внесения минеральных удобрений, до 102 225-104 825 шт. на участках, где удобрения вносили дозой N110P60K30 при поддержании дифференцированного, 70-80 % НВ, или постоянного, 80 % НВ, предполивного уровня. При внесении удобрений дозой N190P100K150 в сочетании с поддержанием постоянного предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ формировались наибольшие размеры и масса початка (в среднем 306 г/початок), однако второй на растении початок, как правило, был не выполненным. Как следствие число початков на этом варианте снизилось до 96 841 шт.

Денежная выручка от реализации початков на участках, характеризующихся естественным плодородием почвы, составляла 169 424-180 194 руб./га и изменялась в зависимости от числа собранных початков по вариантам водного режима почвы и регулирования фитоклимата посева мелкодисперсным орошением. Наибольшее число початков, 90 097 шт. и наибольшая выручка, 180194 руб./га, на фоне естественного плодородия почвы была получена при поддержании дифференцированного предполивного уровня, 70-80 % НВ. При поддержании постоянного предполивного уровня, 80 % НВ, средняя масса початка возрастала, а число початков сокращалось. Однако рост початка не обеспечил ему переход в более высокий ценовой класс, поэтому выручка от реализации снизилась в пересчете на гектар до 177 824 руб.

Сочетание более высоких уровней водообеспечения посевов кукурузы, при поддержании дифференцированного, 70-80 % НВ, или постоянного, 80 % НВ, порогов предполивной влажности почвы с внесением удобрений дозой N40P10K0 позволило повысить размер денежной выручки от реализации продукции до 261 786-269 301 руб./га. При сочетании тех же уровней водообеспечения с внесением удобрений дозой N110P60K30 размер денежной выручки возрастал до 306 675-314 475 руб./га. Рост денежной выручки происходил за счет увеличения числа собранных початков, так как по товарным свойствам все они принадлежали к одному ценовому классу.

8

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Наибольшая денежная выручка, 387 364 руб./га, была получена при поддержании постоянного, 80-80 % НВ уровня предполивной влажности почвы в сочетании с внесением удобрений дозой N190P100K150 и проведением мелкодисперсного орошения. При этом увеличение размера денежной выручки происходило за счет повышения товарных качеств початков и, соответственно, увеличения цены реализации.

Сладкий перец. Как показали наблюдения, урожайность сладкого перца в условиях регулирования фитоклимата посевов выше, чем при поливе только капельным способом. На варианте комбинированного орошения растения сладкого перца сформировали биологический урожай на уровне 67,4-68,9 т/га. Товарный урожай был несколько ниже, 89 % от биологического

Таблица 1 - Урожайность сладкого перца по вариантам опыта, т/га _____(N110 P 80 K 90 , влажность почвы 80% НВ), 2012-2013 гг._

Капельное орошение Комбинированное орошение

Урожай перца по повторностям, т/га Урожай перца по повторностям, т/га

Первая Вторая Третья Среднее Первая Вторая Третья Среднее

Биологический урожай, т/га

59,8 62,6 60,1 60,8 67,5 68,9 67,4 67,9

Товарный урожай, т/га

56,0 55,2 57,6 56,3 61,2 59,8 62,5 60,8

Анализ полученных данных показывает, что наибольший выход товарной продукции формируется на участке комбинированного орошения, сочетающем оптимальный водный режим почвы 80 % НВ в слое почвы 0,6 м и на фоне внесения минеральных удобрений дозой N110 P 80 K 90 . На участке этого варианта в расчете на одно растение была получена наибольшая масса одного плода - 0.159 кг - и отмечено наибольшее количество плодов на одном растении - 7,2. Разница между вариантами опыта статистически достоверна (НСР 05 - 2,3 т/га). При комбинированном орошении растения более обводнены, температура посева близка к оптимальной, поэтому активно протекают физиологические и биологические процессы, что обеспечивает эффективное использование воды и питательных веществ на формирование урожая.

Таблица 2 - Показатели продуктивности сладкого перца по вариантам опыта,

среднее 2012-2013 гг.

Капельное орошение Комбинированное орошение

Количество плодов на одном растении, шт. Масса плодов на одном растении, кг Масса одного плода, кг Количество плодов на одном растении, шт. Масса плодов на одном растении, кг Масса плодов одного растения, кг

6,3 0,91 0,142 7,2 1,04 0,159

В наших опытах биохимический состав плодов сладкого перца по вариантам опыта изменялся незначительно. При проведении увлажнительных поливов качество плодов улучшается. Однако по накоплению нитратов варианты практически не отличались. Содержание нитратов в плодах не превышало 15,1-15,2 мг/кг.

Таким образом, капельное орошение в сочетании с проведением мелкодисперсного увлажнения в жаркие и сухие дни вегетационного периода, когда температура воздуха превышает оптимальную для сладкого перца - 250 С, позволяет получать урожайность плодов высокого качества на уровне 60 т/га.

9

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Комбинированное орошение земляники. На посадках земляники была построена комбинированная система орошения (рис. 2) , конструктивно отличающаяся от первого варианта. Параллельно с основной насосной станцией устанавливается дополнительная насосная станция меньшей производительности (расчет мощности ниже). Подача воды дополнительной станцией осуществляется по основному магистральному трубопроводу путем врезки в начале трубопровода на выходе из насосной. Основная и дополнительная насосные станции работают в своих независимых режимах, используя один водопровод. В режиме капельного орошения работает основная насосная станция. Регулирующие краны-клапаны, установленные после насосной, в начале и в конце трубопровода, открываются и закрываются в заданном режиме давления. По окончании полива, при отключении насосной станции краны клапаны закрываются в последовательности, обеспечивающей остаточное давление в магистральном трубопроводе (В конце трубопровода, перед участковым трубопроводом, давление 1,5-2 атм.).

В режиме мелкодисперсного орошения малая насосная станция включается автоматически в заданном режиме многоканального контроллера или в ручном режиме. При повышении давления в трубопроводе до оптимального при работе распылителей (2-2,5 атм.), кран-клапан открывается и начинается увлажнение посадок в заданном режиме многоканального контроллера. (Поочередное включение и выключение линий с распылителями).

Рисунок 2 - Схема комбинированного орошения на посадках земляники:

1 - основная насосная станция, 2 - малая насосная станция, 3 - задвижка,

4 - регулирующий кран-клапан, 5 - обратный клапан, 6 - фильтростанция,

7 - соленоидные краны, 8 - многоканальный контроллер, 9 -распылители,

10 - магистральный трубопровод, 11 - распределительный трубопровод, 12 - водоем

10

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Оценка эффективности проведения комбинированного орошения на посадках земляники была проведена нами в 2012-2014 годах. Исследования ежегодно проводились в первый год посадки земляники сорта Мармолада свежевыкопанной рассадой. Посадка проводилась с 10 по 15 мая, на всех вариантах опыта поддерживали уровень минерального питания N90-P60-K150, рассчитанный на получение 25 т/га ягод земляники.

Схема опытов включала следующие варианты водного режима почвы: вариант 1 - поддержание проведением капельного орошения дифференцированного порога предполивной влажности почвы 90-80 % НВ: от посадки до начала активного роста растений (15-18 дней) в слое 0,4 м 90 % НВ, далее до конца вегетационного периода 80 % НВ; вариант 2 - капельное орошение работало в режиме, обеспечивающем вышеуказанные параметры почвенной влажности + мелкодисперсное орошение. Распылители воды работали в режиме 2 минуты работы, один час пауза - от начала вегетации после посадки до начала активного роста в течение 15-18 дней с 9-10 часов утра до 18-19 часов вечера (В период активного солнечного излучения, когда температура поверхности листьев и почвы значительно превышает температуру окружающего воздуха); вариант 3 - капельное орошение работало в режиме, обеспечивающем вышеуказанные параметры почвенной влажности + мелкодисперсное орошение. Распылители воды работали в режиме 2 минуты работы, один час пауза - от начала вегетации после посадки до смыкания листового полога растениями, в течение 40-45 дней с 9-10 часов утра до 18-19 часов вечера (В период активного солнечного излучения, когда температура поверхности листьев и почвы значительно превышает температуру окружающего воздуха).

Первые 15-18 дней работа системы в режиме мелкодисперсного орошения направлена на предотвращение обезвоживания ослабленных пересадкой растений в период достаточного развития корневой системы, а последующий период работы направлен в большей степени на предотвращение перегрева почвы в зоне корневой системы и на регулирование параметров фитоклимата: повышение влажности воздуха в приземном слое, снижение температуры воздуха и растений.

Особенностью применяемой комбинированной системы орошения является то, что она объединяет все элементы капельного орошения с дополнительным оснащением микродождевателями (распылителями) с запорными клапанами, рассчитанными на сработку при давлении 2 атм. При этом отсутствует дополнительная разводящая сеть трубопроводов для установки микродождевателей. Микродождеватели радиусом действия 3,5 метра и расходом 33 л/ч при давлении 2,5 атм. расположены на расстоянии 6 метров через ряд в шахматном порядке. Они закреплены на стойках и присоединены с помощью микротрубки и конъектора непосредственно в капельную линию. Для этого использованы капельные линии Dripnet PC 12250 диаметром 20 мм с компенсированными капельницами через 33 см и расходом 1,2 л/ч. Эти капельные линии обеспечивают высокую равномерность вылева по длине ряда. Для обеспечения полива, подкормки и внесения других необходимых реактивов работает система капельного орошения в режиме малого давления, который поддерживается с помощью редуктора, настроенного на 1,5 атм. Для обеспечения мелкодисперсного орошения работает контроллер (реле времени), настроенный в запрограммированный режим. При этом открывается дополнительный соленоидный кран-клапан, который обеспечивает рабочее давление при распылении воды.

Наблюдения показали высокую эффективность данной комбинированной системы орошения для увеличения приживаемости рассады земляники при закладке плантации. В условиях экстремального температурного режима окончательная приживаемость рассады в год посадки составила во втором варианте 95,9 %, в третьем варианте - 97,8 %. В срав-

11

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

нении с участком, где проводилось только капельное орошение, приживаемость была ниже - 82,8 %. Повысилась урожайность земляники в среднем на 12 %-12,3 % при одновременном снижении коэффициента водопотребления. На участке варианта 3 получена средняя урожайность ягод земляники за три года исследований 26 т/га с наименьшим коэффициентом водопотребления 198,8 м3/га (табл. 3).

Таблица 3 - Урожайность земляники (т/га) в год посадки ___________по вариантам опыта, N90P60K150______

Варианты опытов Урожайность по годам исследований, т/га Прибавка урожая в среднем по годам, %

2012 2013 2014

1. Капельное орошение (контроль) 20,8 21,3 21,6 -

2. Комбинированное орошение (капельное + мелкодисперсное от начала вегетации после посадки до начала активного роста в течение 15-18 дней 25,1 25,4 25,8 12,0

3. Комбинированное орошение (капельное + мелкодисперсное от начала вегетации после посадки до смыкания листового полога растениями, в течение 40-45 дней 25,8 26,1 26,4 12,3

НСР05

Возделывание земляники в условиях комбинированного орошения экономически обосновано. В год посадки плантации затраты составляют 780 тыс. руб./га, включая стоимость рассады на 1 га 140 тыс. рублей. Уже в первый год при урожайности 26 т ягод с 1 га выручка от реализации составила 2340 тыс. руб. За три года возделывания земляники при комбинированном орошении прибыль составила 2565 тыс. рублей при уровне рентабельности 162,8 %.

Таким образом, в условиях возрастающего дефицита пресной воды дальнейшее расширение орошения и повышение эффективности орошаемого земледелия Российской Федерации возможно только на основе разработки и внедрения новых технологий орошения, к которым относится комбинированное орошение. Разработка комплекса новых технических решений и систем капельного и комбинированного орошения должна проводиться на основе унификации узлов сопряжения и гидравлических характеристик исполнительных модулей.

Комплекс агротехнологий должен включать совокупность инновационных решений по технологиям капельного и комбинированного орошения, в сочетании обеспечивающих оптимальный режим водообеспечения и регулирование основных факторов жизни растений. Дальнейшие разработки и исследования в области комбинированных способов орошения, их внедрение в производство позволят выйти на новые уровни продуктивности сельскохозяйственных культур при сохранении качества и экологической безопасности продукции

Библиографический список

1. Бородычев, В.В. Современные технологии капельного орошения сельскохозяйственных культур [Текст] : научное издание /В.В. Бородычев. - Коломна: ФГНУ ВНИИ «Радуга», 2010. - 241 с.

12

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

2. Бородычев, В.В. К вопросу создания эффективных агротехнологий выращивания перспективных сельскохозяйственных культур [Текст] /В.В. Бородычев, В.М. Гуренко, А.С. Овчинников//Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: сб. науч. тр./Под общей редакцией Ю.А. Мажайского.

- Рязань: ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2014. - Вып. 6. - С. 27-32.

3. Бородычев, В.В. Состояние и перспективы капельного орошения на юге Российской Федерации [Текст] /В.В. Бородычев// Инновационные пути развития агропромышленного комплекса: задачи и перспективы: Международный сборник научных трудов. - Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧАА, 2012. - С. 103-113.

4. Бородычев, В.В. Оптимизация схемы минерального питания при выращивании земляники на капельном орошении в Волгоградской области [Текст]/В.В. Бородычев, В.М. Гуренко, М.В. Шишлянникова//Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - № 1(29). - С. 14-20.

5. Инновационные технологии орошения овощных культур [Текст]/А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников, О.В. Бочарникова// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. - № 4 (24). - С. 13-17.

6. Курбанов, С.А. Комбинированное орошение при возделывании овощных культур в Дагестане [Текст] /С.А. Курбанов, А.В. Майер, Д.С. Магомедова//Мелиорация и водное хозяйство. - 2013. - № 1. - С. 8-10.

7. Курбанов С.А. Исследование систем капельного орошения с мелкодисперсным дождеванием [Текст]/С.А. Курбанов, А.В. Майер//Проблемы развития АПК региона. - 2012. - № 3.

- С. 15-19.

8. Майер, А.В. Способ определения интервала времени между увлажнительными поливами в системе мелкодисперсного дождевания и вопрос автоматизации [Текст] /А.В. Майер, Е.М. Жаринов //Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - № 1 (29). - С. 195-199.

9. Овчинников, А.С. Научно-деловому и образовательному центру агротехнопарк - перспективные технологии производства сельскохозяйственной продукции [Текст]/А.С. Овчинников, В.В. Бородычев, В.М. Гуренко// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014. - № 3(35). - С. 7-12.

10. Способы регулирования фитоклимата орошаемого поля [Текст]/М.Ю. Храбров, В.К. Губин, Н.Г. Колесова, Л.В. Кудрявцева//Комплексная мелиорация - основа повышения продуктивности сельскохозяйственных земель: материалы юбилейной Международной научной конференции. - М.: Изд. ВНИИА, 2014. - С. 181-188.

11. Ясониди, О.Е. Капельное орошение [Текст]: монография/О.Е. Ясониди / НГМА. -Новочеркасск: Лик, 2011. - 322 с.

E-mail: volgau@volgau.com

УДК: 631.67

РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ И ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ СОИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

А.С. Овчинников, член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Г.О. Чамурлиев, аспирант

Волгоградский государственный аграрный университет

В статье приведены данные по влиянию режимов орошения и способов основной обработки почвы на продуктивность сои в условиях орошения. Определены количественные показатели по структуре водопотребления и коэффициенты водопотребления в зависимости от изучаемых факторов. Сделаны выводы о бинарном влиянии факторов на урожайность бобов сои.

13