Орошение сельскохозяйственных культур минерализованными водами в условиях Краснодарского края

ПОЧВОВЕДЕНИЕ И АГРОХИМИЯ

ОРОШЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР МИНЕРАЛИЗОВАННЫМИ ВОДАМИ В УСЛОВИЯХ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

А.В. Шуравилин1, Н.Г. Вуколов2

1 Кафедра почвоведения, агрохимии и агроэкологии 2Кафедра растениеводства Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 8/2, 117198 Москва, Россия

Изучено влияние орошения минерализованными водами на свойства черноземов обыкновенных и на урожайность кукурузы и лука на репку на этих почвах. Выявлено, что даже за небольшой период орошения такими водами наметились некоторые признаки деградации черноземов обыкновенных Западного Предкавказья. При дефиците пресных оросительных вод возможно использование слабоминерализованных вод в течение двухтрех лег без опасения существенного ухудшения свойств почв, с учетом того, что орошение дает увеличение урожая кукурузы на зерно на 18-29%, а лука на репку - более чем на 60% по сравнению с богарой.

Качество воды имеет тенденцию к ухудшению в процессе антропогенного воздействия на поверхностные источники орошения. Это проявляется прежде всего в увеличении минерализации поливной воды. Орошение черноземов обыкновенных в течение 20 лет даже пресной водой приводит к увеличению обменного натрия и солей в почвах, снижению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции, получаемой с этих почв. Применение минерализованных вод при орошении оказывает еще более существенное негативное воздействие не только на почвы, но и на экологию и геохимию всего ландшафта в целом. При этом чем больше минерализация оросительной воды, тем больше ее требуется для поддержания промывного режима, увеличиваются нормы водопотребления, требуется мощный дренаж, становится более вероятным засоление почв.

Целью нашей работы было: изучение влияния орошения минерализованными водами на свойства черноземов обыкновенных и на урожайность кукурузы и лука на этих почвах, установление оптимального режима орошения культур минерализованными водами в Западном Предкавказье. Полевые исследования проводились в 1990-1992 гг. в Тимашевском (опыт 1), Брюховецком (опыт 2) и Приморско-Ахтырском (опыт 3) районах Краснодарского края на тяжелосуглинистых сверхмощных малогумусных черноземах обыкновенных (табл. 1). Опыты были заложены на староорошаемых территориях, где ранее применялись только пресные воды.

Вегетационные поливы проводились дождевальным агрегатом ДДА-ЮОМА. Для орошения сельскохозяйственных культур использовалась пресная или слабоминерализованная вода со средней минерализацией 0,89-2,92 г/л по плотному остатку, в том числе 0,05-0,90 г/л по хлор-иону и 0,12-0,58 г/л по иону натрия. По химизму и качеству в опытах использовалась оросительная вода следующего состава. В опыте 1 - сульфатно-гидрокарбонатно-натриевая, высокого качества, вполне пригодная для орошения сельскохозяйственных культур. Ирригационный коэффициент составлял 43,6, отношение Na+:(Ca2++Mg2+) = 0,87, SAR - 2,6 и

коэффициент ионного обмена - 5,07. В опыте 2 - сульфатно-гидрокарбонатная, соответствовала принятым нормативам, но по качеству несколько хуже. В опыте 3 -хдоридно-сульфатная, качество воды было значительно хуже, чем в первых двух опытах: коэффициент ионного обмена составил 2,16, SAR несколько превышал допустимые пределы (8,2). Отношение Na+ к (Ca2++Mg2+) было больше 1, а ирригационный коэффициент - меньше допустимых пределов (2,3). Эти показатели качества оросительной воды в опыте 3 указывают на возможность проявления процессов осолонцевания (табл. 2).

Таблица 1

Схема опыта

№№ опы- тов Культура №№ вариантов Минерализация воды, г/л Г лубина увлажнения, м Расчетная норма полива, м3/га

1 Кукуруза на зерно 1 (контроль) 2 Без орошения 0,5-1,0 0,5 550

1 (контроль) Без орошения - -

2 1,0-2,0 0,4 450

2 Кукуруза на зерно 3 1,0-2,0 0,5 550

4 1,0-2,0 0,6 650

1 (контроль) Без орошения - -

3 Лук на репку 2 2,0-3,0 0,2-0,3 250-350

3 2,0-3,0 0,3-0,4 350450

Таблица 2

Химический состав поливной воды

№№ опыта Плотный остаток, г/л НС03- СГ so42- Са2+ Mg2+ Na+

1 0,89 0,323 0,047 0,315 0,094 0,043 0,119

2 1,68 0,439 0,113 0,589 0,102 0,084 0,242

3 2,92 0,185 0,893 0,805 0,152 0,133 0,575

Во всех опытах под влиянием орошения и возделывания сельскохозяйственных культур произошли некоторые изменения свойств почв.

Плотность сложения вследствие орошения несколько увеличилась в пахотном слое (0-30 см) с 1,1-1,2 г/см3 до 1,2-1,3 г/см3, общая пористость снизилась с 51-54% до 50-52%, а наименьшая влагоемкость увеличилась с 20-22% до 22-27%. Водопроницаемость почвы (в среднем за 6 часов) в результате орошения минерализованными водами снизилась в среднем с 2,0-3,0 до 2,0-2,5 мм/мин. Орошение ухудшило структурный состав пахотного горизонта. Если в контроле в слое почвы 0-30 см содержание агрономически ценных агрегатов составляло 71-77%, то после длительного орошения их количество снизилось до 49-64%, а коэффициент структурности уменьшился с 2,5-3,2 до 1,0-1,7. С увеличением поливной нормы содержание агрономически ценных и водопрочных агрегатов в почве снизилось, поэтому необходимо устанавливать оптимальные минимальные нормы, так как их завышение, очевидно, вызывает разрушение структуры почвы.

Содержание гумуса в слое 0-30 см изменилось несущественно. В контроле опыта 1 оно в среднем составляло 3,7%, а при орошении пресной водой - 3,4%. В опытах 2 и 3 содержание гумуса составило в среднем за 2 года исследований 3,4-3,8% (контроль) и при орошении также мало изменилось. В зависимости от размера поливной нормы определенной закономерности в изменении содержания гумуса не наблюдалось.

По содержанию доступных форм N. Р, К изучаемые черноземы относятся к высокообеспеченным и позволяют получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Влияние орошения на имеющиеся в почвах основные элементы питания (в слое 0-60 см) незначительно проявилось за период исследований. Количество нитратного азота в почвах составляло в опыте 1 на контрольном участке 2,7-3,0 мг/100 г почвы, а при орошении - 2,2-2,8 мг/100 г почвы. В опыте 2 в контроле содержание нитратного азота было 2,7-3,1 мг/100 г почвы, а при орошении (вар. 3) - немного снизилось до 2,5-2,9 мг/100 г почвы. При использовании оросительной воды более высокой минерализации в опыте 3 содержание нитратного азота оставалось практически на таком же уровне, что и в опыте 2, и составляло 2,5-2,8 мг/100 г (контроль - 3,1-3,5 мг/100 г почвы). То есть орошение привело к относительно слабому уменьшению содержания легкогидролизуемого азота в черноземах обыкновенных. Содержание подвижного фосфора в еще меньшей степени подвержено влиянию орошения. В контроле оно составляло 2,0-4,5 мг/100 г почвы, а на орошаемых участках - 1,0-3,6 мг/100 г почвы. Подвижного калия в почвах по вариантам было от 25,0 до 40,7 мг/100 г почвы. В зависимости от особенностей орошения и качества оросительной воды его количество изменялось в небольших пределах с тенденцией на увеличение, которое составило порядка 10%. Таким образом, использование для орошения слабоминерализованных вод не вызывало существенного изменения содержания доступных форм элементов питания. Орошение черноземов слабоминерализованными водами малыми поливными нормами за период наблюдений не ухудшило их питательный режим.

По составу обменных катионов исследуемые почвы характеризовались как насыщенные основаниями и несолонцеватые. Доля обменного кальция составляла (в слое почвы 0-20 см) 51-71% в контроле и 56-74% при орошении. С увеличением минерализации поливной воды отмечалось слабое увеличение содержания поглощенного натрия с 0,2-4,3% (контроль) до 1,4-4,6% (при орошении).

Почвы опытных участков по общему содержанию солей и токсичных катионов относятся к незасоленным. Во всех опытах без орошения содержание солей (по плотному остатку в верхних 60 см) составляло 0,07-0,08%), а при орошении - 0,10-0,13%, вследствие поступления солей вместе с оросительной водой. Без орошения солевой режим почв оставался стабильным, а количество солей не превышало 0,11%. При орошении содержание солей возрастало до 0,13% и от весны к осени незначительно увеличивалось. Изменение глубины увлажняемого слоя при орошении не привело к повышенному соленакоплению в активном слое почв.

Уровень грунтовых вод в период вегетации на участках без орошения находился на глубине 1,7-2,1 м, а при орошении - 1,6-1,9 м, закономерно снижаясь от весны к осени. В целом на участках с орошением грунтовые воды находились на 10-30 см ближе к поверхности, чем в контроле. Грунтовые воды были слабоминерализованные. При использовании на орошение пресной воды (опыт 1) минерализация грунтовых вод была наименьшей - 1,3 г/л (контроль - 1,1 г/л). При использовании на полив слабоминерализованных вод (1,0-3,0 г/л в опытах 2 и 3) минерализация грунтовых вод возросла до 2,2-2,5 г/л (контроль).

Влажность почв на опытных участках при орошении поддерживалась на оптимальном для культур уровне - 75% от наименьшей влагоемкости (НВ). В 1991 г., сравнительно засушливом, при орошении кукурузы было проведено 3 полива нормами от 450 до 650 м3/га в зависимости от глубины увлажняемого слоя (табл. 3). Оросительная норма при этом изменялась от 1350 до 1950 м3/га. В более влажном 1992 г. для поддержания оптимальной влажности при орошении кукурузы

потребовался только один полив, даже при разной глубине увлажняемого слоя. Увеличение глубины увлажняемого слоя, а следовательно, и нормы полива привело к удлинению оросительного периода.

Суммарное водопотребление в 1991 г. без орошения (опыт 1 и 2) составило 3276,5-3336,0 м3/га. В 1992 г. водопотребление кукурузы увеличилось до 3509-3614,3 м3/га и основная доля в нем приходилась на атмосферные осадки (66,9-76,0%). В вариантах с орошением кукурузы суммарный расход воды составлял 4632-5192 м3/га в 1991 г. и 3965-4162 м3/га в 1992 г. При увеличении глубины увлажнения почвы с 0,4 до 0,6 м расход воды орошаемым полем увеличивался на 560 м3/га в 1991 г. и на 197 м3/га в 1992 г. В этих вариантах в 1991 г. доля оросительной нормы в суммарном расходе составляла 29% (глубина увлажнения 0,4 м) и 38% (глубина увлажнения - 0,6 м). Израсходовано из почвы 20-23%, при этом наибольшая доля приходится на полезные осадки. В 1992 г. доля оросительной воды в суммарном расходе снизилась до 11,3-16%, но при этом возросла доля осадков до 64-67%. В целом водопотребление кукурузы при орошении было выше контроля в среднем на 31 % в 1991 г. и на 12% в 1992 г.

Таблица 3

Режим орошения кукурузы на зерно и лука репчатого

№№ опыта, культура №№ вариантов Средняя поливная норма, м3/га Число поливов Оросительная норма, м3/га Поливной период

1991 г.

1 (кукуруза) 2 550 3 1650 02.VII-03.VIII

2 (кукуруза) 2 450 3 1350 02.VII-30.VII

3 550 3 1650 02.VII-03.VIII

4 650 3 1950 02.VII-08.VIII

3 (лук) 2 330 9 2950 16.IV-04.VI1I

3 425 8 3400 16.IV-28.VII

1992 г.

1 (кукуруза) 2 550 1 550 26.VII

2(кукуруза) 2 450 1 450 27.VII

3 550 1 550 27.VII

4 650 1 650 27.VII

3 (лук) 2 300 4 1250 16.IV-21.V

3 400 4 1650 16.IV-29.V

Различная глубина увлажнения почв влияла на урожайность кукурузы на зерно. Наибольший урожай кукурузы (5,9 т/га в среднем за 2 года) был получен при орошении дождеванием минерализованной водой при поливной норме 650 м3/га и глубине увлажнения 0,6 м. По сравнению с контролем урожай увеличился в среднем на 1,26 т/га, или на 27% (табл. 4). Уменьшение глубины увлажняемого слоя приводило к снижению урожайности зерна кукурузы. Наиболее высокой она была в опыте 1, где полив проводился пресной водой. При одной и той же глубине увлажнения (0,6 м) проведение поливов кукурузы слабоминерализованной водой привело к снижению урожайности в среднем на 10%.

При орошении лука (опыт 3) в 1991 г. было проведено 9 поливов средней нормой 330 м3/га и 8 поливов нормой 425 м3/га. Оросительная норма составила 2950 м3/га при глубине увлажняемого слоя 0,2-0,3 м и 3400 м3/га - при глубине 0,3-

0,4 м. В 1992 г. было достаточно четырех поливов лука оросительными нормами 1250 м3/га (на глубину 0,2-0,3 м) и 1650 м3/га (0,3-0,4 м). Водопотребление лука (опыт 3) было значительно выше, чем кукурузы, и составляло без орошения 5282

м^/га в 1991 г. и 3577 м3/га в 1992 г. В вариантах 2 и 3, где поливы проводились для увлажнения 0,2-0,4 м, суммарное водопотребление лука увеличилось до 6238-6979 м3/га в 1992 г. Увеличение глубины увлажняемого слоя до 0,3-0,4 м и поливных норм до 350-450 м3/га привело к снижению урожайности лука на 4,84 т/га, или на 24%.

Таблица 4

Урожайность сельскохозяйственных культур за период исследований

№№ опы- тов №№ вариан- тов 1991 г. 1992 г. Среднее за 2 года

всего, т/га по отношению к контролю всего, т/га по отношению к контролю всего, т/га по отношению к контролю

т/га % т/га % т/га %

Куку руза на зерно

1 ошибк 1 2 НСР05 а опыта, % 5,94 7.02 0,21 2,7 1,08 18.2 4,88 6,92 0,17 2,2 2.04 41,8 5.41 6,97 1,56 28,8

2 ошибк 1 2 3 4 НСР05 а опыта, % 5.05 6,14 6,66 7.05 0,26 2.5 1,09 1,61 2,00 21,6 31,9 39,6 4,24 4,03 4,34 4.75 0,22 2,8 -0,21 0,10 0,51 -5,0 2,4 12,0 4,64 5,08 5,50 5.90 0,44 0,86 1,26 9.5 18.5 27,2

Лук репчатый

3 ошибк 1. 2 3 НСР05 а опыта, % 8,30 21,11 19,80 0,72 2,4 12,81 11,50 154,3 138,5 10,94 20,01 18,40 0,84 2,9 9,07 7,46 83,0 68,2 9,62 20,56 15,72 10,94 6,10 114,0 63,4

При орошении лука в контроле, где проводился только приживочный полив нормой 180 м3/га, урожайность в среднем за 2 года составила 9,62 т/га, Проведение регулярного орошения дождеванием с глубиной увлажнения 20-30 см позволило получить наибольший урожай лука - 20,56 т/га в среднем за 2 года. При этом урожай лука был выше контроля на 10,94 т/га, или на 114%, Для получения такого урожая потребовалось проведение 9 поливов в 1991 г. и 4 поливов в 1992 г. Поливная норма при этом принималась 250-350 м3/га, а оросительная норма составила 2950 м3/га в 1991 г. и 1200 м3/га в 1992 г.

На основании полученных данных можно заключить следующее.

Даже за небольшой период орошения, в том числе и минерализованными водами, заметно ухудшение характеристик пористости и технологических свойств черноземов обыкновенных, появляются признаки физической деградации. Наши исследования подтверждают, что эксплуатация почв при орошении приводит к снижению содержания в них гумуса, некоторых доступных элементов питания (легкогидролизуемого азота, подвижного фосфора). Ухудшаются физические и водно-физические свойства почв: разрушается структура почв, увеличивается их плотность и уменьшается количество пор аэрации, снижается водопроницаемость [1,2].

При орошении кукурузы дождеванием слабоминерализованной водой (до 2 г/л) на обыкновенном черноземе в условиях Краснодарского края оптимальной глубиной увлажнения является 0,6 м. Наибольшая прибавка урожая получена при проведении поливов нормами 650 м3/га при поддержании влажности слоя почвы на уровне 75%) НВ и глубине залегания грунтовых вод от 1,6 до 2,1 м. Оптимальным

для орошения лука водой с минерализацией 2-3 r/л было увлажнение почв на глубину до 0,3 м поливными нормами до 350 м3/га.

Исследования выполнены при участии и по программе В.П. Василько, заведующего кафедрой общего земледелия Краснодарского государственного аграрного университета.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гудима И.И., Березин П.Н. Динамика пористости как количественная основа оценки физической деградации южного чернозема. - Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. Тез. докл. Всеросс. конф. 16-18 июня 1998 г., Москва, - Т. 1. - М., Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева. - С. 36.

2. Шуравилин А.В., Вуколов Н.Г., Воробьева Р.П. Влияние многолетнего орошения на свойства и плодородие почв. - Плодородие - 2007. - № 2.

AGRICULTURAL CROP IRRIGATION BY MINERALIZED WATER IN THE KRASNODAR REGION

A.V. Shuravilin1, N.G. Vukolov2

1 Department of pedology, agrochemistry and agroecology 2Department of crop production Russian People’s Friendship University st. Miklucho-Maklay, 8/2, 117198 Moscow, Russia

The influence of mineralized water irrigation on the properties of ordinary chernozem and the harvest of corn and bulb anions has been studied. In a short period of irrigation some traits of soil degradation were noted. It the conditions of water shortage irrigation with water of wear mineralization enlarged corn gain harvest for 18-29% and bulb anions harvest for 65% during the period of 2 or 3 years in comparison with control results.