CC BY
69
Information about the authors
Poluektov Evgeniy Valerjanovich - Doctor of Agricultural Sciences, professor of Russian Research Institute of Melioration Problems, leading research assistant of department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8-960-456-21-01. E-mail: [email protected]
Balakay Natalia Ivanovna - Candidate of Agricultural Sciences of Russian Research Institute of Melioration Problems, senior research assistant of department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8-905-426-78-31.
E-mail: [email protected]
Balakay Georgiy Trifonovich - Doctor of Agricultural Sciences, professor of Russian Research Institute of Melioration Problems, deputy manager of science, head of the department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8-903-402-47-80. E-mail: [email protected]
УДК 626.844:631.445.41(470.61)
ОСОБЕННОСТИ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ НА ЧЕРНОЗЕМАХ
РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2010 г. Л.А. Воеводина
Представлены результаты исследований влияния капельного орошения на отдельные показатели почвенного плодородия на орошаемых землях Ростовской области. Даны рекомендации по преодолению нежелательных последствий орошения капельным способом.
Ключевые слова: капельное орошение, засоление, осолонцевание, состав поливной воды, промывка почвы, водорастворимые соли кальция.
These are presented the investigation results of drop irrigation impact on some soil fertility characteristics on the irrigated lands of Rostov region. These are also given requirements for overcoming of undesirable effects from drop irrigation.
Keywords: drop irrigation, salinization, alkalinization, irrigation water composition, soil leaching, calcium soluble salts.
В настоящее время капельное орошение является одним из наиболее динамично развивающихся способов орошения. В Ростовской области капельное орошение все шире применяется для выращивания в крупных хозяйствах - лука и картофеля, в личных подсобных хозяйствах - томатов, а также в хозяйствах, занятых выращиванием плодовых деревьев. Водные источники для полива весьма разнообразны. Это и поливная вода крупных оросительных систем, и глубокие скважины, и колодцы. Расширение площадей под капельным орошением возможно за счет полей неправильной формы, где применять другие способы орошения затруднительно; на площа-
дях, которые можно орошать из малоде-битных источников водоснабжения. Кроме того, применение капельного орошения весьма перспективно при использовании местного стока, который в Ростовской области может обеспечить полив на площади около 120 тыс. га [1].
Организация площадей на местном стоке с использованием капельного орошения может реализовать принципы циклического орошения, когда система капельного орошения проектируется с учетом возможной переустановки ее на другие поля севооборота. С помощью капельного орошения можно поливать также виноградники, по-
левые культуры, ветроломные полосы, а также ландшафтные системы.
В то же время столь разнообразное сочетание факторов, которые требуется учитывать при организации площадей, орошаемых системами капельного орошения, способствует возникновению разнообразных проблем, связанных с почвенным плодородием. Анализ неудач, связанных с использованием систем капельного орошения (СКО), показал, что основные проблемы, возникающие при применении капельного орошения, связаны с нарушениями технологий проектирования и эксплуатации СКО и лишь незначительное количество вызывают особенности капельного способа полива.
Чаще всего нарушения технологий проектирования и эксплуатации СКО связаны с отказом от включения в состав проекта отдельных составных частей СКО, которые снижают первоначальные вложения в систему, но впоследствии усложняют процесс эксплуатации. Например, отказ от включения в состав системы капельного орошения промывающего трубопровода, расположенного на концах капельных шлангов, приводит к необходимости вручную открывать и закрывать заглушки на концах капельных трубопроводов, при этом расход воды для этой операции значительно увеличивается, а вода распространяется по полю совершенно бесполезно, вызывая развитие водорослей на поверхности почвы.
Недостаточная квалификация работников, эксплуатирующих СКО, и отсутствие оборудования для принятия решений о назначении поливов чаще всего приводит к переполивам на орошаемых площадях и проблемам, связанным с переувлажнением почв. Переувлажнение на черноземных почвах Ростовской области вызывает их чрезмерное набухание и снижение водопроницаемости, что может вызвать недостаток воды в нижних слоях почвы и стресс растений. Увеличение поливных норм может вызвать проникновение воды на более значительную глубину и привести к смыканию поливных и грунтовых вод, что
может спровоцировать процесс засоления. Кроме того, объемы воды, превышающие наименьшую влагоемкость почвы, вызывают недостаток кислорода, что также является вредным для корневой системы растений, которые начинают испытывать стресс, связанный с недостатком кислорода.
Проблемы, возникающие при применении капельного орошения, вызванные особенностями способа полива, в основном связаны с образованием пятен или полос на поверхности поля с повышенным содержанием солей. Данное явление вызвано тем, что вода, распространяясь по всем направлениям, поступает в нижележащие слои и какое-то время в почве сохраняется ее избыток. В то же самое время на поверхности почвы происходит испарение и формируется восходящее движение влаги. С этой влагой на поверхность почвы поступают соли, содержащиеся в поливной воде. По нашим наблюдениям наибольшее скопление солей происходит в середине радиуса распространения влаги. По данным О.Е. Ясониди, этот радиус зависит от свойств почв и на тяжелых почвах может достигать 50-60 см и более [2].
Для изучения влияния капельного орошения на солевой режим почвы нами были проанализированы два участка капельного орошения, где поливная вода имела повышенную минерализацию. Такие участки были расположены в ст. Красю-ковская и ст. Кривянская (табл. 1).
Проведенные нами исследования почвы в очагах максимального скопления солей позволили охарактеризовать состав накапливаемых солей. Данные, представленные в таблице 2, указывают на то, что в водной вытяжке из почвы самого верхнего слоя почвы 0-5 см преобладали катионы кальция.
Основными анионами в водной вытяжке были сульфаты, что было вполне закономерно, т.к. поливная вода характеризовалась сульфатно-натриевым составом. Катионы натрия также накапливались, но их содержание было меньшим, чем катионов кальция. Скорее всего, натрий из почвенного раствора поступал в ППК.
Таблица 1
Расположение участков проведения исследований
Номер участка Расположение участка Минерализации поливной воды, мг/л Химический состав поливной воды
1 ст. Красюковская, Приазовская природно-сельскохозяйственная зона N47,555098° E40,112897° 3294 Сульфатно-натриевая (осень) Хлоридно- сульфатно-натриевая (весна)
2 ст. Кривянская, Приазовская природно-сельскохозяйственная зона N47,393382° E40,148892° 3319 Сульфатно-натриевая
Таблица 2
Характеристика водной вытяжки на опытных участках осенью 2009 и весной 2010 годов, мг-экв/100 г почвы
Место отбора Слой почвы а- хлориды 804“ сульфаты ЫСОз бикарбонаты Ca2+ кальций Mg2+ магний Ш+ натрий Г калий
Осень 2009 года
ст. Кривян- 0-20 1,92 6,31 0,47 3,90 2,30 1,44 1,06
ская 0-5 4,41 5,38 0,52 4,00 2,80 2,08 1,43
ст. Красюков- 0-20 1,53 1,11 0,76 1,40 0,40 1,42 0,18
ская 0-5 9,89 3,48 0,41 6,60 2,40 4,21 0,57
Весна 2010 года
ст. Кривян- 0-20 0,29 0,45 0,72 0,50 0,40 0,36 0,20
ская 0-5 0,43 0,30 0,70 0,40 0,50 0,37 0,16
ст. Красюков- 0-20 0,12 0,37 0,90 0,40 0,30 0,56 0,13
ская 0-5 0,19 0,24 0,78 0,50 0,30 0,33 0,08
Для проверки этого предположения, кроме водорастворимых, нами были проанализированы обменные формы катионов в почвенном поглощающем комплексе. Так, в конце поливного сезона 2009 года содержание натрия в процентах от суммы обменных катионов (кальция, магния, натрия и калия) доходило до 5,90 мг-экв на 100 г почвы или до 22% от суммы обменных катионов (табл. 3).
Далее мы продолжили эксперимент весной и проанализировали почву по тем же показателям. Содержание водорастворимых солей весной 2010 года в основном снизилось и в верхнем слое 0-20 см составило
0,105 г/100 г почвы в ст. Кривянская по сравнению с осенними данными 0,577 г/100 г почвы и соответственно 0,106 и 0,225 г/100 г почвы в ст. Красюковская.
Таблица 3
Содержание обменных катионов на опытном участке осенью 2009 и весной 2010 годов
Место отбора Слой почвы Ca2+ кальций Mg2+ магний Ш+ натрий г калий
Осень 2009 года
0-20 13,91 4,69 4,04 3,36
ст. 54 18 16 13
Кривянская 0-5 14,41 3,99 1,63 2,83
63 17 7 12
0-20 21,25 6,35 5,55 1,84
ст. 61 18 16 5
Красюковская 0-5 15,65 3,55 5,90 2,00
58 13 22 7
Весна 2010 года
0-20 12,08 2,89 0,01 3,03
ст. 67 16 0,1 17
Кривянская 0-5 11,33 4,46 0,04 3,34
59 23 0,2 17
0-20 14,59 5,47 0,00 1,59
ст. 67 25 0,00 7
Красюковская 0-5 14,89 3,44 0,00 2,15
73 17 0,00 11
Примечание: в верхней строке указано содержание в мг-экв на 100 г почвы; в нижней строке - содержание в процентах от суммы обменных катионов (кальция, магния, натрия, калия).
Наиболее значительно уменьшилось содержание хлоридов с 1,92 до 0,29 мг-экв/100 г почвы в ст. Кривянская и с 1,53 до 0,12 мг-экв/100 г почвы в ст. Красюков-ская. Снижение водорастворимых форм произошло также по сульфатам, кальцию, магнию, натрию и калию. В то же время произошло повышение содержания ионов бикарбоната. В ст. Кривянская по абсолютным значениям содержание бикарбонатов повысилось с 0,47 до 0,72 мг-экв/100 г почвы или на 53%, в ст. Красюковская -с 0,76 до 0,90 мг-экв/100 г почвы или на 18%. Процентное содержание ионов бикарбоната в водной вытяжке повысилось с 3% до 25% в ст. Кривянская и с 11% до 32% в ст. Красюковская. Повышение содержание ионов бикарбоната вызвало повышение рН до 8,43 в ст. Кривянская и до 8,46 в ст. Красюковская. Мы предполагаем, что весеннее повышение содержания бикарбонатов вызвано процессом разрушения почвенных карбонатов, которые в зимний период могут растворяться под действием воды атмосферных осадков и повышенного
содержания углекислого газа, выделяющегося при разложении растительных остатков и способного более интенсивно растворяться в воде из-за пониженных температур.
Весной содержание поглощенного натрия уменьшилось до значений менее 1%, тогда как осенью содержание поглощенного натрия в верхнем слое 0-20 см доходило до 16% от суммы обменных катионов (кальция, магния, натрия и калия). Снижение содержания поглощенного натрия отмечено также в нижележащих слоях почвы, но оно было менее значительным.
Таким образом, можно предположить, что снижение содержания поглощенного натрия происходит в результате промывающего воздействия воды атмосферных осадков.
Вода атмосферных осадков практически не содержит солей, и ее влияние на почвы, насыщенные натрием, может быть весьма негативным ввиду того, что черноземные почвы Ростовской области характеризуются тяжелым гранулометрическим
составом с преобладанием смектитовых минералов в тонких фракциях почвы. Набухание этих минералов может не позволить ультрапресной воде атмосферных осадков пройти в почву и совершить промывку от чрезмерного накопления солей. В то же время в личных подсобных хозяйствах, где проводились опыты, нами не было обнаружено ограничений в поступлении воды зимних осадков в нижележащие почвенные слои. Проведенные измерения плотности почвы с помощью пенетрометра не выявили наличия уплотненных слоев, что вполне предсказуемо, т.к. на небольших участках тяжелая техника не применяется, а уход обычно осуществляется в период, благоприятный для проведения почвенных обработок.
Существенных различий по слоям в гранулометрическом составе до глубины 1,00 м отмечено также не было, за исключением верхнего слоя 0-20 см, который характеризовался как более легкий. Так, если в ст. Кривянская все слои почвы до 1,00 м относились к среднесуглинистым, то верхний слой 0-20 см был легкосуглинистым.
Таким образом, нами были сделаны некоторые выводы. При поливах капельным способом водой повышенной минерализации происходит накопление солей в верхнем слое почвы, в составе накапливающихся солей преобладают катионы кальция. При значительном содержании в по-
ливной воде ионов натрия к концу поливного сезона содержание поглощенного натрия повышается. Накопление солей, имеющих в своем составе кальций, благоприятно сказывается на процессе промывки в течение зимнего периода, когда осадки, составившие зимой 2009-2010 года порядка 300 мм, позволили значительно уменьшить количество солей в верхнем 40-сантиметровом слое почвы.
По результатам проведенных исследований мы предположили, что наличие водорастворимых солей кальция на поверхности почвы является важным условием успешного процесса рассоления и рас-солонцевания в течение зимнего периода в условиях Ростовской области. Таким образом, для успешной промывки необходимо, во-первых, наличие воды для промывки, а во-вторых, наличие водорастворимых солей кальция. Так как не все поливные воды характеризуются значительным содержанием кальция в своем составе, то следует проводить внесение кальцийсодержащих солей на поверхность почвы до начала зимнего периода, чтобы улучшить процесс проникновения атмосферных вод вглубь почвы. С этой же целью улучшения водопроницаемости, при наличии в почве уплотненных слоев, следует проводить их разрушение посредством применения глубокого рыхления, чизелевания и других аналогичных обработок почвы.
Литература
1. Проблемы и перспективы использования водных ресурсов в агропромышленном комплексе России / В.Н. Щедрин и др. - Москва: ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2009. - 342 с.
2. Ясониди, О.Е. Капельное орошение на Северном Кавказе / О.Е. Ясониди. - Ростов-на-Дону: Изд-во Рост. ун-та, 1987. - 80 с.
Сведения об авторах Воеводина Лидия Анатольевна - канд. с.-х. наук Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации, старший научный сотрудник отдела освоения и использования орошаемых земель (г. Новочеркасск). Тел. 8(8635) 26-65-00, 8-928-988-05-77. E-mail: [email protected]
Information about the authors Voevodina Lidia Anatolievna - Candidate of Agricultural Sciences of Russian Research Institute of Melioration Problems, senior researcher of department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8-928-988-05-77.
E-mail: [email protected]
