CC BY
37
УДК 502/504:631.67 Т. И. СУРИКОВА
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
А. В. ШУРАВИЛИН, Н. М. САЛЕХ, С. А. КОЙКА
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский университет дружбы народов»
ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ И РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР СТОЧНЫМИ ВОДАМИ В УСЛОВИЯХ ЙЕМЕНА
Изложены результаты полевых исследований по режиму орошения люцерны, пшеницы и картофеля сточными водами в условиях Йемена. Определены нормы и сроки поливов, оросительная норма и суммарное водопотребление, установлены биологические коэффициенты культур. Орошение сточными водами по предложенному режиму повысило урожайность люцерны на зеленую массу на 23,8 %, яровой пшеницы на зерно - на 16,3 %>, клубней картофеля - на 14,3 % по сравнению с поливом грунтовой водой.
Водопотребление, режим орошения, сточные воды, оросительная норма, поливная норма, урожайность, люцерна, пшеница, картофель.
There are given results of field researches on the sewage irrigating regime of alfalfa, wheat and potato under the conditions of Yemen. The rates and terms of irrigation, total water consumption is defined, biological factors of crops are established. Sewage irrigation according to the proposed regime has increased crop capacity of alfalfa on green mass -by 23, 8 %, spring wheat on grain - by 16,3 %, potato tubers - by 14, 3 % in comparison with ground water irrigation.
Water consumption, an irrigation regime, sewage, irrigating rate, crop capacity, alfalfa, wheat, potatoes.
В Йемене из-за острого дефицита при- проведены в 2007-2009 годах на землях
родной воды изучается возможность и крестьянского хозяйства «Аль-Майтами»
эффективность орошения городскими сточ- Южного Йемена. При возделывании лю-
ными водами, использование которых зна- церны среднегодовая температура воздуха
чительно снижает антропогенную нагрузку в эти годы составляла 19,0... 19,4 оС при
на окружающую среду. При орошении сточ- среднемноголетней величине 18,3 оС, а го-
ными водами происходит их почвенная до- довая сумма осадков - соответственно
очистка, прекращается сброс в поверх- 553,3, 728,4 и 820,2 мм при норме
ностные источники и загрязнение подзем- 809,9 мм. Годовой дефицит влаги соответ-
ных вод, обеспечивается утилизация ственно был 975,8, 952,0 и 761,4 мм. В
питательных веществ, содержащихся в вегетационной период яровой пшеницы и
сточных водах, и экономия водных ресурсов. картофеля (сентябрь - декабрь) средняя
Однако технология орошения сельскохо- температура воздуха была близка к сред-
зяйственных культур разработана недоста- немноголетней величине в 2009 году, а
точно, а экологическая оценка использо- в 2007 и 2008 годах она была выше мно-
вания сточных вод не проводилась. голетних значений на 1,0 и 1,1 оС при
В связи с этим разработка рациональ- норме 16,9 оС. Сумма осадков была ниже
ных режимов орошения сельскохозяйствен- нормы на 65,5, 10,5 и на 19,8 мм при
ных культур сточными водами на горных норме 141,8 мм. Дефицит естественного
красно-бурых карбонатных почвах Южно- увлажнения составлял 441,8.518 мм.
го Йемена является актуальной задачей. Почвенный покров опытных участ-
Экспериментальные исследования были ков представлен горными красно-бурыми
№ 1' 2011
(41)
карбонатными почвами средне- и тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Содержание гумуса в верхнем слое почвы 0...40 см - 1,07...1,24 %, карбонатов (СаС03) - 8,4.10 %. Почва умеренно обеспечена гумусом, низко обеспечена подвижным фосфором и достаточно хорошо обеспечена обменным калием. Содержание общего азота составляет 0,059.0,065 %, подвижного фосфора -0,75.0,85 и обменного калия -11,4.12,2 мг на 100 г почвы. Почва незасоленная. Плотность сложения в слое 0...40 см составляет 1,24.1,26 г/см3, пористость - 50 %, наименьшая влагоем-кость (НВ) - 28,1 % от массы.
Для проведения исследований были выбраны три однородных по эколого-ландшафтным условиям опытных участка, где возделывалась люцерна на зеленую массу, яровая пшеница на зерно и картофель. На каждом опытном участке изучался полив грунтовыми водами из скважины (контроль - вариант 1) и орошение городскими сточными водами (вариант 2) в четырехкратной повторности. Агротехника в опыте была общепринятая для горной части Южного Йемена. На первом опытном участке возделыва-лась люцерна сорта «Хиджази», на втором - яровая пшеница сорта «Бухуз-13», на третьем - картофель сорта «Фабюла».
Городские сточные воды после их очистки характеризуются слабой минерализацией (в среднем 1162 мг/л) и слабощелочной реакцией (рН = 7,3.7,4). Содержание взвешенных веществ -480.546 мг/л, что превышает нормативный показатель (200 мг/л). Сточные воды
содержат большое количество загрязнителей органического и биологического происхождения: ХПК - 209,8.230,1 мг/л, содержание БПК5 - 72,6.86,6 мг/л, т.е. выше пердельно допустимых концентраций. По химизму засоления сточные воды хлоридно-бикарбонат-ные, а по катионному составу - кальциевые. Содержание аммонийного азота, нитратов, нитритов и тяжелых металлов ниже ПДК. Содержание железа, меди, марганца и кобальта после биологической очистки остается более высоким - в среднем 0,5 ПДК. По большинству агроирригационных показателей сточные воды пригодны для орошения сельскохозяйственных культур.
Режим орошения сельскохозяйственных культур в опытах поддерживался одинаковым, полив осуществлялся городскими сточными водами и грунтовой водой. Для поддержания предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в метровом слое почвы в 2007 году при орошении люцерны на зеленую массу потребовалось провести 10 поливов люцерны оросительной нормой 7160 м3 /га при средней поливной норме 716 м3 /га, в 2008 году - 9 поливов нормами 770.790 м3/га при оросительной норме 7030 м3/га, в 2009 году было проведено 8 поливов нормами 770.790 м3/га (оросительная норма 6260 м3/га) (табл. 1).
При орошении яровой пшеницы для поддержания предполивной влажности на уровне 70 % НВ в 2007-2009 годах было проведено 4-5 поливов нормами 800.820 м3 /га при оросительной норме 3260.4040 м3 /га (табл. 2).
Нормы и сроки поливов люцерны на зеленую массу
Таблица 1
Номер полива 2007 год 2008 год 2009 год
Дата полива Норма полива, м3/га Дата полива Норма полива, м3/га Дата полива Норма полива, м3/га
1 15.01 500 08.01 780 24.01 770
2 05.02 600 31.01 780 15.02 780
3 02.02 780 24.02 780 07.30 790
4 15.03 780 10.03 790 26.03 790
5 31.03 790 05.10 790 15.10 790
6 12.07 650 27.10 790 05.11 790
7 14.10 770 15.11 780 26.11 780
8 31.10 770 05.12 770 12.12 770
9 20.11 760 26.12 770 — -
10 12.12 760 — — — —
Оросительная норма 7160 7030 6260
Таблица 2
Нормы, сроки поливов пшеницы и картофеля
Номер полива 2007 год 2008 год 2009 год
Дата полива Норма полива, м3/га Дата полива Норма полива, м3/га Дата полива Норма полива, м3/га
Яровая пшеница
1 28.09 800 05.10 810 10.10 800
2 10.10 810 21.10 820 25.10 810
3 29.10 820 15.11 820 10.11 820
4 17.11 810 09.12 810 27.11 810
5 10.12 800 — — 16.12 800
Итого 4040 3260 4040
Картофель
1 24.09 540 28.09 540 08.10 540
2 06.10 540 10.10 550 18.10 540
3 17.10 550 21.10 550 27.10 550
4 27.10 550 05.11 550 05.11 550
5 07.11 550 14.11 550 14.11 550
6 19.11 550 26.11 550 24.11 550
7 01.12 540 10.12 540 04.12 540
8 14.12 540 15.12 540
Итого 4360 3830 4360
При возделывании картофеля для поддержания оптимальной влажности 75 % от НВ за вегетационный период потребовалось 7-8 поливов нормами 540.550 м3/га при оросительной норме 3830.4360 м3/га в зависимости от тепло- и влагообеспеченности года (см. табл. 2). Влажность почвы во время посадки была достаточно высокой (84.88 % НВ), но к концу вегетации она снижалась до 70 % НВ и менее.
Суммарное водопотребление сельскохозяйственных культур определялось методом водного баланса по полевым
наблюдениям за осадками, изменениями запасов почвенной влаги, поливами, вла-гообменом с подстилающим слоем [1]. Результаты приведены в табл. 3 и 4 и на рис. 1.3.
В среднем за три года возделывания люцерны суммарное водопотребление составило 13 946 м3/га, а среднесуточное -38,2 м3 /га. Наиболее высокое водопотребле-ние люцерны характерно для тех месяцев вегетации, в которых отмечались высокие температуры воздуха и выпадало мало осадков.
В суммарном водопотреблении люцерны при ее регулярном орошении и
Водопотребление люцерны, м3/га
Таблица 3
Период вегетации 2007 год 2008 год 2009 год Среднее значение
Всего За сутки Всего За сутки Всего За сутки Всего За сутки
Январь 893 28,81 985 31,77 723 23,32 867 27,97
Февраль 1317 47,03 1505 51,90 911 32,54 1244 43,82
Март 1192 38,45 1202 38,77 1305 42,10 1233 39,77
Апрель 1584 52,80 934 31,13 888 29,60 1135 37,84
Май 751 24,23 600 19,35 1108 35,77 820 26,44
Июнь 784 26,13 963 32,10 1212 40,40 986 32,88
Июль 1226 39,55 1151 37,13 1285 41.45 1221 39,38
Август 1090 35,16 1748 56,39 2331 75,19 1723 55,58
Сентябрь 1022 34,07 1101 36,70 1443 48,10 1189 39,62
Октябрь 987 31,84 1248 40,26 977 31,52 1071 34,54
Ноябрь 1502 50,06 1507 50,23 1111 37,03 1373 45,77
Декабрь 593 19,13 1445 46,61 1214 39,16 1084 34,97
Всего 12941 35,45 14389 39,31 14508 39,75 13946 38,17
поддержании оптимальной влажности почвы в среднем за три года наибольшая доля принадлежит атмосферным осадкам - 50 % и оросительной норме -49,1 %, использование почвенной влаги растениями за год при орошении составило 0,9 % от суммарного водопотребления.
Водопотребление яровой п:
Водопотребление яровой пшеницы в зависимости от погодных условий вегетационного периода изменялось в пределах 4 591.5 723 м3 /га, среднесуточное водопотребление составляло 37,55.46,91 м3 /га (табл. 4). Наибольшее водопотребление приходилось на критические периоды
Таблица 4
зницы и картофеля, м3 /га
Месяц 2007 год 2008 год 2009 год Среднее значение
Всего За сутки Всего За сутки Всего За сутки Всего За сутки
Яровая пшеница
Сентябрь 1464 48,80 987 32,90 1605 53,50 1352 45,07
Октябрь 1594 51,42 1660 53,55 1189 38,55 1481 47,77
Ноябрь 1460 48,67 1005 33,50 2153 71,77 1540 51,33
Декабрь 826 26,65 929 29,97 776 25,03 843 27,19
За вегетацию 5344 43,80 4581 37,55 5723 46,91 5216 42,75
Картофель
Сентябрь 1559 54,92 1206 40,20 2002 66,73 1589 53,95
Октябрь 1205 38,87 1585 51,13 458 14,77 1083 34,94
Ноябрь 1813 60,43 1918 64,27 2034 67,80 1926 64,20
Декабрь 1295 41,77 940 30,32 1411 45,52 1215 39,15
За вегетацию 5872 48,13 5659 46,39 6405 52,50 5813 47,65
Водопотребление, м3 /га
20000т-
10000 0
123456789 10 11 12
Месяцы
Рис. 1. Интегральная кривая водопотребления люцерны в 2007-2009 годах, м3/га:
» 2007 год; -щ- 2008 год; 2009 год
Водопотребление, м3/га 8000 6000 4000 2000 0
Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь
Месяцы
Рис. 2. Интегральная кривая водопотребления яровой пшеницы в 2007-2009 годах, м3/га: ♦ 2007 год; 2008 год; 2009 год
Водопотребление,
м3/га 8000
6000
4000
2000
0 Ч-,-,-,-,
Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь
Рис. 3. Интегральная кривая водопотребления картофеля в 2007-2009 годах, м3/га:
2007 год; -щ- 2008 год; 2009 год
роста и развития пшеницы (октябрь - ноябрь). В конце вегетации растения расходовали значительно меньше влаги. В суммарном водопотреблении яровой пшеницы в среднем за три года доля атмосферных осадков составила 19,5 % , оросительной воды - 72,5 %, почвенной влаги - 8,1 % .
Суммарное водопотребление картофеля в среднем за три года составило 5 813 м®/га при среднесуточном 47,65 м3 /га. Оно было максимальным (6 405 м3 /га) в наиболее жарком 2009 году. Во все годы исследований наибольшее водопотребление было зафиксировано в ноябре и в среднем составляло 1 926 м3 /га, или 64,2 м3 /га за сутки. Этот период вегетации являлся критическим по влагообеспеченности, и усиленное водоснабжение совпадало с фазой максимального клубнеообразования. В суммарном водопотреблении картофеля доля осадков составила 17,5 %, приход влаги из почвы -13,4 % и оросительной воды - 69,1 %.
Для расчетов суммарного водопотреб-ления сельскохозяйственных культур в практике проектирования режимов орошения используют эмпирические зависимости Г. К. Льгова (с биофизическим коэффициентом), Н. В. Данильченко (с биологическим коэффициентом испарения) и И. А. Шарова (с модулем испарения) [2, 3]. По результатам проведенных полевых исследований годовой биофизический коэф-
Характер изменения урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от источника оросительной воды сохранялся во все годы исследования.
№ 1' 2011
фициент в среднем за три года составил: для люцерны - 1,98, для яровой пшеницы - 2,43, для картофеля - 2,82 м3/га на 1 оС. Биологический коэффициент для люцерны за годовой период вегетации в среднем составил 0,90, за период вегетации яровой пшеницы - 1,09, картофеля -1,23 м3/га на 1мм. Модуль испарения в формуле И. А. Шарова в среднем за годовой период люцерны составил 1,98, для яровой пшеницы - 1,89, для картофеля -2,21 м3/га на 1 оС. Полученные значения биологических коэффициентов люцерны, яровой пшеницы и картофеля могут быть использованы при определении суммарного водопотребления и разработке проектного режима орошения.
Поливы сточными водами заметно повысили урожайность сельскохозяйственных культур по сравнению с поливами грунтовой водой во все годы исследований (табл. 5). В среднем за три года урожайность зеленой массы люцерны составила 90,34 т/га и была выше контроля на 17,68 т/га, или на 23,8 % .
В среднем за три года урожайность зерна яровой пшеницы составила 5,06 т/га, что выше контроля на 0,71 т/га, или на 16,3 % . Аналогичная картина сохранялась для картофеля: в среднем за годы исследований урожайность составила 35,26 т/га и была больше контроля на 4,41 т/га, или на 14,3 %.
Выводы
Полученные данные показали, что поливы сельскохозяйственных культур городскими сточными водами обеспечивают
(45
Таблица 5
Урожайность сельскохозяйственных культур, т/га_
Вариант опыта 2007 год 2008 год 2009 год Среднее значение Отклонение от контроля, %
% т/га
Люцерна на зеленую массу
Грунтовая вода 61,39 79,51 77,09 72,66
Сточная вода 72,12 101,3 97,6 90,34 23,8 17,68
НСРо.5 1,85 2,68 2,14 3,53
Яровая пшеница (зерно)
Грунтовая вода 4,37 4,46 4,21 4,35
Сточная вода 5,07 5,12 4,98 5,06 16,3 0,71
НСРо.5 0,35 0,38 0,43 0,45
Картофель
Грунтовая вода 30,45 32,17 29,94 30,85
Сточная вода 35,88 36,13 33,76 35,26 14,3 4,41
НСРо.5 1,41 1,48 1,0 1,59
более высокую урожайность по сравнению с поливом грунтовыми водами, что связано с наличием в сточных водах большого количества питательных веществ (азота, фосфора, калия) и полезных микроэлементов. Кроме того, при орошении городскими сточными водами поступление питательных элементов в почву и растения происходит постоянно при каждом поливе, т.е. отмечается дозированное внесение доступных питательных элементов вместе с водой во все основные фазы роста и развития растений.
При орошении люцерны городскими сточными водами содержание нитратов в кормовой продукции значительно ниже ПДК (в зерне пшеницы также ниже ПДК - 0,5 % сухого вещества), а содержание тяжелых металлов в зерне хотя и увеличивалось, но оставалось незначительным и не оказало отрицательного влияния на качество.
При орошении картофеля городски -ми сточными водами получаемая продукция соответствовала установленным стандартам по химическому составу, а содержание нитратов и тяжелых металлов не превышало предельно допустимой концентрации и других нормативов для технического картофеля, содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля было также значительно ниже ПДК.
Выводы
Орошение сточными водами повышает урожайность, не оказывает отрицательного влияния на химический состав, питательную ценность и загрязнение продукции тяжелыми металлами. В зависимости от объема, химического состава и возможности утилизации на земледельческих
полях сточные воды рекомендуется использовать с применением экологически безопасной технологии цикличного орошения. Такая технология основана на периодической подаче сточных вод в течение 4-5 лет и грунтовой воды в течение 2-3 лет, что значительно снизит риски возможного загрязнения почв и растительной продукции.
Орошение сельскохозяйственных культур городскими сточными водами в экологически допустимых пределах рекомендуется проводить с учетом дефицита водопотребления растений в зависимости от тепловлагообеспеченности вегетационного периода и биологических особенностей сельскохозяйственных культур.
1. Природообустройство / А. И. Голованов [и др.]; под ред. А. И. Голованова. -М.: КолосС, 2008. - 5 52 с.
2. Мелиорация и водное хозяйство. Орошение: справочник // Под ред. Б. Б. Шумакова. - М.: Колос, 1999. - 432 с.
3. Льгов Г. К. Орошение сельскохозяйственных культур центральной части Северного Кавказа. - Нальчик, 1980. -С. 104.
Материал поступил в редакцию 26.11.10. Сурикова Тамара Ивановна, кандидат технических наук, доцент
Тел. 8 (495) 485-66-62
E-mail: [email protected]
Шуравилин Анатолий Васильевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Тел. 8 (495) 334-11-73
Салех Набиль Мохаммед Нор Аддин, кандидат сельскохозяйственных наук Тел. 8 (495) 334-11-73
Койка Светлана Андреевна, и.о. доцента Тел. 8 (495) 334-11-73
