Почвозащитные и водосберегающие технологии полива сахарной свеклы в условиях сероземов северных светлых нижней зоны Чуйской долины

В настоящее время развитие сельского хозяйства и мелиорации в Кыргызстане происходит в сложных экономических, экологических и социальных условиях. Однако, обеспечение продовольственной безопасности страны невозможно без мелиорации почв и развития орошаемого земледелия, т. к. наибольшая часть сельскохозяйственных угодий находится в засушливых районах, относящихся к зонам неустойчивого земледелия.

Чуйская долина является одной из крупнейших зон орошаемого земледелия в Кыргызской Республике и наиболее обжитой и развитой частью республики. На площади 13 тыс. км2 сосредоточено 1,2 млн. чел. или почти треть населения республики, с самой высокой плотностью на 1 км2 — 77 чел. Здесь находится столица Кыргызстана и ее главный промышленный центр город Бишкек.

Чуйская долина расположена на северной периферии Тянь-Шаня, занимая территорию в пределах 42,7 — 42,3° с.ш. и 73,5 — 75,6° в.д. Хребты, обрамляющие долину, простирающиеся преимущественно широтно, со средними высотами 3,5 — 4,5 км в ее южном обрамлении (Кыргызский Ала — Too) и 1 — 2,5 км в северном обрамлении (отроги Заилийского Ала — Tay), образуют конус выноса. Кыргызская часть долины расположена преимущественно на левобережье реки Чу после выхода реки из Боомского ущелья.

На долю сельскохозяйственных угодий приходится 1225,9 тыс. га долины. Из них пашни 401,7 тыс. га, в том числе орошаемой 328,8 тыс. га что составляет третью часть от этих показателей республики. На долю многолетних насаждений приходится 15 тыс. га, естественных сенокосов 23,6 тыс. га, пастбища 785,5 тыс. га. На орошаемых землях возделываются пшеница, ячмень, кукуруза на силос и зерно, сахарная свекла, семена сахарной свеклы и многолетних трав, овощи, фрукты и бахчевые культуры, развито кормопроизводство. Чуйская область производит до 70% овощебахчевых культур, 50% фруктов и винограда, 40% зерна республиканского валового сбора. Здесь сосредоточены научно-исследовательские институты, их центральные опытные станции и лаборатории селекции сельхозкультур.

Чуйская долина по своим почвенно-климатическим условиям относится к числу регионов, где важнейшим стабилизирующим фактором сельскохозяйственного производства является орошение. При соблюдении научно обоснованных систем земледелия и технологий орошения здесь возможно обеспечение высокой продуктивности сельскохозяйственных угодий. На орошаемых землях продолжается нарушение экологического равновесья, наблюдается подъем уровня грунтовых вод, происходит вторичное засоление почв, развивается водная эрозия, загрязнение водных источников, что дает повод для критики мелиорации. В значительной степени это обусловлено резким снижением технического уровня оросительных систем, несовершенством поливной техники, слабой оснащенностью средствами водоучета и управления поливами, снижением общей культуры поливного земледелия, а также нарушением режимов орошения сельскохозяйственных культур и использованием режимов орошения не всегда адоптированным к зональнь-м ландшафтам. Вместе с тем, имеющийся в республике положительный опыт использования орошаемых земель показывает, что в благоприятных почвен-но-климатических условиях при соблюдении научно обоснованных приемов, орошение обеспечивает получение высоких урожаев овощных, технических, кормовых и других сельскохозяйственных культур, что свидетельствует о больших потенциальных возможностях создания в республике устойчивой базы обеспечения населения продуктами растениеводства собственного производства, что в свою очередь, неизбежно ведет к восстановлению роли орошаемого земледелия.

Актуальность темы

Наблюдающееся потепление климата на^емле, сокращение ледниковых запасов воды в горах Центральной Азии, опустынивание территории и нарастание дефицита водных ресурсов в странах Центральной Азии и Казахстане, экологический кризис в бассейне Аральского моря относятся к числу важных региональных проблем [111, 110, 44, 51, 52, 117, 142]. В настоящее время вода становиться таким же стратегическим ресурсом, как и энергоносители и является незаменимым ресурсом существования человеческого общества. Сохранение этого ресурса, его количества и качества всецело зависит от организации водопользования [2].

По размерам удельных расходов поливной воды, нерациональности ее использования страны Центральной Азии (ЦА) прочно удерживают первое место в мире. Положительное воздействие орошения здесь проявляется в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, а отрицательное — в ухудшении экологической обстановки [23, 54, 126]. Существующая система земледелия не обеспечивает рационального использования биоклиматических, земельных и водных ресурсов, а интенсификация сельскохозяйственного производства сопровождается ухудшением состояния природной среды в результате развития деградационных процессов и в первую очередь снижения плодородия почв [84]. В результате нерационального применения традиционных технологий орошаемого земледелия более 60% орошаемых земель Центральной Азии деградировали и были выведены из сельскохозяйственной эксплуатации [110].

Для устранения негативных процессов в орошаемом земледелии необходимо разработать и внедрять технологии, предотвращающие непроизводительные потери поливной воды, деградацию почв, активизирующие восстановительные процессы, деятельность микроорганизмов-редуцентов, интенсификацию процессов воспроизводства биологических ресурсов [106].

В Чуйской долине, как и во всей Центральной Азии, развиваются процессы опустынивания. В предгорной зоне тонкие слои почвы при применении традиционных систем и технологий полива по бороздам и дождеванием подвергаются сильной эрозии, а часть объема оросительной воды, подаваемой на поля, теряется на глубинную фильтрацию и затем выклинивается в нижней зоне долины, вызывая поднятие грунтовых вод [108]. Применение традиционных технологий орошения в нижней зоне долины также приводит к значительным потерям поливной воды (до 50%) на глубинную фильтрацию, что еще более увеличивает поднятие уровня грунтовых вод и создает условия для их интенсивного испарения, накапливания солей в почве и снижения их плодородия.

По данным Чуйского областного управления оросительными системами площадь орошаемых земель Чуйской долины составляет 330 тыс. га. Площадь земель с недопустимым уровнем грунтовых вод (УГВ) на 2000 год в Чуйской долине составила 10,7 тыс. га, засоленных 36,1 тыс. га, засоленных в комплексе с недопустимым УГВ 6,6 тыс.га. В Чуйской области наметилась тенденция роста подтопленных населенных пунктов, количество которых составил 80, около которых 14 тыс. га орошаемых земель заросли камышом.

Происходящие процессы деградации почв орошаемых земель в Центральной Азии и Чуйской долине свидетельствуют актуальности разработки и внедрения в сельское хозяйство почвозащитных, водосберегающих систем и технологий орошаемого земледелия.

Связь НИР с государственными программами. Исследования проводились в соответствии с научно-технической государственной программой «Высокоэффективные технологии и процессы, обеспечивающие продовольственную и сырьевую безопасность Кыргызстана» и по проектам: «Автоматизированные экологические безопасные водосберегающие и энергосберегающие системы водохозяйственного комплекса Чуйской долины" — «Разработка и исследование низконапорных комбинированных оросительных систем и технологий орошения сельскохозяйственных культур по бороздам и дождеванием», финансируемых Государственным агентством по науке и интеллектуальной собственности при Правительстве Кыргызской Республики.

Цель работы — научное обоснование и разработка почвозащитных и водосберегающих технологий полива сахарной свеклы в условиях сероземов северных светлых нижней зоны Чуйской долины.

Объекты исследований: орошаемые участки с посевами сахарной свеклы в нижней зоне Чуйской долины.

Защищаемые положения:

1. Эффективность дискретной технологии полива с переменным расходом поливных струй, через борозду, по коротким, тупым, уплотненным поливным бороздам, малыми нормами с рассредоточением выдачи поливной нормы и мульчированием неполивных борозд в условиях близкого залегания уровня грунтовых вод.

2. Оценка влияния различных технологий полива по бороздам на сток поливной воды, смыв почвы, урожайность и качество сахарной свеклы.

3. Ресурсосберегающие системы орошения и земледелия. Задачи исследований:

1. Определить влияние различных технологий полива по бороздам на равномерность увлажнения почвы, сток воды и смыв почвы.

2. Определить влияние различных технологий полива по бороздам на урожайность и качество сахарной свеклы.

3. Выявить оптимальную технологию полива по бороздам сахарной свеклы на сероземах северных светлых при близком залегании уровня грунтовых вод.

4. Разработать усовершенствованные ресурсо-водосберегающие, повышающие плодородие почв системы и технологии орошаемого земледелия.

5. Определить оптимальные элементы техники полива по бороздам сельскохозяйственных культур в условиях нижней зоны Чуйской долины.

6. Обосновать экономическую эффективность разработанного способа полива.

Научная новизна работы. Выявлена оптимальная почвозащитная и во-досберегающая технология полива по бороздам сельскохозяйственных культур (сахарной свеклы) для условий сероземов северных светлых нижней зоны Чуйской долины при близком залегании уровня грунтовых вод. Определено влияние элементов техники полива на равномерность увлажнения почвы, сток поливной воды и смыв почвы, урожайность и качество сахарной свеклы.

Практическая значимость. Предложенная технология полива позволяет устранить недостатки традиционных способов орошения, применяемых на сероземах северных светлых в Чуйской долине, а именно предотвратить потери воды на сброс, сток и глубинную фильтрацию, сократить затраты на поливную воду, предотвратить деградацию почв, повысить плодородие орошаемых земель, урожайность и качество сахарной свеклы.

Реализация результатов. Разработанная технология орошения внедрена на опытном участке сельскохозяйственного кооператива «Ветка» Аламу-дунского района Чуйской области.

Достоверность результатов обеспечивалась применением современных научных методологий и использованием сертифицированного гидрометеорологического оборудования при сборе и обработке научно — исследовательского материала:

1. Данные о мелиоративном состоянии земель Чуйской долиныЧуиского областного управления оросительными системами на 2004 год.

2. Данные автоматических метеостанций «СатЬе1» и теплобалансовых наблюдений с 2001 по 2004 г. на опытных участках.

3. Экспериментальные данные по продвижению воды в поливных бороздах, по равномерности увлажнения вдоль длины борозд, по изменению влагозапасов в почве, а также стоку поливной воды, смыву почвы, урожайности и качества сахарной свеклы (2002 — 2004гг).

4. Данные наблюдений Кыргызгидромета за осадками и температурой воздуха в течение вегетационных периодов 2002 — 2004 гг.

5. Данных климатических и агрометеорологических справочников и национальных докладов о состоянии землепользования Кыргызстана (1989,2000 и 2004;2006 гг.).

Все эти исходные материалы обобщались, анализировались, критически оценивались и сравнивались с целью обоснования почвозащитных и водосберегающих систем и технологий орошаемого земледелия и элементов техники полива для создания надежной базы устойчивого получения высоких гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур наряду с сохранением окружающей среды.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практической конференции Кыргызско-Российского Славянского университета, посвященной 200-летию со дня рождения A.C. Пушкина (Бишкек, 2000), Международной научно — практической конференции, посвященной 50 — летию КГПУ им. И. Арабаева (Бишкек, 2002), ежегодных научно — практических конференциях КРСУ (Бишкек, 2000 — 2005), организуемых кафедрой метеорологии, экологии и охраны окружающей среды в честь Всемирного метеорологического дня, на IV межвузовской научной конференции в Южно — Российском государственном университете экономики и сервиса (Волгодонск, 2006).

Публикация научных работ. По материалам диссертационной работы автором опубликованы 9 научных работ и получено 3 патента KP на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 120 страницах текста, содержит 27 рисунков, 27 таблиц, список литературы включает 159 наименования.

134 ВЫВОДЫ.

1. Применение в Чуйской долине традиционных систем и технологий орошаемого земледелия приводит к потерям поливной воды, заболачиванию, засолению, деградации почвы. Агроклиматические и почвенные условия региона используется недостаточно, урожайность большинства сельскохозяйственных культур составляет менее половины максимально возможного уровня. Устранение возникших проблем возг. ожно при применении уточненных оросительной и поливных норм, наряду с внедрением комбинированных почвозащитных водосберегающих приемов полива сельскохозяйственных культур и биологических систем земледелия.

2. Выявлено, что при поливе по бороздам в условиях сероземов северных светлых нижней зоны Чуйской долины при близком залегании грунтовых вод почвозащитной и водосберегающей является дискретная технология полива с переменным расходом поливных струй, через борозду, по коротким, тупым, уплотненным поливным бороздам, с м>льчи-рованием неполивных борозд, малыми нормами с рассредоточением выдачи поливной нормы. Причем выдача дробных частей поливной нормы может осуществляться сначала подачей двух импульсов полива с максимальным эрозийно допустимым (полным) расходом поливных струй (0,45 л/с), затем двумя импульсами с уменьшенным расходом поливных струй в два раза. Коэффициент равномерности увлажнения вдоль поливных борозд при поливе этой технологией составил Кр = 0,96, причем поливная норма была в два раза меньше, чем при полиь -, переменным расходом поливных струй, при поливе которой ко:/ффи-циент равномерности которой составил Кр = 1,05.

3. Наибольшие потери поливной воды на сброс и сток почвы наблюдались при поливе постоянным расходом поливной струи по уплотнену ным бороздам с расходом поливных струй 0,78 л/с (40−45% и 340 м /га соответственно). Наибольший смыв почвы наблюдался при поливе постоянным расходом 0,78 л/с по неуплотненным бороздам, и составил 11,0 т/га. Дискретная технология полива с переменным расходом поливных струй по уплотненным бороздам исключает сток поливной воды, и смыв почвы за пределы орошаемого участка, так как полив проводился по тупиковым бороздам.

Наибольший выход урожая на единицу поливной воды был получен при поливе дискретной технологией с переменным расходом поливных струй через борозду по тупым уплотненных бороздах и мульчировании неполивных борозд, при расходе поливных струй 0,45. 0,225 л/с, составил 25,8 кг/м3, что по сравнению с контрольным вариантом выше на 75%.

Содержание сахара в корнеплодах сахарной свеклы было максимальным при поливе дискретной технологией с переменным расходом поливных струй по уплотненным бороздам, при расходе поливных струй 0,45.0,225 л/с, составило 19,13%, что больше по сравнению с контрольным вариантом на 8%.

Наиболее экономически выгодной технологией полива по бороздам является полив дискретной технологии полива с переменным расходом поливных струй (0,45.0,225 л/с) через борозду по уплотненным тупым бороздам и мульчированием неполивных борозд, при применение которой была получена прибыль 324,4 $ США/га, что на 225,6 $ США/га больше, чем в варианте полива постоянным расходом поливных струй (0,45 л/с) по уплотненным бороздам.

Для решения существующих экологических проблем орошаемого земледелия разработаны усовершенствованные системы и технологии мелиорации:

Способ мелиорации поливных участков при близком залегании грунтовых вод. Полив участка с мульчированными неполивными бороздами проводится через борозду, по коротким, уплотненным, тупым бороздам с увеличенным поперечным сечением в начале борозд, по дискретной технологии с переменным расходом поливных струй и рассредоточением выдачи поливной нормы (Патент № 761, КО, МПК 7 А 01 в 25/00).

Система биомелиорации почвы орошаемого участка с бороздково-капельным поливом. Система содержит поливные борозды, проложенные посередине грядок, и две группы узких траншей с растительными остатками и гравием. Дно поливных борозд полосой перфорированной мелиоративной полиэтиленовой пленкой (Патент № 341, КО, МКИ 6 А 01 в 25/02).

Система биомелиорации при близком залегании грунтовых вод и увлажнении почвы животноводческими стоками. Система для утилизации животноводческих стоков содержит проложенные по середине грядок траншеи, экранированные снизу лотками и накрытые сверху мелиоративной пленкой, и бесполостные дрены с гравием для отвода грунтовых вод и аэрации почвы (Патент № 783, Кв МПК 7 А 01 в 25/00).

Система биомелиорации почвы при поливе участков по бороздам. Система содержит по середине грядок на месте неполивных борозд узкт? е траншеи, заполненными растительными остатками и навозом. Система биомелиорации почвы орошаемого участка с капельным поливом. Система содержит поливные трубопроводы с капельницами, расположенными на краю узких траншей с навозом и растительными остатками, проложенными по середине грядок и внутрипочвенные воздушные трубопроводы для аэрации почвы.

Система дождевания и управления микроклиматом орошаемых участков. Полив в системе осуществляется с чередованием норм полива на увлажнение верхней части и всего корнеобитаемого слоя почв-т, прикрытого мульчей из растительных остатков в сочетании с аэрозольным увлажнением.

I • Система комплексного регулирования агроклиматических факторов повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур при поливе по бороздам. Система содержит биоинтенсивну^о систему орошаемого земледелия с поливом по бороздам и систему мелкодисперсного дождевания.

8. Предложенные системы и технологии орошаемого земледелия позволяют:

• Осуществлять комплексное регулирование факторов жизни растений, поддерживать оптимальную влажность, температуру почвы и призем.

1 ного слоя воздуха, улучшить аэрацию почвы, активизировать биологические процессы в почве, повышающие ее плодородие во всем активном слое, обеспечить утилизацию животноводческих стоков, выращивать экологически чистую сельскохозяйственной продукцию.

• Создать стационарные системы орошаемого земледелия с минимальными затратами на обработку почвы, борьбу с сорняками и полив.

• Обеспечить равномерное увлажнение почвы вдоль длины поливных борозд и по периметру грядки, устранить сброс поливной воды в конце борозд, устранить эрозию почвы минимизировать непроизводительные потери поливной воды на испарение и глубинную фильтрацию, поддерживать оптимальную влажность почвы, предотвратить поднятие к грунтовых вод.

Рекомендации производству.

1. В условиях сероземов северных светлых нижней зоны Чуйской долины при близком залегании грунтовых вод для сохранения и повышения плодородия почвы и получения высоких урожаев почвозащитной, во-досберегающей и экономически целесообразной является дискретная технология полива с переменным расходом поливных струй, обеспечивающих добегание лба поливных струй до конца поливных борозд, чсрез борозду, по коротким, тупым, уплотненным поливным бороздам, малыми нормами. Подача первых двух импульсов полива осуществляется максимальным эрозийно допустимым (полным) расходом поливных струй равным 0,45 л/с, затем двух импульсов уменьшенным расходом поливных струй в два раза, выдача оставшейся поливной норм’ы осуществляется расходом 0,45 л/с через 0,4 — 1 суток. В связи с ухудшением эколого-экономической ситуации в земледелии необходимо внедрять ресурсосберегающие системы и технологии орошаемого земледелия, основанные на приемах биомелиорации и комбинированном орошении.