Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы, вследствие роста народонаселения на планете, сокращения посевных площадей, нарастания стихийных бедствий, использования зерна для получения биотоплива и ряда других факторов, обостряется проблема снабжения населения продуктами питания. В России из 210 млн. га сельхозугодий 24 % подвержены ветровой и водной эрозии, 21 % - опустыниванию и деградации, 19 % - засолению и т.п.; из-за неразумного применения минеральных удобрений в ряде мест наблюдается химическая деградация.
Известные аграрии считают, что для решения этой проблемы необходима интенсификация с.-х. производства, одним из направлений которой являются ресурсосберегающие и почвозащитные агротехнические и оросительные мелиорации. Большинство пахотных полей расположены на склоновых землях, где изначально опасной является водная эрозия почв, в том числе при орошении дождеванием.
Одним из способов повышения продуктивности земель являются ресурсосберегающие мелиорации, начиная с агротехнических мелиораций в засушливых условиях и дальнейшем развитии внутрипочвенного и капельного орошения на юге России, в том числе на склоновых землях. Обращается внимание на качество поливной воды и на биологическую мелиорацию водоёмов.
Цель исследования. Разработка технологий и совершенствование технических средств для комплексных ресурсосберегающих, противоэрозионных и агротехнических мелиораций в процессе глубокой основной обработки почвы на склоновых и равнинных землях, ресурсосберегающих оросительных мелиораций на склонах, а также микроорошения садов и других культур; комплексная геоэкологическая оценка почв, склонов и водных ресурсов региона, решение экологических проблем.
Объекты и предмет исследования. Комплексная технология и техника агротехнических ресурсосберегающих и почвозащитных мелиораций. Почва, склоны и водные ресурсы как объекты геоэкологической оценки и систем орошения. Перспективные ресурсосберегающие оросительные мелиорации на склонах, микроорошение на малосклоновых и равнинных землях в условиях юга России.
Научная новизна. Для условий юга России усовершенствованы агротехнические противоэрозионные мелиорации путём глубокой чизельно-отвальной обработки почвы с волнистой поверхностью и гребнистым днём борозды; установлен факт и причина начавшегося увеличения стока Нижней Волги; дана интегральная оценка загрязнённости водоёмов и апробирован метод их биологической мелиорации; разработаны научные основы внутрипочвенного орошения на склонах, в том числе с сыпучей загрузкой внутрипочвенных увлажнителей вдоль склона; обоснованы закономерности перемещения поливной воды при внутрипочвенном орошении.
На защиту выносится:
1) ресурсосберегающие и почвозащитные технологии и использование чизельно-отвальных орудий для противоэрозионной и агротехнической мелиорации за счёт гребнистого дна борозды и волнообразного наружного профиля глубокой пахоты, повышение за счёт этого эффективности орошения;
2) геоэкологическая оценка светло-каштановой почвы и склоновых земель, а также гидрология некоторых водных ресурсов Нижнего Поволжья как объектов агротехнических и оросительных мелиораций;
3) перспективные технологии и технические средства ресурсосберегающего внутрипочвенного орошения виноградников и широкорядных пропашных культур на склоновых землях, в том числе в горных условиях;
4) технология и техника ресурсосберегающего микроорошения садов и овощных культур на малосклоновых и равнинных землях;
5) создание новых комплексных технологических и технических решений для микроорошения и энергосбережения.
Достоверность разработанных положений, выводов и рекомендаций подтверждена практикой разработки ряда устройств для агротехнических мелиораций и систем орошения, их опытно-промышленной апробацией в реальных полевых условиях, в том числе на горных склонах, созданием и всесторонней апробацией оригинального внутрипочвенного увлажнителя, ощутимой прибавкой урожая за счёт агротехнических и оросительных мелиораций при экономии поливной воды, кардинальным снижением водной эрозии на склоновых полях за счёт особой глубокой обработки почвы, экспериментальными исследованиями отдельных компонентов систем, а также демонстрацией разработок на выставках и апробацией на научно-технических и научно-практических конференциях.
Практическая значимость. Агротехнические мелиорации в виде глубокого (до 40 см) чизельного рыхления на склонах и без них – с формированием указанных гребней – предотвращают водную эрозию почвы и стимулируют повышение урожайности в засушливых условиях; в орошаемом земледелии замена лемешно-отвальной пахоты на чизелевание обеспечивает прибавку урожая (на примере зелёной массы кукурузы) до 15 % при экономии энергоресурсов. Посредством двухярусного сверхглубокого (до 80 см) мелиоративного рыхления с одновременным внесением мелиорантов достигается восстановление солонцовых и деградированных почв. На примере внутрипочвенного орошения виноградников на горных склонах предложенные технические решения обеспечивают: выравнивание пьезометрического напора при наполнении керамзитом внутрипочвенных увлажнителей, уложенных вдоль склона, кардинальное увеличение зоны увлажнения в сторону уклона при укладке увлажнителей поперёк склона. Наибольшая продуктивность яблоневого сада достигается при поддержании влажности в активном слое почвы посредством внутрипочвенного орошения на уровне 75…80 % НВ, а рациональная планируемая урожайность краснокочанной капусты (при капельном орошении) составляет 60…90 т/га при ограничении минерального питания.
Реализация работы. Разработанные с участием автора технологии и системы апробированы в опытно-промышленных условиях и в разной степени внедрены:
1) чизельно-отвальное орудие к трактору ВТ-100 для глубоких агротехнических противоэрозионных мелиораций на склоновых землях – с формированием волнообразного наружного профиля;
2) комплексное адаптированное орудие ПУН-3-35 к трактору ВТ-150 для средней и глубокой мелиоративной обработки почвы на орошаемых полях;
3) система внутрипочвенного орошения, в том числе с внутрипочвенными увлажнителями ВПУ-1 (с плавающим сыпучим наполнителем), на горных склонах;
4) опытно-производственный участок по внутрипочвенному орошению на склонах;
5) система внутрипочвенного орошения яблоневого сада;
6) система капельного орошения краснокочанной капусты;
7) технология возделывания кукурузы на зелёный корм после глубокого чизелевания почвы в условиях капельного орошения;
8) технологии биологической очистки (мелиорации) водоёмов от «цветения», вызванного синезелеными водорослями;
9) лабораторная установка для исследования внутрипочвенных увлажнителей и внутрипочвенного орошения;
10) устройство для измерения расхода воды в оросительных каналах;
11) лабораторная установка для изучения испаряемости воды различного качества;
12) установка для наблюдений и регистрации влажности горизонтов почвы при внутрипочвенном орошении.
Апробация работы. Разработанный нами внутрипочвенный увлажнитель с плавающим наполнителем ВПУ-1 (для использования на горных склонах) демонстрировался в 1988 году на ВДНХ СССР и Пловдивской международной выставке-ярмарке и получил высокую оценку. Созданная с нашим участием установка для испытания внутрипочвенных увлажнителей демонстрировалась в 1991 году на конференции ВГСХА и использовалась в научных целях и в научном процессе.
Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях
- международных: «Экологические проблемы при водных мелиорациях» (Киев, 1995); «Проблемы научного обеспечения и экономической эффективности орошаемого земледелия» (Волгоград, 2001); «Процессы и оборудование экологических производств» (Волгоград, 2002); «Проблемы АПК» (Волгоград, 2003); «Вода: экология и технология – ЭКВАТЭК - 2006» (М., 2006); «AQVATTERRA» (С.-Пб., 2006); «Научное обеспечение национального проекта «Развитие АПК» (Волгоград, 2007); «Орошаемое земледелие в решении проблемы продовольственной безопасности России» (Волгоград, 2007); «Использование инновационных технологий для решения проблем АПК» (Волгоград, 2009);
- всесоюзных и всероссийских: «Проектирование, строительство и эксплуатация оросительных систем» (Волгоград, 1980); «Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве» (Новочеркасск, 1989); «Охрана природных ресурсов при проведении оросительных мелиораций в России» (М., 1992);
- межвузовских и региональных: «Экономия водных ресурсов в АПК» (Волгоград, 1989); конференция молодых учёных (Волгоград, 1994); «Царицынские встречи - 2000» (Волгоград, 2000);
- вузовских конференциях: Белорусской ГСХА (Горки, 1983); ВГСХА (1979-2008);
- совещаниях и круглых столах: в комитетах областной думы, Администрации области, в районах области (2001-2009).
В полном объёме диссертация рассмотрена и одобрена на научном семинаре ВГСХА (2009).
Публикации. По теме диссертации опубликована 71 работа, из них 11 в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации материалов докторских диссертаций; получено 9 патентов.
