Введение к работе
Актуальность. Федеральной целевой программой «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы» предусматривается проведение реконструкции оросительных систем на площади 160 тыс. га. В Российской Федерации в 2004 году отнесены к разряду орошаемых 4.5 млн.га сельскохозяйственных земель, однако фактически поливалось не более 1,2 млн.га. На 70% этой территории применяют широкозахватные дождевальные машины. Подача оросительной воды при дождевании производится периодически при расходах, существенно превышающих впитывающую способность почвы, в то время как водопотребление по мере роста растений, повышения температуры воздуха и почвы возрастает плавно. В результате при дождевании происходит повышение влажности в верхних слоях почвы до уровня, при котором нарушается благоприятный водно-воздушный режим. Несоответствие интенсивности водоподачи впитывающей способности почвы приводит к образованию поверхностного стока и, как следствие, к эрозии почвы и загрязнению водоисточников. Для рационального использования воды, предотвращения указанных негативных явлений и сохранения плодородия требуется создание принципиально новых экологически безопасных, ресурсосберегающих способов орошения. При этом одним из важнейших условий является снижение расхода воды на единицу произведенной продукции.
Наиболее перспективными с этих позиций являются капельное и внутрипочвенное орошение, подкроновое, мелкодисперсное и синхронное импульсное дождевание. Эти способы орошения объединены общим понятием «малообъемное орошение». Водоподача в этом случае осуществляется периодически небольшими нормами, объем поданной воды соответствует впитывающей способности почвы и близок по величине суточной эвапотранспирации за межполивной период. Значительное снижение или полное отсутствие непроизводительных потерь воды на испарение, глубинный и поверхностный сброс характеризуют технологию полива как безотходную и экологически безопасную. Данные способы орошения нашли применение во многих странах, испытывающих острый дефицит оросительной воды. Они обеспечивают экономию водных, энергетических и материальных ресурсов при повышении урожайности сельскохозяйственных культур на 20 - 30 %.
Малообъемные способы орошения особенно эффективны при поливах различных сельскохозяйственных культур на землях, где другие способы орошения практически неприменимы (склоновые земли, недостаточное обеспечение водными ресурсами, близкое залегание грунтовых вод), площадь таких земель в Южном Федеральном округе превышает 1 млн. га.
В то же время применение способов малообъемного орошения предполагает использование для полива практически чистой воды без механических примесей; в ряде случаев возможно зарастание внутренней полости водовыпусков водорослями и засорение коллоидными частицами. Для систем малообъемного орошения характерна высокая стоимость. Каждый из данных способов орошения обладает специфическими особенностями, обуславливающими определенные требования к природно-хозяйственным условиям и набору сельскохозяйственных культур.
Анализ проблем применения малообъемных способов орошения показал, что необходимо совершенствование способов малообъемного орошения, технологии и технических средств применительно к рельефным, гидрологическим, микроклиматическим особенностям агроландшафта. Разработка методов расчета систем, принципиальных схем, способов модернизации существующих оросительных систем и технологий выращивания сельскохозяйственных культур при малообъемных способах орошения должна осуществляться на основе модульных конструкций оросительных систем.
Гипотеза. Рабочая гипотеза состояла в том, что новая технология создания систем малообъемного орошения и усовершенствованные технические средства полива обеспечат повышение эффективности использования водных и энергетических ресурсов при создании экологически ориентированных гидромелиоративных систем.
Цель исследований заключается в разработке ресурсосберегающей технологии и технических средств малообъемного орошения, обеспечивающих эффективность орошения и экологическую безопасность оросительных систем.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
-дать анализ современного состояния проблемы создания технических средств и технологий малообъемного орошения;
- изучить закономерности распространения влаги в почве на основе натурных наблюдений, лабораторных исследований и дать теоретическое обоснование режимов орошения в зависимости от применяемых технических средств полива;
- выявить влияние различных способов малообъемного орошения на величину суммарного испарения с орошаемого поля;
- разработать технологию создания модульных систем малообъемного орошения при возделывании различных сельскохозяйственных культур;
- разработать и экспериментально апробировать режимы орошения сельскохозяйственных культур с учетом особенностей различных технологий малообъемного орошения;
- усовершенствовать технические средства систем малообъемного орошения;
- разработать типовые схемы систем малообъемного орошения, обеспечивающие достижение расчетной продуктивности сельскохозяйственных культур при соблюдении требований экологической безопасности;
- разработать рекомендации по модернизации существующих оросительных систем на основе типовых схем оросительной сети малообъемного орошения;
- оценить экономическую эффективность малообъемного орошения (на примере одного из видов малообъемного орошения).
Методика исследований: При разработке технологии и технических средств малообъемного орошения использованы методы системного подхода, системотехники, теории проектирования новой техники. При проведении полевых исследований на опытно-производственных участках использовалась методика полевого опыта (Б.А.Доспехов,1979), методика оценки качества полива дождеванием в условиях сложного рельефа (ВНИИМиТП, 1978), методические указания по математической обработке результатов полевых опытов (ВАСХНИЛ-НИИКХ, 1961).
При проведении полевых исследований по оценке параметров поливной техники применены стандартные программы и методы государственных испытаний РД 10.11.1-87 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и установки дождевальные. Программа и методы испытаний» и РД 10. 11.2-87 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и установки поливные. Программа и методы испытаний». При работе над диссертацией использованы методологические основы научной школы ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова, ВНИИОЗ, МГУП и Волгоградской ГСХА.
Личный вклад автора состоит в теоретических исследованиях по выявлению закономерностей влагопереноса в почвах при малообъемных способах орошения, определению методов снижения расхода оросительной воды на единицу продукции. Разработаны и уточненены параметры технологий малообъемного орошения, методика расчета элементов техники орошения для различных систем. Предложены новые технические средства для систем малообъемного орошения и рекомендации по проектированию новых и модернизации существующих оросительных систем. Разработаны методические основы постановки исследований. При участии автора проведены опыты и проанализированы экспериментальные данные, полученные на системах мелкодисперсного дождевания в ОПХ Заволжской ОМС Волгоградской области, капельного и внутрипочвенного орошения на землях Гиссарского полигона и в совхозе «Коминтерн», синхронного импульсного дождевания в совхозе «Коминтерн», Колхозабадском откормочном комплексе Республики Таджикистан на площади более 350 гектар.
Достоверность результатов исследований. Разработанные принципы, методы и способы базируются на фундаментальных положениях мелиоративной науки. Полученные результаты подтверждаются данными многолетних исследований в Республике Таджикистан и в Волгоградской области РФ, а также математической обработкой полученных данных.
Научная новизна работы:
- впервые дано теоретическое обоснование расчета режима орошения с учетом его влияния на величину суммарного испарения с орошаемого поля в зависимости от способа малообъемного орошения, типа почв, вида сельскохозяйственных культур;
- предложена новая технология создания модульных систем малообъемного орошения, включая расчет элементов технологии полива при малообъемных способах орошения в соответствии с их типовыми схемами.
- разработаны новые водосберегающие и почвозащитные конструкции оросительных систем и технические средства малообъемного орошения;
- разработаны современные рекомендации по модернизации существующих оросительных систем с широкозахватными дождевальными машинами с целью их использования для малообъемного орошения.
Практическая значимость результатов работы. Рекомендации по применению технических средств и технологии малообъемного орошения позволяют производить модернизацию старых и строительство новых оросительных систем в соответствии с требованиями экологической безопасности, обеспечивая высокую эффективность использования водных, трудовых и энергетических ресурсов. Результаты работы использованы при составлении нормативно-методической документации, утвержденной и введенной в действие решениями научно-технических советов Минводхоза СССР и В/О «Союзводпроект» (Пособие к СНиП 2.06.03-85 «Проектирование оросительных систем синхронного импульсного дождевания»; дополнение к Пособию к СНиП 2.06.03-85 «Капельное орошение», «Проектирование систем капельного и подкронового орошения на базе технических средств Симферопольского завода»; «Руководство по проектированию оросительных систем синхронного импульсного дождевания», В/О «Союзводпроект», №419; «Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации систем капельного орошения» ВТР-11-28-81.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Теоретическое обоснование режимов малообъемного орошения.
2. Технология создания модульных систем малообъемного орошения.
3. Расчет элементов технологии полива при малообъемных способах орошения склоновых земель.
4. Новые конструкции и технические средства систем малообъемного орошения для создания новых и модернизации существующих гидромелиоративных систем.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на заседаниях Ученого Совета ВНИИГиМ в 1976...2007 гг., а также на научно-методических, научно-технических и научно-производственных конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе на научно-технической конференции СХИ 1979г., г. Волгоград; научно-технической конференции ВИСХОМ 1979 г., г. Москва; научно-технической конференции СХИ 1981г., г. Волгоград; Всесоюзной конференции, г. Душанбе, 1982г.; научно-технической конференции ВНИИОЗ, г. Волгоград, 1995г.; научно-технической конференции, г. Новочеркасск, 1996г.; Всероссийской научно-технической конференции ВНИИОЗ, г. Волгоград, 1997г.; Всероссийской научно-практической конференции ВНИИАЛМИ, г. Волгоград, 1998г.; научной конференции (к 75-летию ВНИИГиМ) 1999г.; 2nd international conference on land degradation / Khon Kaen, Thailand, 1999.; 17 th congress on irrigation and drainage. Transactions / Astes. Volume - 1D. Question 48. Granada. Spain. 1999.; 19th European Regional Conference of ICID./ Brno and Pragua, Czech Republic. Proceedings, 2001.; International commission on irrigation and drainage (ICID). Bled. Slovenia. 2002; международной конференции «Экологические проблемы мелиорации» (Костяковские чтения) 27-28 марта 2002 г.; 55 сессии МКИД и Межрегиональной конференции «Производство продовольствия и вода: социально-экономические проблемы ирригации и дренажа», Москва, 8-10 сентября 2004 г.
Разработки по теме диссертации демонстрировались во Всероссийском выставочном центре на выставках «Мелиорация земель России», «Аграрная наука - Москве и москвичам», «Наука России - агропромышленному комплексу» (1997), «Мелиорация земель и сельскохозяйственное водоснабжение России», «Агропромышленный комплекс России»(1998), «Наука - агропромышленному комплексу», «Инвестиции-99. Технология живых существ. П Международная выставка» (1999) и удостоены 8-ю медалями и дипломом 2-й степени ВВЦ, дипломом РАСХН за лучшую завершенную научную разработку года (2000).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 61 печатной работе (16 по перечню ВАК), в 7 нормативно-методических документах и защищены 3 авторскими свидетельствами СССР и 23 патентами РФ, в т. ч. 6 патентов - на способы орошения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 271 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, общих выводов. В работе содержится 53 рисунка, 33 таблицы. Список использованной литературы включает 428 наименований, в том числе 56 на иностранных языках.
