Содержание к диссертации
Введение
1 .Состояние изученности вопроса 9
1.1 .Биологические особенности орошаемой зерновой кукурузы 9
1.2.Способы орошения кукурузы на зерно 10
1.3. Режимы орошения и продуктивность кукурузы на зерно 21
2. Природные, технологические условия схемы опытов и методика исследований 26
2.1. Климатические, почвенные и погодные условия 26
2.2.Технологические условия 32
2.2.1 . Проектирование и строительство участка по дополиву углов ДМ «Фрегат» по кротовым увлажнителям 32
2.2.2.Технология орошения ДМ «Фрегат» с дополивом угловых площадей 50
2.3.Схема опытов 52
2.4.Методика проведения исследований 52
3. Функционально-стоимостнои анализ техноло гического процесса возделывания кукурузы на зерно при орошении дм «Фрегат» 58
4. Водный и пищевой режимы почвы при различных режимах орошения комбинированным способом 67
4.1.Водный режим почвы 68
4.2.Пищевой режим почвы 75
5. Влияние режимов и способов орошения на водо-потребление, урожайность и качество зерна куку рузы 82
5.1.Суммарное водопотребление 82
5.2.Среднесуточное водопотребление 88
5.3.Урожайность зерновой кукурузы 95
5.4. 3ависимость продуктивности кукурузы на зерно от величины оросительной нормы 97
5.5 .Качество зерна 100
6. Экономическая и энергетичская эффективность возделывания кукурузы на зерно при комбинро-ванном способе орошения 103
6.1 .Экологическая оценка комбинированного способа орошения 103
6.2.Экономическая эффективность возделывания кукурузы на зерно при орошении модифицированной ДМ «Фрегат» с до-поливом угловых площадей по кротовым увлажнителям 109
6.3.Биоэнергетическая оценка орошения зерновой кукурузы при использовании комбинированного способа 112
Выводы 117
Предложения производству 119
Список использованной литературы 121
Приложения 136
- Режимы орошения и продуктивность кукурузы на зерно
- Проектирование и строительство участка по дополиву углов ДМ «Фрегат» по кротовым увлажнителям
- Функционально-стоимостнои анализ техноло гического процесса возделывания кукурузы на зерно при орошении дм «Фрегат»
- 3ависимость продуктивности кукурузы на зерно от величины оросительной нормы
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важнейших факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является мелиорация земель. Орошение позволяет создать крупные зоны гарантированного производства зерна, кормов, повысить продуктивность технических, овощных и других культур.
Земельный фонд Ростовской области составляет 8459 тыс. гектар, орошаемые земли занимают 290 тыс. га. Площадь орошения дождеванием со- . ставляет 195,0 тыс. га [35].
Современное орошаемое земледелие требовало высокой механизации поливов сельскохозяйственных культур на новой, более прогрессивной технической основе. Одним из главных направлений увеличения механизации являлся переход на полив широкозахватной дождевальной техникой. В Ростовской области широкое распространение получила широкозахватная дож- . девальная техника — «Фрегат», «Днепр», «Волжанка», «Кубань».
Наиболее высокая производительность и автоматизация полива достигается при поливе дождевальной машиной «Фрегат». Многообразие природных и организационно-хозяйственных условий районов применения вызвали необходимость создания различных модификаций машины «Фрегат». В настоящее время на полях страны эксплуатируется 58 модификаций данной машины марок ДМ, ДМУ-А, ДМУ-Б. Машины отличаются не только конструктивными размерами, но и гидравлическими параметрами (давлением, расходом), скоростью движения др. Общим отличительным признаком работы ДМ «Фрегат» является полив в движении по кругу с водозабором из гидранта в центре орошаемого участка. Как правило, сельскохозяйственное поле имеет прямоугольную или квадратную форму, в результате чего, до 21,5 % площади поля остается неорошаемой.
Для уменьшения площади недополива на конце консоли серийно вы- ' пускаемых дождевальных машинах «Фрегат» для полива углов полей установлен один дальнеструйный трехсопловый аппарат секторного типа. Однако он не обеспечивает удовлетворительного орошения угловой площади.
Кардинальное решение проблемы полива всей посевной площади на участках, обслуживаемых «Фрегатами», предложено учеными российского НИИ проблем мелиорации, в том числе соискателем (патент на изобретение № 2175473), на основе комбинированного способа орошения, включающего наряду с дождеванием дополив угловых площадей по кротовым увлажнителям.
Вместе с тем закономерности водопотребления и формирования продуктивности полевых культур при данном комбинированном способе орошения не изучены, а рациональное управление водным режимом почвы оставалось практически нерешенной задачей мелиоративной науки и практики.
Цель и задачи исследований. Разработать ресурсосберегающие режимы орошения кукурузы на зерно при комбинированном способе полива ДМ «Фрегат» с дополивом угловых площадей по кротовым увлажнителям, обеспечивающие получение высоких устойчивых урожаев в условиях Ростовской области.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Выполнить функционально-стоимостной анализ технологического процесса возделывания кукурузы на зерно при орошении;
Изучить особенности водного и пищевого режимов почвы при различных режимах орошения при поливе дождеванием и по кротовым увлажнителям;
Установить закономерности изменения в онтогенезе суммарного и среднесуточного водопотребления кукурузы на зерно от улучшения снабжения растений влагой при комбинированном способе орошения;
Определить влияние различных режимов орошения при поливе дождеванием и по кротовым увлажнителям на продуктивность и качество зерна кукурузы;
Разработать рациональные режимы орошения кукурузы на зерно при . комбинированном способе орошения;
Установить технико-экономические показатели и провести биоэнергетическую оценку режимов орошения кукурузы на зерно при комбинированном способе орошения.
Исследования выполнены в соответствии с заданием 1.18 «Разработать технологический процесс внутрипочвенного орошения по кротовым увлаж- нителям с использованием водорегулирующих устройств сети кротово-внутрипочвенного орошения», государственной программы «Мелиорация и гидротехника».
Объекты исследований. Объектами исследований являлись: обыкновенный слабо выщелоченный тяжелосуглинистый чернозем, кукуруза на зерно и орошаемый участок, включающий ДМ "«Фрегат" и сеть кротово- внутрипочвенного орошения.
Методология исследований. В диссертационной работе использованы результаты полевого эксперимента, выполненного в соответствии с общепринятыми методическими требованиями. При анализе и обработке экспериментальных данных применялись методы системного анализа и простейшие программы для персональных компьютеров.
Научная новизна. В результате исследований впервые для условий орошаемых обыкновенных черноземов Ростовской области:
- разработаны ресурсосберегающие режимы орошения, выполняемого
комбинированным способом - дождеванием ДМ «Фрегат» и внутрипочве-
ным поливом угловых площадей по кротовым увлажнителям;
- установлены закономерности водопотребления при различной водо-
обеспеченности и способах орошения;
- определены закономерности влияния режимов орошения при ком
бинированном способе на урожайность и качество зерна кукурузы
Достоверность результатов исследований подтверждается:
большим объемом экспериментальных данных, полученных в результате многолетних полевых исследований в опытно-производственных уело- виях;
достаточным объемом расчетных данных;
высокой степенью достоверности результатов экспериментальных исследований по изучению режимов орошения кукурузы на зерно ДМ «Фрегат» с дополивом угловых площадей по кротовым увлажнителям.
Практическая ценность и реализация работы. Разработанные режи- -мы орошения, выполняемого комбинированным способом - дождеванием ДМ «Фрегат» и по кротовым увлажнителям (дополив угловых площадей) позволяют повысить продуктивность зерновой кукурузы до 7,0 т/га при рациональном использовании водных и материальных ресурсов.
Результаты исследований по отработке элементов технологии орошения кукурузы на зерно ДМ «Фрегат» с дополивом угловых площадей внедрены в совхозе «Золотаревский» Семикаракорского района Ростовской области на площади 150 га и в ЗАО «Волгоуралстрой» Саратовской области на площади 70 га.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 15 научных работах, общим объемом 1,66 п. л., из них авторских 0,25 п. л.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях в НПО «Юг-мелиорация»: «Интенсификация рабочих процессов и совершенствование конструкции гидромелиоративных машин» (1989 г.); НИМИ: «Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве» (1989 г.); «Проблемы мелиорации и экономики Юга России» (1993 г.); «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» (1995 г.): НГМА: «Проблемы
сохранения окружающей среды при эксплуатации гидромелиоративных систем» (1996 г.); «Кадры и научно-технический прогресс в мелиорации» (1997 г.); на научно-практической конференции НГМА, посвященной 65-летию со дня рождения академика Б.Б.Шумакова (28 - 29.10. 1998 г.), ФГНУ «РосНИ-ИПМ» «Перспективы проведения научных исследований в области решения проблем мелиорации» (2002 г.).
За разработку технологии орошения кукурузы на зерно ДМ «Фрегат» с дополивом угловых площадей по кротовинам автор награжден медалью «Лауреат ВВЦ», получен патент на изобретение № 2175473 «Оросительная система».
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты функционально-стоимостного анализа технологического процесса возделывания кукурузы на зерно при орошении;
ресурсосберегающие режимы орошения зерновой кукурузы при комбинированном способе, включающем дождевание ДМ «Фрегат» и внутри-почвенный полив угловых площадей по кротовым увлажнителям;
закономерности изменения водопотребления кукурузы на зерно с повышением водообеспеченности при различных способах орошения;
закономерности влияния режимов орошения при разных его способах на урожайность и качество зерна кукурузы.
1.СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА
1.1 .Биологические особенности орошаемой зерновой кукурузы
Кукуруза - одна из наиболее распространенных кормовых культур на орошаемых землях. На зерно ее выращивают в хозяйствах Северного Кавказа, Нижнего и Среднего Поволжья, Центрально-черноземной зоны, а на силос и зеленый корм во всех районах России, получая при этом по 8-10 т/га зерна и более чем 50 т/га зеленой массы [24,33,37,96,147,154].
В условиях поливного земледелия кукурузой засевают 15-20 % севооборотной площади, а в предгорных районах Северного Кавказа — до 30 % и получают с гектара 7-9 т зерна.
Продолжительность вегетационного периода кукурузы колеблется от 90 до 150 дней. В 100 кг зеленой массы кукурузы в молочно-восковой спелости содержится 20,3 кормовых единиц и 1,2 кг перевариваемого протеина, в зерне - 65-70 % крахмала, 6-9 % белка, 4-6 % жира.
Чтобы правильно регулировать водный и пищевой режимы почвы, нужно знать особенности развития корневой системы кукурузы. Различают первичную и вторичную корневую системы. Установлено, что на предкав-казских черноземах поглощающая поверхность корней кукурузы увеличивается при орошении в 2 раза, а количество пасоки - в 4 раза по сравнению с посевом на богаре. При увлажнении слоя почвы 0,8- 1,0 м урожайность кукурузы значительно выше, чем при увлажнении до 0,5 м [39,154].
Общая протяженность корней одного растения достигает нескольких километров, из них более 80 % находится в слое почвы 60 см. Как показали исследования [21,72,154], кукуруза при высоте 15-20 см сильно отстает в росте, растения увядают в дневные часы, если в слое почвы 0-25 см недостаточно влаги. Это объясняется тем, что зародышевый корень не обеспечивает повышенную транспирацию растений, а воздушные корни очень медленно
г У
развиваются. Проведение в этот период дождевания нормой 350 м /га с одновременным внесением 50 кг/га д.в. аммиачной селитры и послеполивного рыхления междурядий обеспечивает очень хорошее развитие кукурузы.
Кукуруза экономнее расходует воду, чем другие полевые культуры. Ее транспирационный коэффициент составляет 239-495, тогда как у пшеницы он - 271-639, у люцерны - 568-1068, у подсолнечника - 490-577. Но кукуруза потребляет больше влаги, так как у нее самая большая листовая поверхность, мощная корневая система и растянутый период вегетации. При оптимальном водоснабжении нормально развитое растение кукурузы использует за вегетацию 160-250 л воды, а суммарное водопотребление кукурузного поля составляет (по данным Ростовской ОМС) 4251-6066 м3/га [50,154].
1.2.Способы орошения кукурузы на зерно
В орошаемом земледелии для орошения кукурузы применяют в основном 3 способа полива.
Поверхностное орошение - поливы по бороздам, напуском по полосам, затоплением чеков, основано на распределении воды по поверхности почвы, дождевание - на распылении над орошаемыми участками воды в виде дождя специальными машинами. Внутрипочвенное орошение - подача воды по заложенным в земле оросительным трубопроводам и увлажнителям для увлажнения активного слоя почвы за счет ее всасывающей способности.
Поверхностное орошение наиболее эффективно в сильно засушливых зонах. При этом способе оросительная вода сравнительно медленно самотеком распределяется по поверхности поля, что позволяет промачивать почву на большую глубину, чем при дождевании, даже при малой или средней ее водопроницаемости. Поэтому поверхностный способ с успехом используется при проведении влагозарядковых и вегетационных поливов в период усиленного потребления влаги растениями кукурузы [23,49,75].
При поверхностном орошении, по мнению С.Д. Лысогоров [76], предпочтительнее полив кукурузы по бороздам.
При поливе по бороздам вода впитывается главным образом через капилляры, а верхний слой почвы между бороздами остается сухим. В этом случае улучшаются условия микробиологической деятельности и питания растений, а потери на испарение снижаются. Наряду с положительными сторонами полив по бороздам имеет и отрицательные, которые заключаются в сложности равномерного распределения воды по полю (особенно по длине борозды) и низкой производительности труда поливальщика. Присущие этому способу недостатки отражаются и на мелиоративном состоянии орошаемых земель, наблюдается подъем грунтовых вод, нарушаются сроки проведения на посевах междурядных обработок, что отрицательно сказывается на росте и развитии растений.
Для повышения производительности полива по бороздам учеными ВНИИГиМа [24,37,143] предложено осуществлять поливы пропашных культур агрегатом СПМ-200, при движении его вдоль временного оросителя. В этом случае вода из рабочих трубопроводов по шлангам подается в поливные борозды. Агрегат рассчитан на ширину захвата 150 м. Это позволяет при норме 600 м /га и подаче в каждую борозду струи воды 0,8 л/с поливать за час гектар посевов кукурузы.
Для полива кукурузы на спланированных полях с малопроницаемыми почвами и уклоном поверхности более 0,002 применяются удлиненные (200-400 м) борозды. Полив по длинным бороздам позволяет автоматизировать подачу воды в борозды и значительно повысить производительность труда. В зависимости от глубины борозды и уклона поверхности расход воды изменяется от 0,3 до 2 л/сек [115].
Повышение производительности труда при поверхностном орошении может быть достигнуто также благодаря черезрядным поливам. Опыты, проведенные в Румынии [18] показали, что при поливе кукурузы через два меж-
дурядья по бороздам длиной 500 м производительность поливальщика достигает 5-8 га за смену (при поливной норме 400-500 м3/га).
Черезрядные поливы кукурузы на участках с относительно глубокими грунтовыми водами изучались Херсонским СХИ и ВНИИ кукурузы [37]. При поливе по бороздам, нарезанным в каждом междурядье, урожай зерна был на 11,9 — 14,4 ц/га выше, чем при поливах через междурядье. Однако на черезрядные поливы тратилось времени на 35% меньше, чем на поливе по бороздам в каждом междурядье. Аналогичные результаты были получены на Волгоградской и Ростовской опытно-мелиоративных станциях [38].
Э.Ф. Адиньяев [2] рекомендует орошать участки с уклоном 0,002-0,02 по проточным бороздам. При этом вода в борозду подается в количестве 0,5-1,5 л/с с таким расчетом, чтобы она равномерно впитывалась в почву по длине борозды. Для равномерного увлажнения почвы по всей борозде применяют полив переменной струей, т.е. в начале дают предельно допустимый ток воды, а после того как, она дойдет до конца борозды и заданная полив-
ная норма (700-1000 м /га) выльется, струю уменьшают вдвое.
Высший экономический институт им. К. Маркса проводил опыты с поливом кукурузы по бороздам. Максимальный урожай зерна кукурузы — 11,4 т/га составил при поливе по бороздам, с междурядьями 70 см [110].
И.Т. Ефимов [36] считает, что при поливе по бороздам, когда почва между бороздами увлажняется путем инфильтрации, полного насыщения корнеобитаемого слоя практически не бывает. Переувлажнение наблюдается при поливе большими нормами на участках с близким залеганием грунтовых вод, но это может быть только результатом неправильного применения орошения.
Основным недостатком поверхностных поливов считается их большая трудоемкость и низкая производительность труда при ручном распределении воды между бороздами и полосами. Так, М.С. Филимонов [38] считает, что применение, поверхностных способов полива затруднено поскольку они у
нас еще почти не механизированы. К недостаткам поверхностного способа полива, вместе с низкой производительностью, можно отнести значительные затраты труда и неравномерность распределения воды.
В сравнении с поверхностным способом полива (по бороздам, полосам) дождевание имеет значительные преимущества. При дождевании полностью механизируется полив, отсутствуют затраты труда на нарезку и заравнивание поливной сети, сокращаются объемы планировочных работ. По сравнению с поверхностными способами полива при дождевании более эффективно используется оросительная вода. К.К. Битюков и П.К. Дорожко на основе своих многочисленных опытов доказывают, что затраты воды при дождевании снижаются на 15-20 % по сравнению с поверхностными способами полива при более высоких урожаях кукурузы [11,51,146].
Дождевание позволяет в большей мере механизировать и автоматизировать поливы сельскохозяйственных культур. Его можно применять на участках со сложным рельефом.
В процессе дождевания повышается не только влажность почвы, но и приземного слоя воздуха. В результате улучшения микроклимата значительно усиливается ассимиляция, сокращается разрыв между цветением метелок и початков. Капли воды, проникая в почву, обогащают ее кислородом, что особенно важно для корневой системы кукурузы. При помощи дождевания можно осуществлять все виды поливов: влагозарядковые, послепосевные вегетационные, освежительные, подкормочные [134,144,145].
В Болгарии также считают, что при орошении дождеванием оросительную норму можно сократить на 25-50% без заметного снижения урожая зерна кукурузы [15].
По результатам опытов, проведенных в Китае [16] наиболее высокий урожай зерна кукурузы при орошении дождеванием достигнут на вариантах, где слой почвы 0-30 см увлажнялся на 100%, а дождевание нормой 30 мм проводили с интервалом 7-Ю дней. Высота растений в этом случае составля-
ла 260-300 см, площадь листовой поверхности - 0,8-0,85 м2 на 1 растение, а индекс листовой поверхности 3,5-4. Общая оросительная норма за период вегетации кукурузы равнялась 500-550 мм.
На опытных участках одного из хозяйств земли Рейнланд-Пфальц орошение кукурузы проводят дождеванием, в благоприятные по влагообес-печенности годы поливают 1 -2 раза (в период образования 7-8 листа и за 10-15 дней до цветения) слоем 30-40 мм, в засушливые годы - той же нормой 2-4 раза в критические периоды для роста и развития растений. Производи-тельность дождевальных установок 25 м /ч [20].
На орошаемых землях Поволжья для проведения вегетационных поливов кукурузы на зерно используют ДДА-ЮОМА, «Фрегат», «Днепр», «Кубань».
На Астраханской сельскохозяйственной опытной станции [150] получали ровные и дружные всходы кукурузы за счет послепосевного полива агрегатом ДДА-ЮОМА. Г.Г. Шилером [150] установлено, что при орошении дождеванием обеспечивается получение не менее высоких урожаев кукурузы на зерно, чем при поверхностных способах.
Полив дождевальным агрегатом ДДА-ЮОМА позволяет сравнительно равномерно распределить воду по полю и повысить производительность труда, а также не ухудшать мелиоративное состояние земель. Этот агрегат рассчитан на орошение сравнительно низкорослых культур при частых вегетационных поливах небольшими нормами. Наиболее ощутимо преимущества такого дождевания проявляются на землях с неглубоким залеганием грунтовых вод, на участках с невыраженным уклоном, а также на хорошо водопроницаемых почвах, где при поливе по бороздам трудно добиться равномерного распределения воды на поверхности. Однако при поливах дождеванием наблюдается значительное испарение, а небольшое расстояние между оросителями (110-120м) затрудняет использование широкозахватной техники при после поливных обработках посевов кукурузы.
Необходимо учитывать и то, что большая высота кукурузы во второй половине вегетации ограничивает возможность полива некоторыми дождевальными машинами. В частности уже при образовании 13-14 листьев высота растений достигает 1м, что исключает применение многих дождевальных машин (например «Волжанки»), имеющих низкий горизонтальный пояс трубопроводов. Полив дождевальным агрегатом ДДА-100МА в фазу выбрасывания метелок - молочная спелость зерна сопряжен со значительным повреждением растений кукурузы.
Д.А. Штокалов считает, что одно из достоинств дождевальной машины ДДА-100МА состоит в ее мобильности и возможности успешного применения на орошаемых участках, устроенных под поверхностные способы полива, не прибегая при этом к какому-либо переустройству оросительной сети и затратам дополнительных средств. Эти достоинства позволяют применять комбинированные способы полива: влагозарядковые проводить поверхностными способами, а вегетационные дождеванием [117].
В настоящее время для дождевания при возделывании кукурузы широко применяются дождевальные машины «Фрегат». Эти машины предназначены для полива главным образом высокостебельных культур, и прежде всего кукурузы [8].
Самоходная многоопорная дождевальная машина радиального действия «Фрегат» представляет собой движущийся по кругу поливной трубопровод с расположенными на нем среднеструйными дождевальными аппаратами. На конце трубопровода имеется дальнеструйный дождевальный аппарат, работающий по кругу и по сектору. Трубопровод с наружным диаметром 178 или 152 мм установлен на самоходных тележках на высоте 2,2 м от поверхности земли [70,89].
Основное преимущество ДМ «Фрегат» перед другими дождевальными машинами - высокое качество дождя и возможность подбора его параметров применительно к гранулометрическому составу почв, биологическим и агро-
техническим требованиям растений. Высокая производительность таких машин обычно достигается на автоматизированных оросительных системах [130,138].
Поскольку поливаемая этими машинами площадь представляет собой круг, то в границах квадрата, в который вписан этот круг, часть площади остается неполивной: величина неполивной площади (углы - «посушки») в зависимости от модификаций ДМ «Фрегат» колеблется от 9 до 23 га. Несмотря на существенный конструктивный недостаток ДМ «Фрегат», выражающийся в неполном поливе площади, к положительным качествам необходимо отнести ее работу в автоматическом режиме при низких затратах труда, что обуславливает широкое применение этих машин в практике орошения [8,37,70,76,89].
Особенностью орошения дождевальной машины «Фрегат» является изменение скорости движения в широком диапазоне. Это дает возможность при одном и том же расходе получать разную поливную норму. Поливная норма зависит от скорости передвижения последней тележки машины, которая регулируется числом ходов гидроцилиндра на ней в единицу времени.
Для наиболее рационального применения ДМ «Фрегат» в различных . почвенных условиях необходимо подобрать нужные размеры машины и нужный расход. ДМ «Фрегат» соответствует всем агротехническим требованиям, предъявляемым к дождевальной технике.
Многими исследователями отмечено, что при поливе дождеванием происходят значительные потери воды на испарение, в засушливые годы наблюдается малая эффективность поливов при глубоком залегании грунтовых вод, резко снижается производительность труда при подаче больших поливных норм.
Еще в конце 19 века людей занимала мысль о регулировании водного режима почвы путем наличия подземной сети труб. Внедрение в сельскохо-
зяйственное производство трубчатого дренажа послужило предпосылкой развития внутрипочвенного орошения [14].
Внутрипочвенное орошение (ВПО) представляет собой способ полива, при котором вода подается непосредственно в корнеобитаемый слой из трубчатых или кротовых увлажнителей, устраиваемых в почве на глубине 40-60 см от поверхности земли. Увлажнение почвы происходит под действием капиллярных и гравитационных сил [27].
При внутрипочвенном орошении активизируется микробиологическая деятельность почвы, из ее пахотного горизонта не вымываются растворимые питательные вещества. Урожайность сельскохозяйственных культур при подпочвенном орошении получается обычно выше, чем при дождевании [27].
Изучение внутрипочвенного орошения по кротовинам, нарезанным кротоплугом, проводились еще в 30-е годы Н.Д. Кременицким [71], В.Р. Ри-дигером [122]. Особенно широко внутрипочвннное орошение изучалось в 50-е годы прошлого века: В.Р. Ридигер [122,123], М.В. Преображенская [105], В.И. Бобченко [12,13]).
Исследования показали, что при проведении поливов кротовины разрушаются, поэтому при закладке кротовин стали применять крепители, обеспечивающие удовлетворительную их устойчивость. Для крепления кротовин применяли цемент, известковое молоко, растворимое стекло, а в 1941 году была испытана кротомашина для закладки кротовин с одновременным их креплением различными химикатами. Крепление кротовины обеспечивали проведение трех и более поливов (В.И. Копьев [68], Н.Р. Хамраев [142], И.А. Дукмасов [32]).
Учеными ЮжНИИГиМа в 1970-е годы для прокладки кротовых дрен был разработан кротователь КТД-0,45. Ими была также предложена технология крепления кротовых увлажнителей полимерными материалами К-6 и полиакриламидом, что позволило повысить устойчивость кротодрен при по-
ливах до 3-4 лет, предложен способ подачи и распределения воды в кротовины из закрытой сети через пористую засыпку (А.В. Чеботарев [120]).
Из всех систем внутрипочвенного орошения, кротово-внутрипочвенная наиболее дешевая и доступная. В настоящее время исследования в области внутрипочвенного орошения проводятся научно-исследовательскими институтами и станциями в различных зонах СНГ (ВНИИМиТП, ВНИИГиМ, ЮжНИИГиМ, Крымская опытно-мелиоративная станция, Укргипроводхоз и др.).
Внутрипочвенное орошение имеет свои особенности: поливы можно сочетать с обогревом почвы (В.И. Бобченко [12]), вместе с оросительной водой можно внесить минеральные удобрения непосредственно в корнеоби-таемый слой (В.И. Бобченко [12,13]), а также пропускать воздух, то есть управлять не только водным, но и пищевым, воздушным, тепловым режимами почвы. При этом авторами особенно отмечено увеличение эффективности минеральных удобрений.
При данном способе орошения отмечено снижение количества сорняков из-за трудности увлажнения верхнего 5-7 см слоя почвы. Значительно сокращаются потери воды на испарение с. поверхности почвы [27].
Эксплуатационные расходы при внутрипочвенном орошении по сравнению с дождеванием и поверхностным поливом сокращаются в несколько раз, а производительность труда поливальщика (оператора) увеличивается в 10 раз [5].
Внутрипочвенное орошение - один из немногих способов полива, который можно применять в условиях больших уклонов и пересеченной местности, не опасаясь эрозии почв [5,27].
В Делаваре (США) изучали влияние внутрипочвенного орошения на рост и урожай зерна кукурузы. Внутрипочвенное орошение обеспечило статистически достоверную прибавку урожая зерна кукурузы, независимо от внесения органических удобрений [17,101].
В шт. Юж. Каролина в США [95] на участке площадью 1,7 га с системой двустороннего действия возделывали кукурузу на зерно. Гофрированные ПВХ перфорированные трубы диаметром 80 мм уложены бестраншейным способом через 8, 16 и 32 м. Корневая система растений проникла на глубину 75 см. Оросительная норма была в среднем 747,6 мм, включая атмосферные осадки. Урожай кукурузы составил 7,0-8,2 т/га.
В. Васильев и др. [73] проводили исследования по изучению влияния внутрипочвенного орошения на рост, развитие и урожай кукурузы в Волга-рии на лугово-болотной почве с плотностью сложения 1,43 т/м , порозно-стью - 44% и влажностью 26,9% от НВ. Орошение проводили микропористыми шлангами фирмы «Entec corporation» и по бороздам (контроль). Во всех вариантах опыта с внутрипочвенным орошением высота растений, индекс листовой поверхности и фотосинтетический потенциал были выше, чем в варианте с контролем. Урожай зерна в вариантах с внутрипочвенным орошением был на 16,7 - 38,3 % выше, чем при поливе по бороздам. Самым эффективным был вариант 1 (промачивание почвы до 0,8 м) - урожай в среднем за 3 года составлял 10,52 т/га, а при контроле 7,60 т/га.
Кукурузу на зерно возможно возделывать также при капельном и мелкодисперсном способах орошения.
В ФРГ проводили исследования по изучению дождевания и капельного орошения кукурузы на зерно и силос. Урожай зерна и сухой массы был примерно одинаковым в обоих вариантах. Урожай зеленой массы был выше при дождевании. С увеличением густоты стояния с 1 до 10 растений на м при норме дождевания 210 и 150 мм увеличились урожай зерна и показатель листовой поверхности. Затраты труда на капельное орошение составляют 0,035 чел/га, на дождевание - 0,4-0,5 чел/га [30,78,94,125].
И.Н. Таран и В.В. Бородычев [133] утверждают, что применение мелкодисперсного дождевания в оптимальных условиях водного режима почвы снижает концентрацию клеточного сока и водный дефицит листьев, ограни-
чивает транспирацию, значительно повышает продуктивность фотосинтеза растений кукурузы. Оросительная норма сокращается при этом на 25-30%, а урожай кукурузы в сравнении с обычным дождеванием повышается на 15-20%.
Многочисленные исследования показали, что при выращивании кукурузы целесообразно сочетание нескольких способов орошения. Так, Ткачен-ко Ф.М. и др. [135], Филимонов М.С., Мамин В.Ф. [139] считают, что влаго-зарядковые поливы по бороздам нормой 800 — 1200 м3/га обязательны только в засушливую осень при глубоком залегании грунтовых вод более 3 м. Вегетационные поливы следует осуществлять дождевальными машинами «Фрегат», ДДА-100МА, «Днепр», «Кубань», а с наступлением у кукурузы фазы выметывания метелки - поливы необходимо проводить по бороздам. Поливная норма при этом зависит от глубины увлажнения, водно-физических свойств и влажности почвы до полива, поливная норма при дождевании не должна превышать 500 м3/га, с целью исключения опасности поверхностного стока, по бороздам - 800-900 м3/га.
К такому же выводу пришли А.С. Кружилин и др. [72,96]. По их мнению орошение дождеванием необходимо сочетать с поливом по бороздам для улучшения микроклимата на посевах кукурузы. При этом дождевание следует давать небольшими нормами - 100-150 м3/га. Особенно эффективно освежительное дождевание в период выметывания метелки - цветения кукурузы.
Согласно данным [107,116,119] в начале вегетации кукурузы поливы дождеванием имеют значительные преимущества перед поверхностными способами, а во второй период вегетации целесообразен полив по бороздам, так как он дает возможность лучше осуществлять более глубокое промачи-вание почвы. В опытах Ростовской ОМС в среднем за 5 лет урожай зерна при проведении поливов при снижении влажности почвы в метровом слое до
70 и 80 % от НВ соответственно составил 6,63 и 7,58 т/га, а без полива 3,42 т/га.
Мартыненко Г.Н., Петрунин В.П. [79] также считают, что при возделывании кукурузы на зерно влагозарядковые поливы следует проводить поверхностными способами по широким полосам или бороздам-щелям, а вегетационные поливы дождеванием.
Таким образом, на основании вышеизложенного установлено, что исключительная роль при возделывании кукурузы на орошаемых землях принадлежит правильному выбору способов и технологий орошения с учетом ее агротехники, биологических особенностей и требований к условиям произрастания.
1.3 .Режимы орошения и продуктивность кукурузы на зерно
Исследования СМ. Тулайкова (1922), К.Г. Шульмейстера (1931), И.С. Костина (1961), В.Г. Кучера (1973), Л.Д. Максименко (1973), И.Т. Ефимова (1974), А.П. Швечиковой (1974), ИГ. Бондаренко (1975), В.Г. Кучера, Е.И. Поротькина (1975), Г.К. Льгова, Д.В. Мальбахова (1978), В.Н. Титова (1981), В.В. Пронько (1981), Н.Г. Воронина, Е.П. Денисова, П.И. Краснихина (1982), А.И. Агаркова (1986), Э.Д. Адиньяева (1988), а также работы А.Л. Запорож-ченко (1978), В.Г. Ильичева (1986), А.П. Царева, Е.П. Денисова, A.M. Коса-чева и др. (1996), В.И. Остапова, Н.К. Дударь (1979), Н.Г. Сыкало (1976) показали, что кукуруза лучше многих культур отзывается на улучшение водного режима почвы. Благодаря этому, выращивание кукурузы на орошаемых землях является важным источником увеличения производства ее зерна и укрепления кормовой базы животноводства.
В неорошаемых условиях потенциал этой культуры полностью не используется (И.С. Костин (1971), И.П. Кружилин (1986)). Исследования, выполненные Н.А. Пронько в 1985-1889 гг., показали, что возможности культуры без орошения реализуются тем уже, чем больше аридность климата. В
Поволжье недоборы урожайности кукурузы из-за дефицита естественной влагообеспеченности составляют: в степной зоне 18,2-22,4, сухостепной 22,9-25,8, полупустынной 31,3-38,1 т/га. Таким образом, они увеличиваются от 40% в степной зоне Самарской области до 84% в полупустынной зоне Астраханской области.
Для повышения урожайности кукурузы эффективны даже одни влаго-зарядковые поливы. Эффективность влагозарядковых поливов близка к эффективности лиманного орошения [76]. Однако поддерживать благоприятный водный режим почвы на протяжении вегетации кукурузы можно только с помощью вегетационных поливов, влияющих на водопотребление культуры.
Водопотребление орошаемой кукурузы изучали в разных природных зонах орошаемого земледелия — в Поволжье: в Самарской области Е.И. По-ротькин (1980, 1984), Саратовской - И.С. Костин, Л.А. Косова (1974), Ф.П. Терентьев (1990), Волгоградской - М.Г.' Демиденко, М.К. Сухинина, Ж.В. Кружилина (1983), на Северном Кавказе — Р.Х. Закураев (1987), на урале -И.А. Кузник, Ф.П. Терентьев (1978), на Украине - В.М. Куница (1981), М.Я. Трегубенко и др. (1974).
Е.И. Поротькиным (1980, 1984) показано, что в зависимости от режимов орошения суммарное водопотребление культуры в степной зоне Самар-ской области изменяется от 3988 до 4347 м /га. В условиях оптимального ув-лажнения почвы оно составляет 4216 м /га. Суммарное водопотребление кукурузы определяли и в сухостепной зоне Саратовского Заволжья. В опытах Ф.П. Терентьева (1976) водопотребление при разных режимах орошения составляло 3839-4762 м3/га, В.Н. Титова (1981) - 3805-4603 м3/га, Ю.И. Пан-ченко, В.В. Иванова, Ф.И. Стрельникова (1990) - 3250-3778 м3/га.
Исследованиями Н.А. Пронько (1999) показано, что с усилением засушливости климата требуется увеличение водоподачи и проведение большего числа поливов. Для формирования высокопродуктивных агроценозов
кукурузы в степной зоне требуется в среднем 2,0 (1-3), в сухостепнои 4,2 (3-5), в полупустынной 5, 75 (5-7) полива за вегетацию культуры. При этом оросительная норма, в м3/га, возрастает с 1186 (800-1660) в Самарской до 1832 (1350-2350) в Саратовской и до 2659 (2086-3044) в Астраханской области.
Режим орошения кукурузы для условий Самарской области разрабатывали: В.Г. Васин, А.А. Марковский (1986), Е.И. Поротькин, В.Г. Кучер (1974), Саратовской - Н.Г. Воронин, P.M. Ильгамов (1974), Л.А. Косова (1973), И.С. Костин, Л.А. Косова (1974), И.А. Кузник, Ф.П. Терентьев (1975), А.П. Царев, A.M. Косачев, Е.П. Денисов и др. (1996), Волгоградской - А.Н. Пономарев (1977), И.П. Кружилин, Н.В. Кузнецов (1991) и другие.
Исследованиями А.П. Швечиковой (1974), Н.И. Володарского (1975), Ф.П. Терентьева (1976), И.Г. Бондаренко (1975), Е.И. Поротькина (1980, 1984), В.Н. Титова (1981), И.П. Кружилина (1986), И.П. Кузнецова, Ж.В. Кружилиной (1986) и других показано, что максимальная продуктивность кукурузы формируется при интенсивном режиме орошения, когда предпо-ливная влажность почвы поддерживается на уровне 80% НВ. Однако для поддержания столь высокого предполивного порога влажности почвы расходуется очень большое количество оросительной воды и требуется проведение большого числа вегетационных поливов.
По данным Самарского НИИСХ (Е.И. Поротокин, 1984) при выращивании кукурузы в степной зоне Самарской области водоподача при интен-сивном (80% НВ) режиме орошения на 530 м /га превышает оросительную норму при умеренном режиме и составляет 2640 м3/га, и требуется проведение 2-5 поливов. Поданным Саратовского СХИ (В.Н. Титов, 1981) для поддержания интенсивного режима орошения в сухостепнои зоне Саратовского Заволжья требуется проведение 2-5 поливов общей водоподачей 2193 м /га, что на 618 м3/га больше, чем при умеренном поливном режиме. По данным ВНИИОЗ в сухостепнои зоне Волгоградской области повышение предпо-
ливного порога влажности с 70 до 80% НВ достигалось увеличением ороси-тельной нормы с 2100-2800 до 3000-4000 м /га и числа вегетационных поливов с 3-4 до 6-8 (Ж.В. Кружилина, 1981).
Некоторые исследователи [23,75,143] высказывают мнение, что уровень оптимальной влажности может снижаться до 70% НВ в активном слое почвы и несколько ниже без ущерба для урожая зерна. Одни из них объясняют это тем, что при пониженной влажности почвы корневая система больше распространяется и углубляется, и при благоприятном водоснабжении в последующий период обеспечивает более высокий урожай, чем при произрастании в благоприятных условиях увлажнения в течение всей вегетации. Другие считают, что кукуруза в первые 1-1,5 месяца медленно растет и мало расходует воды.
И.Т. Ефимов [36] в рекомендациях отмечает, что для получения высоких урожаев кукурузы вегетационные поливы необходимо проводить при снижении влажности почвы 0,8 м в первую половину вегетации до 70% НВ, а от начала выметывания до мол очно-восковой спелости до 80% НВ, в дальнейшем следует снижать влажность почвы до 70% НВ.
По данным ВНИИ кукурузы и других научно-исследовательских учреждений, влажность активного слоя почвы в течение вегетации должна поддерживаться поливами на уровне не ниже 60-65% НВ на легких, 70-75% НВ на средних и 80% НВ - на тяжелых по гранулометрическому составу почвах. При поливе дождеванием, особенно на почвах с пониженной водопроницаемостью, в фазе 8-12 листьев целесообразно проводить нарезку борозд глубиной 18-20 см или борозд-щелей на глубину зо-35 см, а на склоновых землях - прерывистых борозд [114,137].
Для условий орошаемой зоны Дагестана для получения 6,5-7,8 т/га зерна кукурузы необходимо проводить 5-6 поливов дождеванием в засушли-вые годы, а во влажные 2-3 полива с оросительной нормой 1400-3000 м /га [134].
Национальный научно-исследовательский центр в Каире [16] изучал влияние режима орошения кукурузы и его структуру у сорта Гиза 2. Орошение посевов проводили с интервалом 1,2 и 3 недели. Самым эффективным был полив с интервалом в 1 неделю. Так урожай зерна составил соответственно 10,3 т/га по сравнению с 9,7 т/га при интервале в 3 недели.
Влияние орошения на урожай зерна изучали в Болгарии [17]. Выращи- ' вали гибрид кукурузы Кнежа 611. Влажность почвы поддерживали на уровне 70-80-70% ЫВ путем проведения 6-7 поливов (оросительной нормой 3500 и 4410 м3/га). Урожай зерна кукурузы достигал 12,5 т/га.
По данным Крымской ОМС УкрНИИГиМа, повышение влажности почвы с 60 до 79 и 80% НВ в слое 0-100 см увеличивает продуктивность зерновой кукурузы с 5,4 до 7,9 и 8,8 т/га [37,112].
По данным Казахского института водного хозяйства [76,112] проведение 4 поливов оросительной нормой 2600 м3/га обеспечивает получение с каждого гектара 6,5 т зерна, а 7 поливов оросительной нормой 4400 м /га — 7,0 т зерна.
Таким образом, способам и режимам орошения зерновой кукурузы были посвящены многочисленные исследования. Однако данные по особенностям водопотребления культуры, ее продуктивности, по рациональным режимам орошения при сочетании дождевания и внутрипочвенного орошения для условий Северного Кавказа в научной литературе отсутствуют.
2. ПРИРОДНЫЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, СХЕМА ОПЫТОВ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Климатические, почвенные и погодные условия
Исследования по изучению режимов орошения зерновой кукурузы при комбинированном способе орошения ДМ «Фрегат» с дополивом углов по кротовым увлажнителем проводились на опытном участке совхоза «Золота-ревский» Семикаракорского района Ростовской области. Он расположен в зоне Багаевско-Садковской оросительной системы (рис. 1).
Характерная особенность климата Северного Кавказа - континенталь-ность и засушливость.
Для характеристики климата использовались многолетние данные Се-микаракорской метеостанции, которые приведены в приложении 1.
Среднегодовая температура воздуха, составляет 7,9С. Наиболее холодными месяцами являются январь и февраль (среднемесячные температуры - 6,0 и 5,2 С) и наиболее жаркие - июль и август, со среднемесячными температурами 23,1 - 22,1 С.
Температура воздуха в среднем за зимне-весенний период равна 2,6 С, . а за вегетационный период - 16,4 С.
Согласно с агроклиматическим районированием Северного Кавказа, составленным Южгипроводхозом, территория совхоза «Золотаревский» относится к зоне неустойчивого увлажнения, среднегодовой коэффициент увлажнения по Н.Н. Иванову 0,41 (рис. 2).
Годовое количество осадков составляет 420 мм. За зимне-весенний период выпадает 150 мм, а за вегетационный период 270 мм осадков.
Испаряемость в летнее время значительно превышает количество осадков, особенно в период с мая по сентябрь включительно, поэтому летом постоянно ощущается дефицит влаги в почве.
*
К) ^4
Рис. 1. Схема расположения с-за «Золотаревский» Семикаракорского района Ростовской области
0,44
Условные обозначения:
III - полусухая зона (Ку=0,22 - 0,33)
IV- очень засушливая зона (Ку=0,33 - 0,44)
V - засушливая зона (Ку=0,44 - 0,55)
VI - полузасушливая зона (Ку=0,55 - 0,77)
Рис. 2. Схема районирования Ростовской области по зонам увлажнения
В летнее время наблюдаются длительные периоды без осадков, которые в сочетании с суховеями, вызывают почвенную и воздушную засухи, отрицательно влияющие на рост и развитие растений.
Влажность воздуха влияет на интенсивность транспирации и физиологические процессы, протекающие в растениях.
Наиболее низкая относительная влажность воздуха приходится на летние месяцы (май-август). В среднем за вегетационный период относительная влажность воздуха составляет 49%.
Рассматриваемая территория в целом характеризуется не только высокой температурой воздуха, незначительным количеством выпадающих осадков, но и их неравномерным внутригодовым распределением.
На орошаемых землях совхоза «Золотаревский» Семикаракорского района Ростовской области преобладают обыкновенные черноземы, представленные карбонатными и слабовыщелоченными разновидностями, а также южные черноземы.
Почвы опытного участка, расположенного в бригаде № 6 второго отделения совхоза, представлены обыкновенным слабо выщелоченным, тяжело- .' суглинистым черноземом с мощностью гумусового горизонта 50-70 см.
Водно-физические свойства почвы опытного участка представлены в таблице 1.
Анализ данных таблицы 1 показывает, что водно-физические свойства в целом благоприятны для орошения. Однако в верхних слоях наблюдается высокая плотность (1,29 - 1,31 г/см ), при которой снижается аэрация.
Мелиоративное состояние участка благоприятное: содержание солей, как в пахотном, так и в метровом слоях невысокое, почвы вполне пригодны для возделывания сельскохозяйственных культур.
Таблица 1 Водно-физические свойства почвы опытного участка
Глубина залегания грунтовых вод - ниже 2 м, химический состав - гид-рокарбонатно-сульфатно-кальциевый. Грунтовые воды на растения влияния не оказывают.
Погодные условия в годы проведения исследований в сравнении со среднемноголетними показателями представлены на рисунке 3 и в приложении 1.
В течение вегетационного периода 1989 года температура воздуха в среднем составила 17,1 С, что выше среднемноголетней нормы, осадков выпало на 183,3 мм больше нормы, относительная влажность воздуха составила 71 %, что на 31 % превышает многолетние показатели. В целом вегетационный период 1989 года был теплым и влажным.
Погодные условия 1990 года несколько отличались от условий 1989 года. В среднем за вегетационный период температура воздуха составила 16,3 С, что на 0,1 С ниже нормы, осадков выпало за этот период на 32,5 мм больше среднемноголетней величины, а относительная влажность в течение
Рис. 3. Метеорологические показатели 1989-1991 гг. в сравнении с многолетними данными (по метеостанции г. Семикаракорска)
Температура воздуха, С
60 Н
Осадки, мм
Относительная влажность, %
Апрель
Июнь
июль
август
Сентябрь
Метеоданные за 1989 г., Метеоданные за 1991 г.,.
Метеоданные за 1990 г.,
Среднемноголетние
показатели Рис. 3. Метеорологические показатели 1989-1991 гг. в сравнении с многолетними данными (по метеостанции г. Семикаракорска)
этого периода была на 34,7 % выше нормы. В целом метеорологические показатели 1990 года незначительно разнились со среднемноголетними показа- . телями. Вегетационный период 1990 года был теплый и влажный.
Погодные условия 1991 года несколько отличались от условий предшествующих двух лет. Вегетационный период 1991 года характеризовался более высокой температурой воздуха, которая составила 17,3 С, что на 0,9 С выше среднемноголетней величины. Количество осадков за этот период выпало ниже нормы. Относительная влажность воздуха наблюдалась выше . среднемноголетней величины. В целом вегетационный период 1991 года был теплым и сухим.
Из характеристики погодных условий 1989 - 1991 гг. следует, что годы проведения исследований резко отличались, а вегетационные периоды этих лет были разными по обеспеченности дефицита водного баланса: 1989 г. -5 %, 1990 г. - 21 %, 1991 г. - 67 %.
2.2. Технологические условия
2.2.1. Проектирование и строительство участка по дополиву углов ДМ «Фрегат» по кротовым увлажнителям
Для осуществления внутрипочвенного орошения угловых площадей ' была запроектирована и построена сеть кротово-внутрипочвенного орошения (КВПО), состоящая из двух оросительных трубопроводов, длиной соответственно 90 и 115 м и диаметром труб — 125-300 мм на участке 23 га в совхозе «Золотаревский» Семикаракорского района Ростовской области.
Вода в кротовую сеть поступает через ДМ «Фрегат» транзитом. При этом вода через оросительный трубопровод ДМ «Фрегат» подается в приемный колодец, расположенный в угловой части поля, описываемой консольной частью дождевальной машины.
Из колодца вода самотеком поступает в оросительные трубопроводы, а затем через водовыпуски (в верхней части трубы) - в щебеночную засыпку.
Кротовые крепленые увлажнители нарезались на каждом оросителе отдельно, по угловой площади 6 га. После полива каждого из четырех углов оператор перегоняет ДМ «Фрегат» по кругу, до остановки машины у распределительного колодца следующего объекта дополива.
Остановка машины в заданной точке поля достигается механическим подгоном концевой части ДМ «Фрегат» к распределительному колодцу.
Укладку труб начинали в котловане колодца. У входного патрубка соединение сделано герметично (забетонировано), остальная часть трубопровода смонтирована на муфтах без уплотнительных резиновых колец. Перфорированные отверстия диаметром 25 мм пробивали через каждые 0,8-1,0 м по длине оросителя специальным ломом, наконечник которого обточен размером необходимого диаметра. Для того, чтобы грунт и пористая засыпка не забивали отверстия, их сразу же накрывали колпачками, которые представляют собой уголок длиной 7-10 см с приваренным внутри штырем для крепления в отверстии, направленным в вертикальной плоскости.
Щебень засыпали с гидравлической тележки прямо в траншею до определенного уровня — 40-45 см от поверхности земли. Разравнивание щебня производилось вручную.
Распределительный колодец выполнен из железа в виде кольца, толщиной 0,5 см, высотой 2,0 м. Дно кольца заварено, с боков кольца под углом 150 вварены два патрубка для соединения с оросительными трубопроводами.
Для регулирования подачи воды в оросители в колодце установлены две хлопуши.
Нарезка кротовых увлажнителей выполнена по предварительно спланированной поверхности поля после строительства оросительных трубопроводов.
Учитывая низкую влажность почвы на глубине 50-70 см, стенки кротовин крепили 2 %-ным раствором полиакриламида.
Оросительные трубопроводы выполнены «телескопически» из стекло-пластиковых, асбестоцементных труб ПВХ диаметром 120-300 мм. Это позволило сделать траншеи переменными по ширине. Таким образом, заметно снизился объем земляных работ, а также достигнута значительная экономия щебеночной засыпки.
Вода из распределительного колодца подается в оросительные трубопроводы ОТ-1, ОТ-2. Оросительный трубопровод ОТ-2 выполнен согласно общеизвестной схемы КВПО, а на ОТ-1 установлены два порога через каждые 40 м, чтобы вода в результате сильного уклона не стекала в низину, а орошала сначала более высокую часть поля.
Поливы производились расходом до 40 л/с согласно расчетной поливной норме.
Конструкция ДМ «Фрегат» не изменяется, а лишь снабжается удлинителем концевой части для удобства направления струи воды в распределительный колодец. В связи с этим практически отсутствуют затраты на реконструкцию ДМ «Фрегат» и эксплуатация машины лишь несколько отличается от обычной.
Устройство кротово-внутрипочвенной сети позволяет охватывать площади угловых участков. Так на экспериментальном участке по дополиву углов дождевальной машиной «Фрегат» в совхозе «Золотаревский» площадь одного угла составила 1,5 га, а четырех — 6 га. Эта площадь была выбрана специально, чтобы осваивать как угловые площади квадрата, так и площадь между смежными ДМ «Фрегат», т.е. ту площадь, которая по рельефу местности не позволяла охватывать по условиям проекта под дождевальной машиной «Фрегат».
Схема расположения дополнительной сети кротово-внутрипочвенного орошения на угловых площадях ДМ «Фрегат» показана на рисунке 4.
кротовины
Условные обозначения:
ОТ-1, ОТ-2 - оросительные трубопроводы,
КС - колодец смотровой
Рис. 4. Схема расположения сети кротово-внутрипочвенного орошения угловых площадей на поле, поливаемом ДМ «Фрегат»
Строительство ОПУ по дополиву угловых площадей осуществлялось на основе детального изучения места исследований. После выбора экспериментального участка под ДМ «Фрегат», была произведена его нивелировка и по ее результатам намечены два направления для строительства оросительных трубопроводов (рис. 5).
«
Рис. 5. Схема нивелировки опытно-производственного участка по дополиву угловых площадей
Уклоны оросительных трубопроводов имели следующие величины: 0,0118 и -0,042.
Особенностями при строительстве внутрипочвенной сети является организация работ по сборке и монтажу оросительных трубопроводов и нарезке крепленых кротовых увлажнителей [13,153]. Траншея под оросительные трубопроводы нарезалась экскаватором ЭТЦ - 165 при строгом соблюдении прямолинейности и глубины траншеи.
Трубы оросительного трубопровода раскладывались по всей длине трассы в 2 —3 метрах от нее, в них были устроены отверстия водовыпуски. Укладку труб начинали от колодца. Соединение входного патрубка с трубой было герметичным, остальная часть трубопроводов монтировалась на муфтах без уплотнительных резиновых колец. При укладке труб отверстия с колпачками направлялись строго в вертикальной плоскости (рис. 6).
Перед нарезкой кротовых дрен была определена влажность грунта на глубине 0,4 - 0,7 м, так как от исходной влажности зависит доза и концентрация раствора полимерного крепителя.
В таблице 2 показана градация влажности почвы, соответствующие дозы и концентрация полиакриламида или препарата К — 9, применяемые для крепления стенок кротовин. Таблица 2 Дозы и концентрация водного раствора полимера при нарезке
кротовых увлажнителей
Конструкция консольной части ДМ «Фрегат» представлена на рисунке 7. Элементы технологического процесса строительства участка по дополиву угловых площадей показаны на рисунках приложения 2, 3,4.
777^777$У7Ы77*
//ЛЧ^АУ/АЧ
-№
h==0,7
oo
1. Распределительный колодец, 2. Бетонные кольца, 3. Оросительный трубопровод Д= 150 мм, 4. Оросительный трубопровод Д=300мм, 5. Пороги. Рис. 6. Общий вид кротово-внутрипочвенного орошения под ДМ "Фрегат"
1. Дождевальная насадка секторного типа
2. Дождевальная насадка
3. Трубопровод ДМ "Фрегат"
Прокладка
Задвижка.
Рис. 7. Схема концевой части ДМ "Фрегат" для подачи оросительной воды в распределительный колодец
Схема нарезки крепленых кротовых увлажнителей на ОПУ по дополи-ву угловых площадей в совхозе "Золотаревский" изображена на рисунке 8.
Нарезка кротодрен производилась по предварительно спланированной поверхности поля кротователем КТД — 0,45 конструкции ЮжНИИГиМ.
Кротователь состоит из следующих основных узлов: рамы, рабочих органов и бака емкостью 1,2 м3. Рабочий орган состоит из серьги, ножа дренера и двух уширителей. Серьга обеспечивает шарнирное соединение рабочего органа с рамой и установку ножа в рабочее и транспортное положение. Нож изготовлен из стали, в верхней части крепится наконечник. Шарнирное соединение наконечника с плоским треугольным дренером осуществляется посредством кольца. Нож и дренер имеют магистраль для подачи раствора крепителя в кротовины. Бак имеет устройство для заправки, стекло, для контроля уровня жидкости в баке, регулятор давления с предохранительным клапаном и систему подачи раствора крепителя в магистрали рабочих органов.
Кротователь КТД - 0,45 навешивался на трактор К - 700А при работе с -одним рабочим органом и на тракторе Т - 130 при работе с двумя рабочими органами.
Трактор К - 700А оборудован компрессором, позволяющим поддерживать давление в баке кротователя до 0,2 МПа. Приготовление крепителя выполнялось с помощью передвижной установки СТК - 5Б, агрегатируемой с . трактором МТЗ - 80.
В отличие от трактора К - 700А, трактор Т - 130 не оборудован компрессором, поэтому давление в баке кротователя КТД — 0,45 поддерживается трактором МТЗ - 80.
РОССИЙСКИЙ
ГОСУДА.РСТПЄННАЯ
БИБЛИОТЕКА
ЦіIIlit hi ,i
29 крх 1,2м
100 крх 0,9м
1 I till \
16 кр х 0,9м 44 кр х 0,9м
Условные обозначения:
Кротовины, нарезаемые трактором К - 701 с выглублением ножа кротователя КТД - 0,45
Кротовины, нарезаемые трактором Т — 130 при движении по кругу без выглубления ножа кротователя КТД — 0,45
Рис. 8. Схема нарезки крепленых кротовых увлажнителей на опытно-производственном участке по дополиву угловых площадей в совхозе «Золотаревский»
Технологический процесс нарезки увлажнительной сети состоит из следующих этапов:
Приготовление материалов для крепления и прокладка трасс увлажнительной сети;
Приготовление раствора полимерного крепителя, нарезка и закрепление кротовых увлажнителей.
Крепитель - раствор полимера с природной водой приготавливался непосредственно на орошаемом участке. Заправка установки СТК - 5Б водой в объеме 5000 л осуществлялась за 5 - 10 мин. Полимер в объеме, необходи-
мом для получения определенного процента концентрации, подавался в пер- . форированную трубу, проходящую через емкость, наполненную природной водой и через центробежный насос, раствор в течении двух-трех циклов поступал в замкнутую линию трубопроводов — емкость — насос — емкость. Приготовление раствора полимера осуществлялось за 18 — 20 мин. Насос с приводом от вала отбора мощности позволял произвести заправку емкости кротователя (1200 л) за 5 - 6 мин.
Расход полимерного крепителя зависит от фактической влажности полуметрового слоя почвы. При влажности 50 - 60 % НВ расход полимерного крепителя на закрепление кротового увлажнителя длиной 1,0 м составляет 1,5 - 1,0 л, при 65 - 80 % НВ расход - 1,0 - 0,5 и при 80 - 95 % НВ - 0,5 -0,3 л. Для приготовления крепителя заправку емкости кротователя производили в течении 30-40 мин. В заправленную емкость кротователя через ре- . зиновый шланг подавался воздух от трактора К - 701 для создания рабочего давления 0,12 МПа.
Нарезка кротовых увлажнителей производилась на первой передаче трактора (3,0 - 3,3 км/час) при плавающем положении механизма навески. Кротовые увлажнители нарезались на глубине 0,45 — 0,5 м. Раствор крепителя подавался в кротовые увлажнители при давлении в баке кротователя 0,2 . Мпа. Заглубление ножа кротователя от момента соприкосновения ножа с почвой до глубины 0,45 - 0,5 м достигалось через 5-6 мин (прил. 5).
Подача раствора крепителя осуществлялась непосредственно перед заглублением дренера рабочего органа кротователя. Подача раствора прекращалась путем отключения после его выглубления.
Нарезка кротовых увлажнителей проводилась перпендикулярно ороси- тельным трубопроводам.
Контроль за подачей раствора в кротовину производился по показаниям манометра, расположенного на напорной линии и пьезометра, установленного на емкости кротователя. Повороты агрегата производились с подня-
тым в транспортном положении кротователем (при движении по прямой) и без выглубления ножа кротователя (при движении по кругу).
Дозаправка бака кротователя раствором крепителя производилась в конце гона. Перед дозаправкой кротователя подача воздуха в бак прекращалась. С помощью пробкового крана давление воздуха в баке снижалось. Во время заправки оба пробковых крана заправочных труб открывались: через один кран производилась подача раствора крепителя, а через другой кран из бака удалялся воздух. После окончания заправки краны закрывались, отсоединялся заправочный шланг, и включалась подача сжатого воздуха, поступление которого контролировалось по манометру. При нагнетании воздуха до 0,2 Мпа открывался шланг подачи раствора крепителя к уширителям, и агрегат переводился в рабочий режим.
Одна заправка емкости кротователя КТД — 0,45 обеспечивала работу агрегата по длине 800 — 1200 м. Продолжительность нарезки кротовых увлажнителей согласно хронометража в среднем колебалась от 5 - 8 мин, переезды 3 мин.
Средний расход крепителя кротователя составлял 0,8 - 1,0 л на 1 погонный метр. Расстояние между кротовыми увлажнителями колебалось от 0,7 - 0,8 м до 1,0 - 1,1 м. Производительность нарезки крепленных кротовых увлажнителей составила в среднем 1,5 — 2,0 га.
Полив углов площади поля по кротовым увлажнителям с использованием ДМ «Фрегат» показан на рисунке 9.
Гидравлический расчет перфорированного оросительного трубопровода рассчитывался согласно методическим указаниям «Проектирование систем внутрипочвенного орошения с использованием природной воды, подготовленных сточных вод животноводческих комплексов...» [108].
Условием гидравлического расчета является равномерное питание водой увлажнителей по всей длине оросительного трубопровода. Максимально
Рис. 9. Полив угловой площади поля по кротовым увлажнителям с
использованием ДМ "Фрегат"
допустимые напоры в конце оросительного трубопровода — 0,6 — 0,7 м., свободный напор в голове 0,85 - 1,0 м.
И -h V -V
I
где: Нрт - свободный напор в распределительном трубопроводе, м; / - длина оросительного трубопровода; /;= 90 м,/2= 110 м.
VPT- отметка в месте подключения оросительного трубопровода к распределительному, м;
Vk - отметка в конце оросительного трубопровода, м; Ьк - максимально допустимый напор в конце оросительного трубопровода, м.
Оросительный трубопровод рассчитывался на пропуск максимального расхода, обеспечивающего питание всех подвешенных к нему кротовых увлажнителей. Максимально допустимая струю в кротовый увлажнитель при-нималась не более 0,0005 м/с (0,5 л/с)
Qop-gicp-n где: Q0p - расчетный расход, м /с;
gsp - максимальная струя в кротовый увлажнитель, м3/с; п - количество подвешенных кротовых увлажнителей, шт.
W п =
/ в
где: W06c_ обслуживаемая оросительным трубопроводом площадь, м3;
1кр — длина кротового увлажнителя, м;
в - расстояние между смежными кротовыми увлажнителями, м
Wo6c 110-200 11Л
ni= ——= =110 шт.
1крв 200-1,0
QoP= gKp n = 0,0005 -110 = 0,055 м3/с
Сопоставляя свободный напор в голове оросительного трубопровода, равный потерям напора по его длине с зависимостью Вайсбаха-Дарси получили:
ГХгр — гіпуг
dp'lg
где: Нтр - транзитный напор, м;
Нпуг - свободный напор в голове оросителя, м;
і — гидравлический напор в голове оросителя, м;
X - коэффициент сопротивления трения по длине А, = 0,015;
dp- расчетный внутренний диаметр оросительного трубопровода,
м:
v - средняя скорость движения воды, м/с; g — ускорение свободного падения, м/с; После преобразования:
1 40 , Ї QI&
IMJ^2g.^= 0,0275^-
3 7Ш~ а. а„
Расчетный внутренний диаметр оросительного трубопровода будет ра-
вен:
dp= (0,0275^)2
= 0,0275.0,055--0,015 0,2_ ^
Р 0,0119
Ближайший стандартный диаметр труб ВТ - 6 - 200 мм. По принятому
стандартному диаметру трубопровода повторно определялась скорость дви-
жения воды и потери напора.
Qop '4 4 0,055
v= —iL-—= г= 1,75 м/с;
я-dl 3,14-0,22
hw = 0,000561 Щг(1 + — f3 = 0,0162 м.
. 0,2,t19 1,75
Диаметр водовыпусков по длине оросительного трубопровода с пористой засыпкой рассчитывался из условия степени перфорационного отверстия на 0,5 м по зависимости:
О кр
W =
"пер
MpgHmp
где: Wnep - степень (площадь) перфорации, м2;
ц - коэффициент расхода отверстия при наличии транзитной скорости;
. ,232 з ^ = ^sm(-—-)
V d
П — р крт
где: Цо - 0,65
у - кинематическая вязкость жидкости при 20 С, ^=1,3-lOV/c
1,75- 0,08 _ 1,3-10-
Re= _ 6 =107692
ц = 0,65 sin (—^=-— )3 = 0,497 1076920>п
Wnep = Q;005 = 0,000282 м2
Р 0,497-^2-9,81-0,65
4-0,000282 ЛЛО л
dnq, = J — = 0,02 м или dnep= 20 мм
Для оросительного трубопровода длиной 90 м, с максимальным уклоном і = 0,0042 был проведен такой же расчет.
1. Определено количество подвешенных увлажнителей и расчетный расход:
W^ 90-200 _n
n 2= -^= =90 шт.
/ в 200-1,0
QoP= gwp n = 0,0005 90 = 0,045 м3/с
2. Вычислен расчетный внутренний диаметр оросительного трубопро
вода:
dp= (о,0275 &f = (0.0275-0,045^-0,015 =
р v / 0,0042
Принят ближайший стандартный диаметр труб ВТ-6 — 200 мм.
3. Найден необходимый напор в конце оросителя при расчетной скоро
сти:
О -4 4-0,045
v = —~г= 7= 1,43 м/с;
x-dl 3,14-0,22
hw = 0,000561 i^.(l + Ь^)0'3 = 0,0079 м.
3. Определен диаметр отверстий водовыпусков:
о = /. «- = х,т^ "»"% 88Q00
_ VpdKpm _ 1,43 - 0,08 _
у 1,3-10
ц = Mn(-=777-)3 = 0>65 sin( Q1,)3 = 0,627
f* **о v о,..^ v 88000"
W = Д?_= 0;0005 = 0,000223 м2
^ 0,627- V2- 9,81-0,65
dnep = 0,016 м = 16 мм Для подачи заданного расхода воды и поддержания в оросителях оптимального уровня, обеспечивающее нормальное функционирование системы и не допускающего в оросительных и увлажнительных трубопроводах образования воронок размыва, т.е. системы Шейнкина-Шарова на оросительных системах КВПО устанавливаются колодцы с запорно-регулирующей арматурой.
Глубина колодца может меняться в зависимости от диаметра оросительного трубопровода, входящих и выходящих из колодца. Проектная глу- бина колодца вычислена по формуле:
нк = нр+д;р+н„+нв,м
где: Нк - глубина колодца, м;
Нр - ремонтная высота для проведения сварочных работ при аварии или при реконструкции, принимается 0,7 м;
Дитр- наружный диаметр оросительного трубопровода, м
Нн - расстояние от верха оросительного трубопровода до поверхности земли (0,7 - 0,8м)
Нв - выступ колодца над землей (0,5 - 0,8м) Запроектирован колодец мокрого типа, поэтому дно колодца заварено. Полная глубина колодца определялась по формуле:
H = HK + tn,M где: Нк - глубина колодца, м;
tn - толщина сварной плиты, м. В совхозе «Золотаревский» построен колодец глубиной 2,0-2,1 м. Чтобы обеспечить строительство колодца диаметром 1,0 м минимальный размер котлована должен составлять 1,8x1,8 с учетом откосов.
Для избежания попадания взвешенных частиц в оросительный трубопровод в колодце устанавливается фильтр.
Распределительный колодец изображен на рисунке 10. Одна из трудностей при строительстве системы КВПО — соединение построенной оросительной системы к существующему напорному трубопроводу. На ОПУ по дополиву угловых площадей вода через ДМ «Фрегат» поступает транзитом в распределительный колодец, откуда поступает в оросительные трубопроводы.
О О
о о
1—1
о о ел
о «о
Рис. 10. Колодец распределительный
Строительство экспериментального участка по дополиву углов под ДМ «Фрегат» было выполнено по авторским надзором соискателя.
2.2.2. Технология орошения ДМ «Фрегат» с дополивом угловых пло-
щадей
Перед поливом проводили опробование сети магистральных и распределительных трубопроводов. Заполнение сети при опробовании осуществляли медленно, малыми расходами (15-20 л/с).
Последовательность технологических операций при поливе угловых площадей под ДМ «Фрегат» следующая:
открыть задвижку на гидранте дождевальной машины «Фрегат» и поливаем основную круговую часть поля;
при достижении дождевальной машиной распределительного колодца, питающего систему кротово-внутрипочвенного орошения, остановить ДМ «Фрегат»
регулированием задвижки ДМ «Фрегат» выдать по кротовым увлажнителям необходимую поливную норму;
во время проведения поливов проводить учет времени включения ОПУ по дополиву угловых площадей и каждого оросительного трубопровода и фиксировать объемы заданной воды;
поливы на ОПУ системы КВПО следует проводить с верхних по уклону поливных участков;
по времени работы оросительных трубопроводов контролировать равномерность полива ОПУ по дополиву угловых площадей;
после завершения полива угловой части поля ДМ «Фрегат» переводится в основной режим для полива круговой площади поля.
Исследования показали, что первые два года эксплуатации кротовые увлажнители свободно пропускают воду через ниже расположенные оросители. При подаче в верхние оросители вода впитывается по длине кротовых увлажнителей, и частично транзитом поступает как в средние, так и в нижние по уклону оросители. В связи с этим выдачу поливной нормы на площади, обслуживаемые оросителями, через которые проходят кротовые увлажнители, следует производить по следующей схеме полива: верхние оросительные трубопроводы должны работать по времени на 1/3 дольше, чем средние, и на х/г дольше чем нижние оросительные трубопроводы.
В последующие годы эксплуатации кротовые увлажнители заиляются, в их конце образуются пробки, которые препятствуют прохождению поливной воды в ниже расположенные по уклону оросительные трубопроводы. Поэтому при поливах необходимо ежегодно снижать время работы верхних
по уклону оросительных трубопроводов, приближаясь к средней продолжительности работы каждого из них.
2.3. Схема опытов
Полевые опыты проводились на опытном участке площадью 70 га. Площадь участка под дождеванием ДМ «Фрегат» - 64 га, под кротово-внутрипочвенным орошением — 6 га.
Схема опытов при изучении режимов орошения кукурузы на зерно при комбинированном способе полива зерновой кукурузы включала 5 вариантов:
Вариант 1 - Без орошения (контроль).
Вариант 2 - Поливы при снижении влажности почвы до 60 % НВ.
Вариант 3 - Поливы при снижении влажности почвы до 70 % НВ.
Вариант 4 - Поливы при снижении влажности почвы до 80 % НВ.
Вариант 5 - Поливы при снижении влажности почвы до 90 % НВ.
Глубина расчетного слоя почвы составляла 0,7 м.
Данная схема была развернута и на основной площади опытного участка, поливаемой дождеванием (опыт № 1) и на угловых площадях, где полив осуществлялся кротово-подпочвенным орошением - по кротовым увлажнителям (опыт № 2). Повторность опытов трехкратная.
Схема расположения вариантов и повторностей опытов показана на рисунке 11.
2.4. Методика проведения исследований
Исследования по изучении режимов орошения кукурузы на зерно при поливе ДМ «Фрегат» с дополивом угловых площадей по кротовым увлажнителям проводились с использованием рекомендаций и методик Б.А. Дос-пехова[31], М.М. Горянского [26], «Методические указания по проведе-
2,3, 4, 5 - варианты режимов орошения согласно схеме опыта; степень - номер опыта;2ь 2г, 2з — повторности опытов
Рис. 11. Схема размещения вариантов и повторностей в опытах по изучению режимов орошения кукурузы на зерно при комбинированном способе орошения
нию полевых опытов с кормовыми культурами» ВНРІИК [86], «Методика определения оптимальных параметров стационарных дождевальных систем [82]; А.П. Исоль, Ф.И. Колесник «Методика оценки технологических возможностей и экономической эффективности дождевальной техники для ее
районирования» [53]; «Методика полевых опытов по изучению агротехнических приемов возделывания кукурузы» [84]; «Методические рекомендации по повышению экономической эффективности зерновых и кормовых культур на орошаемых землях» [85].
Повторность опыта трехкратная. На опытном участке за исключением изучаемых приемов, применялась агротехника, разработанная для данной зоны.
В целях всестороннего и глубокого изучения поставленных вопросов проводились следующие наблюдения и учеты: фенологические наблюдения, определение полноты всходов, густоты стояния растений, наблюдения за динамикой роста растений, нарастания зеленой массы, накоплением сухого ве- ' щества, водно-физическими свойствами почвы (плотностью почвы, скважностью и наименьшей влагоемкостью), наблюдения за динамикой питательных веществ в почве, учет урожая.
Фенологические наблюдения проводили по методике ВНИИК, 1983. Отмечались следующие фазы развития: дата всходов; начало появления всходов (10%); полные всходы (75%); 5, 7, 9, 11 и т.д. лист; начало выметывания метелки, начало цветения, молочная, восковая и полная спелость.
Наблюдения за динамикой роста растений, нарастания зеленой массы, накоплением сухого вещества, а также учет урожая проводили по методике ВНИИК [86]:
в основные фазы вегетации измеряли высоту растений через каждые 10 дней;
динамику накопления зеленой и сухой массы определяли по фазам развития путем учета зеленой массы на специальных площадках (площадью 2 м2 в 4-кратной повторности), затем брали две средние пробы по 1-2 кг и высушивали;
учет урожая проводили методом сплошного учета;
Водно-физические свойства почвы (плотность почвы, скважность и наименьшую влагоемкость) определяли по методике, изложенной в «Мелиоративном почвоведении» (B.C. Астапов) [4]:
плотность почвы определяли методом режущего кольца по Качин-скому;
удельную плотность определяли пикнометрическим методом;
общую скважность рассчитывали по формуле:
Р = (1--^-)100 а2
где: Р — общая скважность, %
а, - плотность почвы почвы, г/см3;
а2 - удельная плотность почвы, г/см3.
- наименьшую влагоемкость определяли методом затопления площа
док.
Анализы исходных образцов для агрохимической характеристики уча- стка и определения динамики питательных веществ в почве выполнялись в агрохимической лаборатории ЮжНИИГиМ.
Анализы растительных образцов и корневой системы кукурузы выполнялись в лаборатории ДЗНИИСХ.
Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом, образцы отбирали через каждые 10 см до метровой глубины, через каждые 7 дней, а также перед поливом, через каждые сутки после полива и выпадения осадков более 5 мм.
Расчет поливной нормы производили по формуле А.Н. Костякова [69]:
М=100На(Ав-А) где: m - поливная норма, м3/га;
а - плотность почвы в слое Н, г/см3;
Н - расчетный слой почвы, м;
Рнв - наименьшая влагоемкость, % от веса сухой почвы.
рн - влажность почвы перед поливом, % от веса сухой почвы.
Расчет использования почвенных запасов влаги производили по формуле:
W=100Ha(/7 -г)
где: W - суммарное водопотребление, м3/га Н - слой почвы, см; а - плотность почвы, г/см3; /?- влажность почвы в слое Н в весенний период, % от объема
почвы;
г — влажность почвы в слое Н в осенний период, % от объема почвы.
Водопотребление кукурузы определяли методом водного баланса с учетом запасов влаги в почве в начале и конце вегетации, оросительной нормы и осадков за вегетационный период по формуле:
T + 3 = W0+P + M-W где: Т - транспирация растений, м3/га;
Э - испарение с поверхности почвы, м3/га; Wo - запас влаги в почве в начале вегетации, м3/га; Р - сумма выпавших осадков за вегетационный период, м3/га; М - оросительная норма, м3/га;
W - остаточный запас влаги в почве в конце вегетации, м3/га. Среднесуточное водопотребление кукурузы рассчитывали по формуле:
Режимы орошения и продуктивность кукурузы на зерно
Исследования СМ. Тулайкова (1922), К.Г. Шульмейстера (1931), И.С. Костина (1961), В.Г. Кучера (1973), Л.Д. Максименко (1973), И.Т. Ефимова (1974), А.П. Швечиковой (1974), ИГ. Бондаренко (1975), В.Г. Кучера, Е.И. Поротькина (1975), Г.К. Льгова, Д.В. Мальбахова (1978), В.Н. Титова (1981), В.В. Пронько (1981), Н.Г. Воронина, Е.П. Денисова, П.И. Краснихина (1982), А.И. Агаркова (1986), Э.Д. Адиньяева (1988), а также работы А.Л. Запорож-ченко (1978), В.Г. Ильичева (1986), А.П. Царева, Е.П. Денисова, A.M. Коса-чева и др. (1996), В.И. Остапова, Н.К. Дударь (1979), Н.Г. Сыкало (1976) показали, что кукуруза лучше многих культур отзывается на улучшение водного режима почвы. Благодаря этому, выращивание кукурузы на орошаемых землях является важным источником увеличения производства ее зерна и укрепления кормовой базы животноводства.
В неорошаемых условиях потенциал этой культуры полностью не используется (И.С. Костин (1971), И.П. Кружилин (1986)). Исследования, выполненные Н.А. Пронько в 1985-1889 гг., показали, что возможности культуры без орошения реализуются тем уже, чем больше аридность климата. В Поволжье недоборы урожайности кукурузы из-за дефицита естественной влагообеспеченности составляют: в степной зоне 18,2-22,4, сухостепной 22,9-25,8, полупустынной 31,3-38,1 т/га. Таким образом, они увеличиваются от 40% в степной зоне Самарской области до 84% в полупустынной зоне Астраханской области.
Для повышения урожайности кукурузы эффективны даже одни влаго-зарядковые поливы. Эффективность влагозарядковых поливов близка к эффективности лиманного орошения [76]. Однако поддерживать благоприятный водный режим почвы на протяжении вегетации кукурузы можно только с помощью вегетационных поливов, влияющих на водопотребление культуры.
Водопотребление орошаемой кукурузы изучали в разных природных зонах орошаемого земледелия — в Поволжье: в Самарской области Е.И. По-ротькин (1980, 1984), Саратовской - И.С. Костин, Л.А. Косова (1974), Ф.П. Терентьев (1990), Волгоградской - М.Г. Демиденко, М.К. Сухинина, Ж.В. Кружилина (1983), на Северном Кавказе — Р.Х. Закураев (1987), на урале -И.А. Кузник, Ф.П. Терентьев (1978), на Украине - В.М. Куница (1981), М.Я. Трегубенко и др. (1974). Е.И. Поротькиным (1980, 1984) показано, что в зависимости от режимов орошения суммарное водопотребление культуры в степной зоне Самар-ской области изменяется от 3988 до 4347 м /га. В условиях оптимального ув-лажнения почвы оно составляет 4216 м /га. Суммарное водопотребление кукурузы определяли и в сухостепной зоне Саратовского Заволжья. В опытах Ф.П. Терентьева (1976) водопотребление при разных режимах орошения составляло 3839-4762 м3/га, В.Н. Титова (1981) - 3805-4603 м3/га, Ю.И. Пан-ченко, В.В. Иванова, Ф.И. Стрельникова (1990) - 3250-3778 м3/га.
Исследованиями Н.А. Пронько (1999) показано, что с усилением засушливости климата требуется увеличение водоподачи и проведение большего числа поливов. Для формирования высокопродуктивных агроценозов кукурузы в степной зоне требуется в среднем 2,0 (1-3), в сухостепнои 4,2 (3-5), в полупустынной 5, 75 (5-7) полива за вегетацию культуры. При этом оросительная норма, в м3/га, возрастает с 1186 (800-1660) в Самарской до 1832 (1350-2350) в Саратовской и до 2659 (2086-3044) в Астраханской области. Режим орошения кукурузы для условий Самарской области разрабатывали: В.Г. Васин, А.А. Марковский (1986), Е.И. Поротькин, В.Г. Кучер (1974), Саратовской - Н.Г. Воронин, P.M. Ильгамов (1974), Л.А. Косова (1973), И.С. Костин, Л.А. Косова (1974), И.А. Кузник, Ф.П. Терентьев (1975), А.П. Царев, A.M. Косачев, Е.П. Денисов и др. (1996), Волгоградской - А.Н. Пономарев (1977), И.П. Кружилин, Н.В. Кузнецов (1991) и другие.
Исследованиями А.П. Швечиковой (1974), Н.И. Володарского (1975), Ф.П. Терентьева (1976), И.Г. Бондаренко (1975), Е.И. Поротькина (1980, 1984), В.Н. Титова (1981), И.П. Кружилина (1986), И.П. Кузнецова, Ж.В. Кружилиной (1986) и других показано, что максимальная продуктивность кукурузы формируется при интенсивном режиме орошения, когда предпо-ливная влажность почвы поддерживается на уровне 80% НВ. Однако для поддержания столь высокого предполивного порога влажности почвы расходуется очень большое количество оросительной воды и требуется проведение большого числа вегетационных поливов.
По данным Самарского НИИСХ (Е.И. Поротокин, 1984) при выращивании кукурузы в степной зоне Самарской области водоподача при интен-сивном (80% НВ) режиме орошения на 530 м /га превышает оросительную норму при умеренном режиме и составляет 2640 м3/га, и требуется проведение 2-5 поливов. Поданным Саратовского СХИ (В.Н. Титов, 1981) для поддержания интенсивного режима орошения в сухостепнои зоне Саратовского Заволжья требуется проведение 2-5 поливов общей водоподачей 2193 м /га, что на 618 м3/га больше, чем при умеренном поливном режиме. По данным ВНИИОЗ в сухостепнои зоне Волгоградской области повышение предпо ливного порога влажности с 70 до 80% НВ достигалось увеличением ороси-тельной нормы с 2100-2800 до 3000-4000 м /га и числа вегетационных поливов с 3-4 до 6-8 (Ж.В. Кружилина, 1981).
Некоторые исследователи [23,75,143] высказывают мнение, что уровень оптимальной влажности может снижаться до 70% НВ в активном слое почвы и несколько ниже без ущерба для урожая зерна. Одни из них объясняют это тем, что при пониженной влажности почвы корневая система больше распространяется и углубляется, и при благоприятном водоснабжении в последующий период обеспечивает более высокий урожай, чем при произрастании в благоприятных условиях увлажнения в течение всей вегетации. Другие считают, что кукуруза в первые 1-1,5 месяца медленно растет и мало расходует воды. И.Т. Ефимов [36] в рекомендациях отмечает, что для получения высоких урожаев кукурузы вегетационные поливы необходимо проводить при снижении влажности почвы 0,8 м в первую половину вегетации до 70% НВ, а от начала выметывания до мол очно-восковой спелости до 80% НВ, в дальнейшем следует снижать влажность почвы до 70% НВ.
Проектирование и строительство участка по дополиву углов ДМ «Фрегат» по кротовым увлажнителям
Для осуществления внутрипочвенного орошения угловых площадей была запроектирована и построена сеть кротово-внутрипочвенного орошения (КВПО), состоящая из двух оросительных трубопроводов, длиной соответственно 90 и 115 м и диаметром труб — 125-300 мм на участке 23 га в совхозе «Золотаревский» Семикаракорского района Ростовской области.
Вода в кротовую сеть поступает через ДМ «Фрегат» транзитом. При этом вода через оросительный трубопровод ДМ «Фрегат» подается в приемный колодец, расположенный в угловой части поля, описываемой консольной частью дождевальной машины. Из колодца вода самотеком поступает в оросительные трубопроводы, а затем через водовыпуски (в верхней части трубы) - в щебеночную засыпку. Кротовые крепленые увлажнители нарезались на каждом оросителе отдельно, по угловой площади 6 га. После полива каждого из четырех углов оператор перегоняет ДМ «Фрегат» по кругу, до остановки машины у распределительного колодца следующего объекта дополива.
Остановка машины в заданной точке поля достигается механическим подгоном концевой части ДМ «Фрегат» к распределительному колодцу.
Укладку труб начинали в котловане колодца. У входного патрубка соединение сделано герметично (забетонировано), остальная часть трубопровода смонтирована на муфтах без уплотнительных резиновых колец. Перфорированные отверстия диаметром 25 мм пробивали через каждые 0,8-1,0 м по длине оросителя специальным ломом, наконечник которого обточен размером необходимого диаметра. Для того, чтобы грунт и пористая засыпка не забивали отверстия, их сразу же накрывали колпачками, которые представляют собой уголок длиной 7-10 см с приваренным внутри штырем для крепления в отверстии, направленным в вертикальной плоскости. Щебень засыпали с гидравлической тележки прямо в траншею до определенного уровня — 40-45 см от поверхности земли. Разравнивание щебня производилось вручную. Распределительный колодец выполнен из железа в виде кольца, толщиной 0,5 см, высотой 2,0 м. Дно кольца заварено, с боков кольца под углом 150 вварены два патрубка для соединения с оросительными трубопроводами. Для регулирования подачи воды в оросители в колодце установлены две хлопуши. Нарезка кротовых увлажнителей выполнена по предварительно спланированной поверхности поля после строительства оросительных трубопроводов. Учитывая низкую влажность почвы на глубине 50-70 см, стенки кротовин крепили 2 %-ным раствором полиакриламида. Оросительные трубопроводы выполнены «телескопически» из стекло-пластиковых, асбестоцементных труб ПВХ диаметром 120-300 мм. Это позволило сделать траншеи переменными по ширине. Таким образом, заметно снизился объем земляных работ, а также достигнута значительная экономия щебеночной засыпки. Вода из распределительного колодца подается в оросительные трубопроводы ОТ-1, ОТ-2. Оросительный трубопровод ОТ-2 выполнен согласно общеизвестной схемы КВПО, а на ОТ-1 установлены два порога через каждые 40 м, чтобы вода в результате сильного уклона не стекала в низину, а орошала сначала более высокую часть поля. Поливы производились расходом до 40 л/с согласно расчетной поливной норме. Конструкция ДМ «Фрегат» не изменяется, а лишь снабжается удлинителем концевой части для удобства направления струи воды в распределительный колодец. В связи с этим практически отсутствуют затраты на реконструкцию ДМ «Фрегат» и эксплуатация машины лишь несколько отличается от обычной. Устройство кротово-внутрипочвенной сети позволяет охватывать площади угловых участков. Так на экспериментальном участке по дополиву углов дождевальной машиной «Фрегат» в совхозе «Золотаревский» площадь одного угла составила 1,5 га, а четырех — 6 га. Эта площадь была выбрана специально, чтобы осваивать как угловые площади квадрата, так и площадь между смежными ДМ «Фрегат», т.е. ту площадь, которая по рельефу местности не позволяла охватывать по условиям проекта под дождевальной машиной «Фрегат».
Функционально-стоимостнои анализ техноло гического процесса возделывания кукурузы на зерно при орошении дм «Фрегат»
Функционально-стоимостной анализ (ФСА) представляет собой совокупность действий органически сочетающих организационные средства, научно-методические принципы, технико-экономические приемы, нацеленные на обнаружение, предупреждение, сокращение или ликвидацию излишних затрат. Достигается это за счет всестороннего изучения функций, выполняемых исследуемым объектом, и затрат, необходимых для их реализации. Конкретное исполнение, способ обработки, реализующие заданную функцию, выступают как один из большого числа возможных вариантов ее выражения и соответственно определяют ее затраты на обеспечение функции.
Универсальный характер ФСА проявляется в том, что важнейшие понятия метода могут быть в равной мере использованы для оценки практически любых объектов, по которым имеются затраты. Поэтому ФСА с некоторой его модификацией можно использовать практически во всех отраслях народного хозяйства для решения любых технических, организационных и экономических затрат [87].
Рассмотрим возможность использования ФСА для технологического процесса (ТП) возделывания кукурузы на зерно при орошении ДМ «Фрегат».
Согласно теории ФСА, функция технологического процесса - создание определенных (искусственных) свойств, заданных системой внешнего порядка (требования к процессу) [90,126,131]. Реализуется эта функция при помощи выполнения комплекса действий в соответствующих условиях. Поэтому можно сделать вывод, что сущность функций технологического процесса возделывания сельскохозяйственных культур заключается в обеспечении условий, необходимых для получения требуемой урожайности.
Форма проявления функций технологического процесса - это действия, в которых участвуют системные компоненты: предметы труда (с естественными и искусственными свойствами), орудия и средства труда (тракторы, сельскохозяйственные машины, оборудование), исполнители и т.д.
В качестве исходной информации для проведения ФСА технологического процесса возделывания кукурузы на зерно была использована технологическая карта. На основании этой карты в виде матриц представлена структурная модель возделывания кукурузы на зерно в условиях центральной орошаемой зоны Ростовской области.
Затем был сформулирован полный состав функций технологического процесса возделывания кукурузы на зерно и его составных элементов, а также построена функционально-структурная модель (рис. 12). При построении модели учитывалось одно из важных требований ФСА - функции верхнего уровня должны являться отражением целей для функций нижестоящего уровня. В свою очередь нижний уровень функций является средством обеспечения функций вышестоящего уровня.
Функционально-структурная модель технологического процесса возделывания кукурузы на зерно позволяет не только вскрыть все существующие связи в процессе, но и дает возможность перейти к количественным оценкам значимости каждой функции и ее относительной важности для технологического процесса в целом, а затем и к определению затрат на функции. Многие исследователи считают, что выполнение оценочных процедур, без которых ФСА не может, служить эффективным инструментом выявления и поиска резервов экономии ресурсов и повышения качества процесса, заставляет прибегать к менее точным методам, в основном базирующимся на экспертных оценках.
В целях повышения объективности экспертных оценок значимости функций технологического процесса возделывания кукурузы на зерно при орошении использован метод расстановки приоритетов, предложенный В.А. Блюмбергом и В.Ф. Глущенко.
Методика оценки значимости основных функций технологического процесса возделывания кукурузы на зерно в условиях орошения и порядок расчета представлены в таблице 3.
3ависимость продуктивности кукурузы на зерно от величины оросительной нормы
В классических работах по основам мелиорации и орошаемого земледелия в полной мере описаны зависимости урожая от уровня водообеспечен-ности [6,52,69,71,76,77,152]. Но при изменении других влияющих факторов влияние орошения на урожайность сельскохозяйственных культур будет неодинаковым. В наших опытах наибольшему технико-экономическому анализу подвергается зависимость продуктивности кукурузы от величины оросительной нормы, так как только на основании специально поставленных экспериментов могут быть установлены достоверные зависимости урожая от водообеспеченности. В соответствии с установленной схемой опыта установлена зависимость урожая от водообеспеченности при разных условиях увлажнения. Возделывание кукурузы на зерно проводилось на высоком агротехни ческом уровне. Почвы опытного участка представляют обыкновенные, сла- бовыщелоченные, тяжелосуглинистые черноземы. Опытно- производственный участок располагался в зоне недостаточного увлажнения со среднегодовым коэффициентом 0,33 - 0,44 по Н.Н. Иванову. Годы проведения исследований были различными по обеспеченности осадками. Так вегетационный период 1989 года характеризуется как очень влажный — 5 % обеспеченности дефицита водного баланса, 1990 год - средне-влажный (21 %) и 1991 год - среднесухой (67 %).
На основании полевых исследований составлены ряды фактических оросительных норм и соответствующие им показатели урожайности. По этим данным на персональном компьютере по стандартной программе построены параболические кривые зависимости урожайности кукурузы на зерно от оросительных норм (рис. 25). Данные математической обработки зависимостей приведены в таблице 12. В результате анализа полученных параболических зависимостей урожая кукурузы от величины оросительных норм и показателей эффективности возделывания кукурузы на зерно ДМ «Фрегат» с дополивом угловых площадей, установлены биологически оптимальные и экономически обоснованные нормы водопотребности кукурузы для условий центральной орошаемой зоны Ростовской области (табл. 13). Таким образом, на основании вышеизложенного можно установить, что оросительные нормы для кукурузы обеспечивают получение высоких урожаев зерна, рациональное использование оросительной воды и наиболее высокие экономические показатели. Кроме того, полученные зависимости могут быть использованы при обосновании орошения кукурузы на зерно ДМ «Фрегат» с дополивом угловых площадей по кротовым увлажнителям. Влияние режимов и способов орошения на сбор кормовых единиц и выход переваримого протеина с единицы орошаемой площади, как показали результаты наших исследований, аналогично их влиянию на урожайность зерновой кукурузы (табл. 14) С увеличением предполивной влажности почвы с 60 до 80 % НВ при дождевании ДМ «Фрегат» сбор кормовых единиц с единицы орошаемой площади возрастал в 1989 году на 9,8 %, в 1990 году - на 21,8 %, в 1991 году - на 14,0 %. Выход переваримого протеина при этом увеличивался соответственно по годам на 5,9; 25,0 и 13,0 %. ды исследований при увеличении предполивного порога влажности почвы с 60 до 70 и 80 % НВ. При этом сбор кормовых единиц с единицы орошаемой площади возрастал в 1989 году на 13,1 %, в 1990 году - на 23,8 %, в 1991 году - на 15,8 %. Выход переваримого протеина при этом увеличивался соответственно по годам на 7,8; 25,0 и 17,4 %. Наибольший сбор кормовых единиц и переваримого протеина 1 гектара орошаемой площади получен при режиме орошения 80 % НВ. В среднем за годы исследований сбор кормовых единиц составил в первом опыте 129 т/га, во втором - 131,7 т/га; выход переваримого протеина .соответственно 5,2 и 5,3 т/га. Повышение предполивного порога влажности с 80 до 90 % НВ не способствовало не только увеличению урожайности зерна кукурузы, но также не привело и к дальнейшему росту сбора кормовых единиц и переваримого протеина с 1 гектара. Напротив, наблюдалось уменьшение этих показателей. По сбору кормовых единиц и переваримого протеина с 1 гектара некоторые преимущества имело внутрипочвенное орошение. Оно способствовало небольшому увеличению этих показателей. Так, в среднем за годы исследований при оптимальном режиме орошения 80 % НВ сбор кормовых единиц увеличивался на угловых площадях на 2,1 % (со 129,0 до 131,7 т/га) по сравнению с площадью, поливаемой дождеванием, а выход кормовых единиц повышался на 1,9 % (с 5,2 до 5,3 т/га).
