Гидротехническая мелиорация

Мелиорация земель — это изменение природных условий путем регулирования водного и воздушного режимов почвы в благоприятном для сельскохозяйственных культур направлении.

По воздействию на почву и растение различают агротехнические, лесотехнические, химические, и гидротехнические мелиорации.

К агромелиорации относится залужение крутых склонов, мульчирование почвы, улучшение лугов и пастбищ и снегозадержание.

К лесомелиорации относится закрепление движущих песков, облесение и залужение крутых склонов и оврагов, создание полезащитных лесных полос, обеспечение водохранилищ.

К химической мелиорации относится внесение удобрений и внесение различных гербицидов для борьбы с сорными растениями.

Гидромелиорация проводится с целью регулирования водного режима почвы.

Проведение гидролитических мелиораций связано со значительными капиталовложениями, поэтому они требуют технико-экономических обоснований. Наибольшая эффективность мелиораций достигается при комплексном их применении, а именно: когда орошение сочетается с дренированием земель, а осушение — с периодическим орошением; когда гидромелиорации сочетаются с правильной организацией труда, с высоким уровнем агротехники, внесением необходимых доз удобрений и т. д.; закрепление крутых склонов и оврагов — с устройством многоотводных каналов и валов, лотков и перепадов с лесными посадками и залужением; устройство прудов и водохранилищ — с орошением земель и рыборазведением; осушением земель — с известкованием почв и комплексом культуртехнических работ; освоение и промывка засоленных земель — с мелиоративной вспашкой, гипсованием, подбором культур — освоителей. Кроме того, для правильного освоения орошаемых, осушенных и эродированных земель большое значение имеют правильный выбор вида и сорта культур и чередование их в севооборотах обычного и специального назначения, а также экономики и организации сельскохозяйственного производства.

С технической точки зрения орошение — это искусственное увлажнение почвы. Его применяют в том случае, если естественного увлажнения почвы осадками недостаточно для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Орошение обеспечивает наиболее благоприятные для прорастания растений водный, питательный, воздушный, тепловой, солевой и микробиологический режимы почв.

По воздействию на почву и растения орошение может быть: увлажнительным, когда в почве ощущается недостаток усвояемой влаги для растений, удобрительным, когда вместе с водой на поля подается необходимое количество растворенных в ней питательных веществ и различных интерградиентов, утеплительным, когда воду подают на поля, в теплицы, в парники с целью согревания почвы, окислительным, когда речную воду, обогащенную кислородом, подают на поля, луга и рисовые массивы, где почва обеднена кислородом и где закисные соединения превалируют над окисными.

Влагозарядковым, или запасным, когда вода из рек и водохранилищ в осенний или зимний периоды подается на поля или многолетние насаждения для создания необходимых запасов воды не только в верхнем, но и в более глубоких слоях почвы.

Промывным, когда воду на поля подают или отельные участки для растворения и вымывания из корнеобитаемого слоя почвы вредных солей.

Не смотря на многообразие различных видов орошения необходимо отметить их комплексное воздействия на почву, растения и окружающую среду. Так орошение полой речной водой не только увлажняет почву, но и изменяет ее термический режим, обогащает кислородом, а, следовательно, изменяет ее окислительно-восстановительный потенциал.

1. Характеристика природных условий хозяйства и орошаемого участка

Орошаемый участок площадью равной 150 га находится в подтаежной зоне, в Аромашевском районе. Ближайшая метеостанция — Балахлей.

Аромашевский район расположен в северо-восточной части Тюменской области. Район граничит с Ишимским, Сорокинским, Юргинским, Вагайским районами.

Районным центром является село Аромашево, которое находится от областного центра города Тюмени на расстоянии около 280 км. Проходящие через село автодороги соединяют его с областным центром и другими районами области. Главная водная артерия района — река Вагай с малыми речушками, впадающими в нее. Общая площадь района — 3,9 тыс. км?. Площадь пашни составляет 35,8 тыс. га, в том числе посевная площадь 28,9 тыс. га, из них зерновых и зернобобовых культур — 21,6 тыс. га.

Данная орошаемая площадь используется для выращивания следующих сельскохозяйственных культур: морковь, свекла, капуста ранняя.

Запланированный урожай сельскохозяйственных культур:

морковь — 55 т/га, капуста ранняя — 40 т/га, свекла — 35 т/га.

1.1 Климат

Климат — один из решающих факторов, определяющих как направление почвообразовательных процессов, так и возможность сельскохозяйственного освоения территории.

На формирование климата района оказывают влияние такие факторы как приход солнечной радиации, циркуляция воздушных масс и характер подстилающей поверхности.

Аромашевский район относится к умеренно теплой зоне, которая характеризуется суммой положительных температур в период активной вегетации растений в 1800—1900о. Средняя продолжительность этого периода 120−125 дней. Из среднего годового количества осадков 374−410мм в теплый период выпадает 80−85% (Таблица 1).

Средние многолетние величины указывают на достаточную влагообеспеченность сельскохозяйственных растений. В этом районе чаще повторяются годы, когда посевы в период активной вегетации страдают от недостатка влаги. Чаще наблюдаются и атмосферные засухи. Высота снежного покрова увеличивается медленнее, чем в других районах, достигая максимальной высоты в конце марта — начале апреля и составляет в среднем 30−35см. Снег залегает неравномерно.

Медленное нарастание высоты снежного покрова и неравномерное залегание ухудшают условия перезимовки озимых и многолетних трав, в отдельные годы отмечается полная гибель озимых — от вымерзания. Для улучшения перезимовки озимых особенно важно своевременное и правильное проведение такого агротехнического мероприятия, как снегозадержание.

Более благоприятные летние температурные условия при меньшем количестве осадков. Водный режим — периодически промывной.

Таблица 1- Климатические показатели умеренно теплого умеренно увлажненного агроклиматического района

1.2 Почва

Дерново-подзолистые почвы сформированы на озерно-аллювиальных отложениях различных возрастов, преимущественно суглинистых и бескарбонатных. Формировались они под смешанными лесами, в составе которых среди хвойных пород могут преобладать (в зависимости от геоморфологического расположения) ель, кедр или пихта, реже сосна, из числа лиственных — береза и осина, причем лиственные породы занимают более половины древостоя. В подлеске и подросте, в отличие от лесов на подзолистых почвах, преобладают лиственные породы. В наземном ярусе встречаются папоротник, лесная осока, заячья капуста, кукушкин лен, реже разнотравье. На гарях, занимающих довольно большие площади, произрастают вторичные березово-осиновые леса, в подлеске которых много подроста хвойных пород.

Морфологические признаки.

Профиль этих почв также четко дифференцирован на элювиальные и иллювиальные горизонты, как и у подзолистых, но в отличие от последних здесь довольно ясно, особенно во влажном состоянии, выделяется верхний гумусовый горизонт различной мощности.

А0(0−4 см) Лесная подстилка (хвойно-лиственно-моховая).

А1(0−20 см) Серый, увлажнен, рыхлый, среднесуглинистый, зернисто-комковатый, много корней. Переход ясный.

А2(20−30см)Белый, влажный, среднесуглинистый. Бесструктурный, улотнен. Переход ясный.

A2 В переходный горизонт.

В1(30−65см).Бурый, влажный, среднесуглинистый, уплотнен, присыпка SiO по граням. Переход постепенный.

В2(65−120см)Бурый, тяжелосуглинистый, влажный, плотный, крупно-ореховатый. Переход постепенный.

С (120−180см). Желтый, светло-бурый и бурый, среднесуглинистый, влажный, бесструктурный, уплотнен. Иногда сизые и ржаво-охристые новообразования. От HCl не вскипает.

Характерная особенность иллювиального горизонта — наличие почти всегда обильной кремнеземистой присыпки по граням структурных отдельностей и нередко их глянцевая лакировка.

Гранулометрический состав Почвообразующие породы дерново-подзолистых почв в основном представлены средними, реже тяжелыми суглинками. Но в результате облегчения гранулометрического состава верхней части профиля при оподзоливании сами почвы имеют более легкий гранулометрический состав. Редко почвы имеют супесчаный и глинистый состав.

По всему профилю в большинстве случаев наблюдается высокое содержание крупной пыли, песчаная фракция обычно невелика, лишь иногда отмечается повышенное содержание мелкого песка, относительное содержание которого несколько выше в верхней части профиля в результате перемещения илистой фракции в нижние горизонты в ходе подзолистого процесса. Фракция перемещается довольно глубоко и максимальное ее количество часто обнаруживается в нижней части иллювиального горизонта В. Содержание ила в горизонтах А1 и А2 в 2,5−3,5 раза меньше, чем горизонтах В1 и В2.

Валовой химический состав В профиле наблюдается довольно четкое перераспределение полуторных окислов, обеднение ими горизонта А1, А2, иногда Аh и обогащение иллювиальных горизонтов. Сужение молекулярных отношений в той же последовательности говорит о том, что это результат подзолистого процесса. Различия перераспределения полуторных окислов по родам незакономерны, не совсем чётки и различны по видам дерново-подзолистых почв. Что касается других окислов, кроме SiO2, то закономерных изменений по профилю нет, можно лишь отметить увеличение содержания СаО и МgO в почвообразующей породе остаточно-карбонатных почв.

Химические свойства Состав и свойства дерново-подзолистых почв неразрывно связаны с развитием подзолистого и дернового процессов, а также зависят от приемов их окультуривания и механического состава.

По своим химическим свойствам дерново-подзолистые почвы не имеют особой специфики и по основным параметрам типичны для данного подтипа. Они характеризуются невысоким содержанием гумуса, около 3%, количество его резко уменьшается с глубиной. Невелика и емкость поглощения в элювиальных горизонтах, включая гумусовый, величина которой в значительной степени зависит от гранулометрического состава. Именно этим обусловлено существенное повышение емкости поглощения в иллювиальных горизонтах и материнской породе. В составе поглощенных катионов преобладает Са, количество которого в 2,5−3,5 раза больше Мg. Почвы имеют кислую реакцию среды: рН солевой вытяжки в элювиальных горизонтах не превышает 4, немногим больше 4 в нижней части профиля и лишь в карбонатных горизонтах она слабощелочная. Насыщенность основаниями в верхней части профиля составляет около 50%, но в иллювиальных горизонтах и материнской породе она возрастает до 80 — 90%, а в остаточно-карбонатных — до 100%.

Почвы сильно промыты и практически не содержат легкорастворимых солей, среди которых в равной степени обнаруживаются бикарбонаты Са и Мg.

В целинном состоянии почвы имеют низкое содержание доступных Р2О5 и К2О в горизонтах А2 и Аh несколько выше в верхнем гумусовом горизонте и на уровне среднего в нижней части иллювиального горизонта и в материнской породе.

Таблица 2 — Физико-химические свойства почв

Водно-физические свойства У дерново-подзолистых почв они меняются по генетическим горизонтам и обусловлены в значительной мере изменением гранулометрического состава.

Верхние горизонты (А1, А2, Аh) профиля почвы имеют невысокую плотность, что при сравнительно небольшой плотности твердой фазы, особенно верхнего гумусового горизонта, обусловливает высокую общую порозность, а это, в свою очередь, обеспечивает хорошую аэрацию при естественном увлажнении. Значительно ухудшаются условия аэрации в горизонтах В и С в связи с повышением плотности почвы и ее твердой фазы.

Категории почвенной влаги меняются с учетом количества гумуса, илистой фракции и плотности почвы.

Горизонты, А в дерново-подзолистых почвах имеют плохую макроструктуру, а иногда вообще бесструктурные, однако благодаря рыхлому сложению и большому количеству ходов корней имеют хорошую водопроводимость. В горизонтах В и С водопроницаемость очень низкая, а иногда практически равна 0. Это обусловлено плотным, а в горизонтах В иногда слитным сложением и небольшим количеством ходов корней, сохранившихся от былой стадии почвообразования.

Таблица 3 — Водно-физические свойства почв

Агрономическая оценка

Среди дерново-подзолистых почв наибольшую агрономическую оценку имеют дерново-слабоподзолистые, которые используются в основном под сенокосы, реже под пастбища, в исключительных случаях — под пашни. Также можно использовать под сенокосы, иногда под пастбища дерново-среднеподзолистые почвы. Дерново-сильноподзолистые почвы агрономической оценки не имеют и в основном их оставляют под лес.

Дерново-подзолистые почвы имеют низкое естественное плодородие — невысокое содержание гумуса и малая мощность гумусового горизонта. Мощность последнего даже у слабоподзолистых почв обычно не превышает 10 см при содержании гумуса менее 3%. При освоении почв неизбежно припахивается подзолистый горизонт, поэтому на пашне содержание гумуса в пахотном слое уменьшается до 1,5−2,2%. Низкое содержание гумуса и легкий гранулометрический состав обуславливают низкую емкость поглощения (8−12 мг-экв.), что ограничивает возможность создания запасов элементов питания за счет повышенных доз минеральных удобрений, а также определяет слабую способность почв противостоять смещению актуальной кислотности при внесении кислых и физиологически кислых удобрений. Этому же способствует невысокая степень насыщенности основаниями (менее 50%). Высокое содержание поглощенного водорода вместе с высокой кислотностью создает неблагоприятную реакцию среды. Это главные причины, которые определяют низкий бонитет этих почв, составляющий менее 50 баллов.

1.3 Рельеф и уклоны поверхности земельного участка

Уклон (i) — это отношение превышения (?h) между конкретными точками на местности (в метрах) к горизонтальному проложению линии (l) между точками.

Находится по формуле: i = ?h/ l,

Пример определения соответствующих уклонов на плане с горизонталями: определение господствующего среднего уклона по линии АБ АБ =

где: А, Б — соответствующие отметки или высоты точек горизонталей между конечными точками линий;

АБ — длины линий, выражены в масштабе плана, т. е. в см;

М — масштаб плана;

100 — величина, выраженная в метрах, которая соответствует одному см длины линии при М 1: 10 000.

Основной водной артерией, пересекающей территорию района с юга на север, является река Вагай. Это типично равнинная река. Длина реки — 555 км, площадь бассейна — 23 тыс. км?. Питание снеговое, весной сильно разливается, летом мелеет. Средний расход воды 8,2 м?/сек. Притоки Балахлей, Агитка (правые), Ашлык (левый). Долина Вагая густо заселена, но крупных населённых пунктов нет. Вагай впадает в Иртыш в 55 км выше Тобола, по азимуту и 108 км по руслу Иртыша.

Река Балахлей — правый приток Вагая, берет начало в Балахлейском болоте, длина 134 км, заболоченность 35% Русло умеренно извилистое, плесы и перекаты чередуются через 50−200 м. Ширина на перекатах 4−7 м, глубина 0,3−0,5 м, на плесах преобладающая ширина русла 10−12 м, глубина 1 м. Русло реки летом зарастает водной растительностью, дно илистое на плесах и песчаное на перекатах, местами засорено корягами.

Вывод: Участок вполне подходит для орошения, так как находится на уклоне вблизи источника орошения с достаточным запасом воды.

2. Качество поливной воды

При оценке качества оросительной воды учитывается количество и состав взвешенных наносов, растворенных солей и ее температура. По А. Н. Костякову (7), для орошения пригодна вода с сухим остатком до 1−1,7 г/л, а по отдельно взятым солям для хорошо проницаемых почв:

Na2СО3 <1 г/л, NaСI <2 г/л, Na2SО4 <5 г/л.

Если в воде имеется несколько солей, то эти пределы снижаются, так как одни соли обезвреживают другие.

Пригодность воды для орошения при наличии в ней нескольких солей оценивают по ирригационному коэффициенту «Y», который вычисляют по одной из нижеприведенных формул, предложенных Стеблером:

Y= 288/ 5гСI, (2) Y= 288/ 2гNa + 4гСI, (3)

Y= 288/ 10гNa + 5гСI' - 9гSО" 4, (4)

В формулах (2,3,4) Na, СI', SО" 4 выражаются в миллиэквивалентах (мг· экв/л).

По ирригационному коэффициенту Стеблера, который в данном случае равен 18, можно сделать вывод, что вода для орошения хорошая. Вода успешно применяется для полива много лет без специальных мер против накопления в почве вредных щелочей.

3. Выбор места под орошаемый участок

Орошаемый участок должен находится как можно ближе к населенному пункту и к водоисточнику. Подобранный массив для орошаемого севооборота должен иметь по возможности спокойный рельеф, однородные почвенно-мелиоративные и гидрогеологические условия.

Поля севооборота размещаются с соблюдением следующих требований:

— равновеликие по площади, т.к. это обеспечивает равномерность в использовании рабочей силы и машин;

— каждое поле севооборота должно иметь удобную, по условиям механизации, форму и достаточные размеры;

— границы севооборотных участков следует проектировать по возможности прямолинейными, сообразуясь с естественными границами (лощины, овраги, реки), каналами мелиоративной системы;

— поля севооборота должны иметь прямоугольную форму с шириной и длиной, обеспечивающей перекрестную обработку.

При поливе дождеванием, кроме того, ширина поля или участка орошения должна быть кратна ширине захвата дождевальной машины.

4. Обоснование способа орошения сельскохозяйственных культур

Различают следующие способы орошения: аэрозольный, мелкодисперсный, дождевание, поверхностный, внутрипочвенный подземное орошение (субирригация).

Техника полива включает технические средства и технологию проведения полива.

Правильный выбор способа орошения, техники полива способствует: созданию оптимального водного, воздушного, солевого и питательного режимов почв, а, следовательно, и получению высоких и устойчивых урожаев; повышению плодородия почв и обеспечению благоприятного мелиоративного состояния орошаемых земель; экономному использованию оросительной воды; росту производительности труда.

Ни один из перечисленных способов орошения не может считаться универсальным и одинаково пригодным для всех условий. Наиболее эффективный способ выбирают на основе анализа конкретных природных условий земельного массива (естественная теплои влагообеспеченность растений, рельеф и уклон местности, водно-физические свойства почв, глубина залегания и минерализация грунтовых вод и др.), его сельскохозяйственного использования (вид и состав культур в севообороте, их требования к режиму орошения, технология возделывания и др.), хозяйственных условий (система ведения орошаемого земледелия, наличие рабочей силы и механовооруженность, опыт и традиции населения и др.).

Наиболее распространено в нашей зоне поверхностное орошение и дождевание.

Поверхностное орошение Это наиболее древний и пока самый распространенный способ, поскольку прост и надежен в эксплуатации, почти не требует затрат энергии на проведение полива, позволяет проводить орошение в ветреную погоду, обеспечивает обильное промачивание почвенного грунта при влагозарядке. Вода из источника подается на самую высокую точку орошаемого участка либо по холостой части главного канала (пpи бесплотинном или плотинном водозаборе), либо по трубопроводу (при водозаборе насосной станцией). Отсюда вода поступает в оросительную сеть, состоящую из главного канала, межхозяйственных, хозяйственных и участковых постоянных оросителей (распределителей), временных оросителей. Далее с помощью поливных борозд или полос вода из состояния движения переводится в состояние почвенной влаги. Все каналы должны располагаться в соответствии с рельефом, пропускать необходимые расходы воды и обеспечивать подачу воды в любой участок орошаемой площади.

Основное назначение полива — подать на поливной участок определенное количеств воды в нужные сроки, равномерно распределить ее на площади и обеспечить поглощение воды в почву. При этом техника полива должна обеспечить сохранение структуры почвы, высокий коэффициент использования орошаемой площади, возможность широкой механизации работ и высокую производительность труда.

При поверхностном орошении вода подается на поверхность поля. Равномерное распределение поливной струи по участку и ее поступление в почву (поглощение) определяются тремя факторами: размером струи (расхода), скоростью движения воды и скоростью ее поступления в почву.

В зависимости от сочетания этих факторов при поверхностном орошении применяют следующие способы полива: по бороздам сквозным или тупиковым незатопляемым и затопляемым; напуском по полосам; затоплением по чекам.

В то же время поверхностному орошению, особенно самотечному, присущ ряд недостатков: низкая производительность труда, невысокое качество поливов, ухудшение структуры почвы и появление эрозии, неэкономное использование поливной воды, низкий коэффициент использования земли вследствие прокладки открытой распределительной и поливной сети, возможность заболачивания и вторичного засоления, во многих случаях необходимость проведения больших планировочных работ.

Рационализация техники (технологии) полива при поверхностном способе орошения должна рассматриваться в тесной взаимосвязи с конструкцией оросительной и дренажной сети, режимами орошения и промывок, а также с природно-экономическими условиями зоны его применения.

Дождевание Это один из наиболее эффективных способов направленного воздействия человека на почву, растение и микроклимат приземного слоя воздуха. Благодаря механизации полива и комплексному воздействию на растение и окружающую среду дождевание является надежным агротехническим средством получения дружных и полных всходов и высоких устойчивых урожаев, хорошо вписывается в современную технологию сельскохозяйственного производства. В отличие от других способов полива при дождевании оросительная вода (а при необходимости и растворенные в ней удобрения) при помощи насосов и специальных аппаратов подается под напором в атмосферу, а оттуда она падает на культуру в виде капель дождя.

По сравнению с другими способами полива дождевание обладает рядом преимуществ, которые сводятся к следующему:

— механизация процессов труда, а, следовательно, полное сочетание полива с технологией других сельскохозяйственных работ, проводимых в хозяйстве;

— возможность получения дружных и полных всходов, укоренение и развитие растений в начальный период на всех почвах;

— возможность загущения посевов сельскохозяйственных культур с соблюдением оптимальной площади питания и расположения рядков растений с расчетом на оптимальный режим освещения, а, следовательно, и на максимальное использование энергии тепла солнечной радиации;

— применение на сложных рельефах и больших уклонах, а также на песчаных и слаборазвитых почвах без проведения или при минимуме планировочных работ;

— проведение частых поливов малыми нормами с целью не только увлажнения почвы, но и улучшения микроклимата приземного слоя воздуха (освежительные поливы), а, следовательно, создания благоприятных условий для протекания физиологических процессов и накопления урожая при минимальных затратах воды;

— благодаря обогащению кислородом, углекислотой и газообразным азотом капли дождя снабжают почву и растения дополнительным питанием;

— точная дозировка поливной воды применительно к периодам роста и развития растений и мелиоративному состоянию земель;

— возможность орошения сельскохозяйственных культур с одновременным внесением удобрений при подкормках и ядохимикатов при борьбе с вредителями и болезнями, а также при дефолиации листьев растений перед уборкой;

— благодаря комплексному воздействию на почву, растение, а, следовательно, и направленному изменению водного и питательного режимов легче формировать и регулировать урожай;

— за счет более экономного расходования поливной воды коэффициент полезного использования оросительной воды повышается на 25−30%.

Однако при больших достоинствах у дождевания имеются и некоторые недостатки, которые надо учитывать при организации полива сельскохозяйственных культур, особенно на больших массивах:

— высокая интенсивность дождя, неравномерное увлажнение почвы при поливе в ветреную погоду и относительно низкое качество дождя, что при повышенных поливных нормах — 600 м3/га и более приводит к разрушению структуры почвы и ее уплотнению, образованию луж и появлению поверхностного стока и как следствие на больших уклонах к водной эрозии;

— зависимость распределения дождя и равномерности увлажнения почвы от скорости и направления ветра, что при наличии понижений рельефа приводит к застою воды, неравномерному развитию растений и их полеганию. В районах, подверженных сильным ветрам, бывают простои дальнеструйных машин, то есть снижается коэффициент полезного использования их рабочего времени или заменяется круговое дождевание на секторное;

— небольшие поливные нормы — 300−400 м3/га брутто, а, следовательно, и малая глубина промачивания почвы в сухой степи и тем более в аридной зоне, особенно на солонцеватых и бесструктурных почвах, приводят к чрезмерно большому числу поливов. Это удорожает поливы, увеличивает непроизводительные потери воды на испарение в атмосферу, нередко приводит к развитию болезней у овощных, бахчевых культур и винограда.

Несмотря на это, дождевание является перспективным способом орошения, особенно при более совершенных типах дождевальных систем и установок.

Виды дождевания По срокам и характеру подачи воды, а, следовательно, увлажнению почвы и биологическому воздействию на полевые, овощные, чай и плодовые культуры различают три вида дождевания: обычное, импульсное, аэрозольное.

При обычном дождевании воду подают на поля в виде дождя со значительным интервалом — 6−12 суток для смягчения микроклимата приземного слоя воздуха (высокая температура, низкая относительная влажность) и создания оптимальных запасов влаги в активном слое почвы 0,5−0,6 м.

При импульсном дождевании воду подают на культуру ежедневно в период наиболее высоких дневных температур — с 13 до 15…16 ч для снижения дефицита влажности воздуха.

Аппараты импульсного дождевания работают отдельными циклами, причем каждый цикл состоит из периодов-пауз, то есть накопления воды в котле, создания максимального давления и «выстрела», или выбрасывания воды в атмосферу.

При аэрозольном дождевании вода подается, как и при импульсном, ежедневно в течение 4−5 ч (с 13 до 16…17 ч) в период высоких температур и низкой относительной влажности воздуха для орошения овощных культур и чайных плантаций. Мощные установки забирают воду из каналов или трубопроводов и под большим давлением выбрасывают ее в воздух. В зависимости от силы и направления ветра капли дождя в виде тумана распространяются на 200−300 м и более.

Внутрипочвенное орошение Внутрипочвенный полив по трубам-увлажнителям, проложенным на глубине 0,4−0,6 м, — удобный и перспективный способ воздействия на растение при культуре открытого и особенно закрытого грунта (теплицы, парники). При внутрипочвенном орошении корнеобитаемый слой увлажняется посредством регулирования уровня грунтовых вод. К достоинствам внутрипочвенного орошения относятся:

— механизация процессов сельскохозяйственных работ и высокий коэффициент полезного использования орошаемой территории;

— сохранение структуры верхних слоев почвы и поддержание их в рыхлом состоянии;

— возможность загущения посевов с учетом оптимальной площади питания и направления рядков растений, исходя из оптимального светового режима, а, следовательно, из максимального использования солнечной энергии;

— снижение поливных норм и более продуктивное использование поливной воды;

— возможность двустороннего регулирования водного режима осушенных земель;

— сочетание полива с одновременным внесением непосредственно в зону корней растворимых питательных веществ;

— возможность сочетания увлажнения с одновременным обогревом почвы термальными и сбросными теплыми водами ТЭС;

— возможность автоматизации, а, следовательно, и снижение затрат ручного труда на поливе.

При организации внутрипочвенного орошения, особенно на крупных площадях, необходимо учитывать и некоторые его недостатки:

— возможность применения на почвах только с хорошей капиллярной проводимостью, т. е. на суглинистых почвах или на легких почвах при наличии на небольшой глубине водоупора;

— неприменимость на засоленных почвах с близким залеганием минерализованных грунтовых вод, а также при большом (50%) содержании карбонатов, вызывающих просадку грунта;

— необходимость подачи чистой воды в связи с возможностью заиления трубопроводов увлажнителей;

— большая потребность в трубах и высокие, как правило, одновременные капитальные вложения в строительство и оборудование системы.

Внутрипочвенный полив основан на всасывающей способности почвы. Чем выше капиллярная проводимость почвы, меньше диаметр ее частиц, тем больше всасывающая способность почвы. Она зависит не только от механического состава и чередования отдельных слоев почвы, но и от влагонасыщенности почвы. При влажности почвы, близкой к наименьшей влагоемкости (НВ), всасывающая способность близка к нулю, при абсолютно сухой почве она достигает максимума.

В зависимости от механического состава всасывающая способность может быть различной: на тяжелых почвах в сухом состоянии она составляет 40−50 см, при влажности 55% НВ — 4−5 см; на легких соответственно 15−20 и 1−2 см.

Капельное орошение Этот вид орошения является особой разновидностью внутрипочвенного. При капельном орошении хорошо очищенная через специальные фильтры вода подается на поле из гибких полиэтиленовых трубопроводов через специальные приспособления капельницы. Из-за малых расходов (0,9−9,1 л/ч) вода медленно, капля за каплей поступает в почву, увлажняя только зону распространения корней и оставляя сухими междурядья.

В настоящее время этот способ орошения наиболее широко применяют в закрытом грунте. Вместе с водой благодаря наличию бака-смесителя удобрений в почву поступают и растворенные питательные вещества, что еще больше увеличивает эффективность этого способа. Капельное орошение хорошо зарекомендовало себя при возделывании овощных и плодовых культур закрытого и открытого грунта.

К основным достоинствам капельного орошения относятся:

— значительная экономия поливной воды по сравнению с обычными способами, в частности с дождеванием, — на 50−80% и более;

— резкое снижение потерь воды на фильтрацию и испарение;

— отсутствие поверхностного стока, водной эрозии, а также переноса и потерь воды в атмосферу, наблюдаемых при дождевании;

— уменьшение сорной растительности, а, следовательно, и непроизводительного расхода воды из междурядий растений;

— оптимальное и устойчивое увлажнение корнеобитаемого слоя применительно к периодам роста и развития растений;

— возможность локального в небольших дозах внесения удобрений вместе с поливной водой;

— снижение числа междурядных обработок в связи с меньшим развитием сорной растительности;

— возможность уплотнения посевов культур;

— отсутствие подъема грунтовых вод и опасности вторичного засоления;

— возможность использования минерализованной, и в частности морской, воды;

— возможность применения на малоразвитых почвах с близким залеганием песка и галечника, где не требуется проведения планировки;

— уменьшение затрат энергии на создание напоров воды в трубопроводах по сравнению с дождеванием;

— повышение урожайности томатов, плодовых и цитрусовых культур до 25−50%.

Однако наряду с отмеченными достоинствами у капельного орошения имеются и недостатки: высокая первоначальная стоимость; опасность загрязнения и закупорки трубопроводов и капельниц отложениями окиси железа и нерастворимых карбонатов, а, следовательно, необходимость установки специальных фильтров для очистки воды; необходимость в перестройке системы при смене культур на поле.

Подземное орошение (субирригация) Это способ увлажнения пахотного слоя почвы за счет капиллярного подпитывания путем искусственного подъема и поддержания необходимого уровня грунтовых вод. Варианты искусственного подъема грунтовых вод:

— шлюзование (подпор) сбросных, дренажных и оросительных каналов;

— подача оросительной воды по сильнофильтрующим каналам, а также по трубчатым дренам, выполняющих роль увлажнителей;

— регулирование естественного оттока грунтовых вод;

— подпитывание артезианскими водами путем прорезания водонепроницаемого слоя.

Для применения подземного орошения необходимо: естественный спланированный плоский безуклонный рельеф, однородный, с хорошими капиллярными свойствами грунт, незасоленные почвогрунты и грунтовые воды, неглубокое залегание грунтовых вод или водоупора, что характерно для осушаемых земель Тюменской области.

Субирригация шлюзованием получает сравнительно широкое распространение. Этот способ не требует больших капиталовложений, сохраняя все преимущества внутрипочвенного орошения.

Аэрозольное орошение При аэрозольном (мелкодисперсном) способе орошения, с помощью специальных установок, создаются мельчайшие капли воды (аэрозоли), которые увлажняют приземный слой воздуха, надземную часть растений и частично поверхность почвы. Мелкодисперсное увлажнение в жаркое время дня и при низкой относительной влажности воздуха способствует сокращению расхода воды на транспирацию, так как основная ее часть, потребляемая растениями из почвы, не участвует в биохимических превращениях, а расходуется на защиту растений от излишней инсоляции и на компенсацию пониженной влажности приземного слоя воздуха.

Защита растений от заморозков при помощи мелкодисперсного увлажнения достигается за счет повышения температуры как приземного слоя воздуха, так и непосредственно надземной части растений. Повышение температуры происходит в результате выделения тепла при фазовом переходе воды из жидкого состояния в лед, а также за счет повышенной температуры оросительной воды. Мелкодисперсное увлажнение защищает растения от ранних осенних и поздних весенних заморозков и позволяет удлинить вегетационный период, благодаря чему сельскохозяйственные культуры не повреждаются, а их продуктивность повышается.

Итак, в данном хозяйстве используется дождевальный способ орошения.

5. Проектирование режима орошения сельскохозяйственных культур севооборота

Под режимом орошения понимают правильное установление и распределение в вегетационный период количества оросительной воды (число, нормы и сроки полива), обеспечивающего оптимальный для данной культуры водный режим корнеобитаемого слоя почвы при данных конкретных природных и агротехнических условиях.

Режим орошения должен обеспечивать в почве оптимальный водный, воздушный и связанные с ними питательный и тепловой режимы, не допускать подъема уровня грунтовых вод, засоления почвы и удовлетворять потребность растений в воде на всем протяжении вегетационного периода, для получения высокого и устойчивого урожая сельскохозяйственных культур.

5.1 Допустимые пределы влажности почвы

Всасывающая сила корневой системы большинства сельскохозяйственных растений составляет 1,5−2,0 атмосфер.

Если влажность почвы уменьшается до такого предела, при котором водоудерживающая сила почвы превышает его, то запас воды в почве станет уже недоступным для растений, которые начинают увядать. Такой предел называется влажностью завядания. При влажности почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости (НВ), создаются благоприятные условия для развития большинства сельскохозяйственных культур. В условиях же полной или капиллярной влагоемкости растения развиваются плохо, страдая от недостатка воздуха. Поэтому содержание влаги в почве, соответствующее наименьшей влагоемкости (НВ), составляет верхний порог оптимального увлажнения.

Принято считать, что нижний оптимальный порог влажности составляет, в среднем, 60−80% наименьшей влагоемкости почвы (НВ).

Верхний порог — 15−20%.

5.2 Оросительные и поливные нормы

Оросительная норма — количество воды, которое дают сельскохозяйственной культуре за весь оросительный период. Оросительная норма равна сумме поливных норм.

М = Е-10мНос-(Wн — Wк) — Wг, м3/га (5)

где: Еобщее водопотребление культуры, м3/га, определяется из уравнения:

Е = У· Кв, (6)

где: Узапланированный урожай культуры, т/га;

Квкоэффициент водопотребления, м3/т — это отношение суммарного расхода влаги в м3/га (т.е. расход на испарение из почвы плюс транспирация) к урожаю основной продукции в т/га.

Нос — количество осадков, выпавших за вегетационный период данной культуры, мм.

µ- коэффициент использования осадков;

Wнзапас влаги в расчетном слое почвы в начале вегетационного периода, м3/га;

Wкзапас влаги в расчетном слое почвы в конце вегетационного периода, м3/га;

Wгколичество воды поступающее в расчетный слой почвы по капиллярам от грунтовых вод за вегетационный период, м3/га.

Различают оросительную норму нетто (Мн) и оросительную норму брутто (Мбр).

Оросительная норма нетто не учитывает потери воды на фильтрацию через стенки и дно каналов, на испарение, утечку через соединения труб и т. д., поэтому из источника орошения нужно брать воды больше на величину этих потерь.

Потери воды учитываются коэффициентом полезного действия (з) оросительных систем, который равен для закрытых 0,9−0,95 и открытых 0,6−0,8. Отсюда норма брутто определяется:

Мбр= Мн/з, м3/га (7)

Поскольку потребность растений в воде на протяжении вегетационного периода неодинакова и частично удовлетворяется выпадающими осадками, оросительную норму следует подавать в засушливые периоды на поле не сразу, а частями.

Поливная норма (m) — количество воды, которое дают сельскохозяйственной культуре за один полив. Определяется по формуле:

m= 100 hdv (вmaxвmin), м3/га (8)

где: hглубина активного слоя почвы, м .

dvобъемная масса расчетного слоя почвы, т/м3;

вmaxвлажность в % к массе сухой почвы, принимают равной НВ

вminвлажность в % к массе сухой почвы, соответствующая нижнему пределу увлажнения. Поливная норма во время орошения должна расходоваться экономно. Поливы большими, чем расчетные, нормами могут способствовать подъему уровня грунтовых вод при близком их залегании, что может привести к заболачиванию или засолению почвы.

Период, в течение которого проводят полив, называют поливным, а время от начала первого полива до конца последнего — оросительным периодом. Поливные и оросительные нормы определяются условиями жизни растений, почвенными, климатическими, метеорологическими и другими условиями.

Сроки поливов увязываются с влажностью почвы, фазами развития и потребностями сельскохозяйственных культур во влаге.

В курсовом проекте поливные нормы и сроки полива сельскохозяйственных культур определяются графоаналитическим способом, разработанным академиком А. Н. Костяковым.

Балансовые расчеты обеспеченности влагой каждой сельскохозяйственной культуры, входящий в севооборот записывают в таблицы.

По полученным расчетным данным на миллиметровке строятся графики, при помощи которых определяются нормы и сроки поливов орошаемых культур (рис. 1, 2, 3).

Таблица 4 — Балансовый расчет обеспеченности влагой (капусты ранней)

Таблица 5 — Балансовый расчет обеспеченности влагой (свекла)

Таблица 6 — Балансовый расчет обеспеченности влагой (морковь)

5.3 Расчет и построение графиков поливов (гидромодуля)

После определения норм, сроков и числа поливов составляю ведомость полива сельскохозяйственных культур, входящих в севооборот. Рассчитываю значения гидромодуля, т. е. расхода воды, выраженного в литрах в секунду и подаваемого на один осредненный гектар (нетто) орошаемого севооборота.

Значение гидромодуля может быть определено двумя методами:

1. По удельному расходу воды, отнесенному к единице орошаемой площади, т. е. на осредненный гектар данного севооборота, включая все культуры в определенном процентном соотношении;

2. По секундному расходу, потребному на всю площадь культуры в гектарах данного севооборота.

Метод расчета гидромодуля по удельному расходу воды наиболее распространен, так как позволяет разрабатывать режим орошения, когда еще не имеется точных данных о размерах орошаемой площади в гектарах по каждой культуре, окончательно не установлен севооборот. Значение ординаты гидромодуля (q) определяется при:

а) круглосуточном поливе:

q= mб /86,4t, л/с· га; (9)

почва орошение вода оборудование б) некруглосуточном поливе, за Т часов в сутки:

q= mб /t· 3,6 Т, л/с· га, (10)

где: mрасчетная поливная норма, м3/га;

бдоля площади, занимаемой данной сельскохозяйственной культурой в севообороте, которая определяется отношением:

б= щк/щнт, (11)

где: щкплощадь нетто занимаемая данной культурой в севообороте, га;

щнтобщая орошаемая площадь нетто севооборота, га;

86,4- переводной коэффициент, учитывающий число секунд в сутках (86 400 с);

3,6- коэффициент для перевода часов в секунды;

tполивной период в сутках.

Оптимальная продолжительность поливных периодов колеблется от 2 до 3−8 суток, в том числе для овощных и картофеля 3−6 суток; кормовых и других 4−8 суток. По формулам (9) и (10) определяют гидромодуль для всех поливов каждой культуры. Результаты расчета записывают в ведомость полива сельскохозяйственных культур (неукомплектованного и укомплектованного графика гидромодуля).

Суммирование гидромодулей культур орошаемого севооборота за каждый день вегетационного периода, по предложению академика А. Н. Костякова, выполняют графики, т. е. составляют графики гидромодуля: неукомплектованный, а затем на его основе укомплектованный. Принцип построения этих графиков заключается в следующем: на миллиметровой бумаге по оси абсцисс (горизонтальной) откладывают в масштабе (1 мм — 1 день) календарное время оросительного сезона с указанием месяцев, декад, дней, а по оси ординат (вертикальной) гидромодуль (М: 1 см — 0,1 л/с· га).

При этом поливы каждой культуры на графике изображаются в виде прямоугольников, ширина их на горизонтальной оси представляет длительность полива (начало и конец полива), а высота соответствующий расход воды в литрах в секунду на 1 га.

Прямоугольники, характеризующие поливы разных культур, показывают на графике различной окраской или штриховкой.

Построение графика обычно начинают с культуры, имеющей наибольшее число поливов или наибольшую продолжительность поливных периодов.

Закончив построение графика одной культуры, приступаю к построению другой, затем третьей и других культур орошаемого севооборота.

Если поливы двух или более культур полностью или частично совпадают во времени, то в эти дни ординаты гидромодуля суммирую и прямоугольники, частично или полностью, надстраивают один над другим.

Построив гидромодули всех культур, получаю неукомплектованный график (рис. 4), из которого видно, какой расход воды необходим для обеспечения поливов всех культур данного севооборота на каждый день оросительного сезона.

Этот график обычно ступенчатый и имеет значительную разницу между qmax и qmin.

По неукомплектованному графику гидромодуля сельскохозяйственные культуры не поливают, потому что требуемые для полива расходы воды очень неравномерны, а оросительные каналы и сооружения надо строить на пропуск максимального расхода (qmax), который будет всего несколько дней в году. В остальные же дни оросительная сеть пропускает значительно меньшие расходы и будет заилятся, зарастать травой, потери на фильтрацию будут излишне велики, усложнится также регулирование горизонтов и расходов воды в каналах и водозаборных сооружениях. При этом увеличиваются капитальные вложения в строительство, повышаются эксплуатационные затраты оросительных систем.

Полив по неукомплектованному графику гидромодуля практически невозможен еще и потому, что в соответствии с колебанием ординат гидромодуля должно изменится и потребное количество поливальщиков, пропашных и дождевальных агрегатов для своевременной послеполивной культивации и полива.

Таким образом, полив по неукомплектованному графику экономически не выгоден, технически и организационно неприемлем.

В связи с этим построенный неукомплектованный график поливов должен быть укомплектован, т. е. поливные периоды или сокращают или увеличивают, сроки поливов передвигают так, чтобы срезать пики на графике и заполнить провалы.

Границы таких передвижений определяют для разных культур в зависимости от их потребности в воде в тот или иной период развития.

При укомплектованности графика поливов придерживаются следующих правил:

— количество воды, требуемое для полива данной культуры, не изменяется;

— среднюю дату полива можно передвигать влево и вправо для основных культур севооборота не более чем на 3 суток, а для остальных — на 4−5 суток;

— сокращение сроков полива должно увязываться с возможной продолжительностью послеполивных операций (культивация, прополка и др.).

Укомплектование графика производится по величине гидромодуля ведущей культуры или по величине средневзвешенного гидромодуля (qср. взв.):

qср. взв.= ?qt/Т?, л/с· га (12)

Зная qср. взв., находят продолжительность полива:

t= mб/q· 3,6 Т, дней (13)

Результаты подсчета сводят в ведомость полива и строят укомплектованный график (рис. 4). Чем ровнее ординаты графика, тем выше технико-экономические показатели режима орошения.

6. Подбор дождевального оборудования

Все разнообразие имеющихся в каталоге дождевальных машин можно объединить в четыре группы, отличающиеся друг от друга, как по характеру работы, так и по характеру поступления воды в агрегаты:

1. Дождевальные агрегаты, работающие позиционно и забирающие воду непосредственно из открытых оросительных каналов. К ним относятся все дальнеструйные дождевальные машины (ДД-70, ДДН-100 и др.).

2. Дождевальные агрегаты, работающие в движении и забирающие воду из открытых каналов (двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100 МА, ЭДМФ «Кубань»).

3. Дождевальные агрегаты, работающие в движении с забором воды из закрытой оросительной сети («Фрегат»).

4. Дождевальные машины позиционного действия, работающие от напорной сети (ДКШ-64 «Волжанка», ДФ-120 «Днепр», возможна работа ДДН-70 и ДДН-100).

Для первых двух групп машин при механическом водоподъеме насосная станция, установленная на берегу водоисточника, подает воду на самую высокую точку орошаемой территории в гидрант — водовыпуск, оттуда вода самотеком поступает в сеть постоянных и временных оросительных каналов.