Технология подкронового микроорошения садовых культур с учётом формирования их корневой системы и контура увлажнения

Развитие корневой системы в почвенном горизонте для плодовых растений является областью высоких научных и практических интересов, изучение которых позволит оптимизировать технологии орошения и фертигации. Корневая система многолетних насаждений имеет вертикальные и горизонтальные корни. В условиях средней полосы вертикальные корни яблони уходят на глубину до 4 м и более, у груши, вишни, сливы — только до 2 м. Этим объясняется высокая зимостойкость яблони по сравнению с другими культурами. Такое глубокое расположение корневой системы плодовых культур обусловлено отсутствием влаги в верхнем слое почвы в условиях засушливого климата, при орошении корневая система имеет другой характер развития. Так, на орошаемых землях в Московской области заглубленность основной массы корней по протяженности и по массе находится в поверхностных горизонтах почвы от 0,4 до 0,6 м, которые лучше прогреваются и где наиболее активна жизнь микроорганизмов. В аридной зоне развитие корневой системы садовых культур имеет другую закономерность — основная масса корней залегает в более глубоких горизонтах почвы в среднем в 1,2−1,3 раза больше чем на богаре. [1] Высокое расположение грунтовых вод и наличие плотных прослоек почвы уменьшают объём используемой растением почвы, что влечёт за собой снижение зимостойкости плодовых культур, а также препятствуют свободному распространению корней. Изучение закономерностей формирования корневой системы яблони, выращиваемой на клоновых подвоях серии «Моллинг», проведено В. И. Будаговским [2], по подвоям селекции которого аналогичные исследования выполнены Ю. В. Крысановым. В результате проведённых исследований авторы установили, что горизонтальные корни имеют первостепенное значение в почвенном питании плодовых культур и располагаются в поверхностных слоях почвы. В нижележащих, бедных питательными веществами горизонтах, количество корней резко уменьшается. У карликовых культур основная масса корней залегает в верхней части почвенного горизонта, в отличии сильнорослых растений. Кроме этого, в научных работах В. А. Потапова [3] отмечено, что в вышеуказанных слоях почвы особенно активна и жизнедеятельность микроорганизмов, что также способствует накоплению основных питательных веществ.

На дерново-подзолистых и серых лесных почвах основная масса активных корней плодовых насаждений и кустарников размещается в гумусовом горизонте, то есть на глубине до 25 см.

Влияние насыщенности почвы влагой на рост корневой системы плодовых насаждений сказывается в различной степени. Так, в опытах Д. П. Семаша при орошении, обеспечивающем увлажнение почвы не только в поверхностных слоях, но и в подпочвенных горизонтах, наблюдалось более глубокое проникновение корневой системы яблони. При высокой поливной норме (в летне-осенний период поливали через каждые 10−15 дней), когда полевая влагоёмкость постоянно поддерживалась в пределах 80−100%, корни толщиной до 1 мм и мочковатые корешки составляли 80% от общей массы корневой системы; при уменьшении количества поливов в два раза таких корней было всего (50…60)%. Причём, у деревьев яблони, привитой на сеянцах лесной яблони, количество мочковатых корешков при более высокой норме полива было в 2,5 раза и привитой на Дусен III — в 2 раза больше, чем у деревьев таких же подвойно-привойных комбинаций при вдвое меньшей норме полива. В опыте с поливом сада на фоне черного пара, обеспечивающим 70−80% полевой влагоёмкости, рост корней абрикоса в годовом цикле протекал волнообразно. Питание плодового дерева весной происходило преимущественно за счёт накопленных питательных веществ и в какой-то мере за счёт работы листьев и корней. Если летом условия для роста корней будут неблагоприятными, то плодовое дерево не сможет восполнить потери питательных веществ, и тем более накопить их к осени и поэтому в зимних условиях может подмерзнуть или прекратить свой жизненный цикл [4].

Полив завышенными нормами, затопления садов паводками, высокий уровень грунтовых вод, могут вызывать снижение и прекращение роста корней, а иногда и гибель их от вымокания. В работах Ф. Кобеля по этому поводу отмечено, что избыток воды в почве столь же вреден, как и её недостаток. Причем, решающим при избыточном увлажнении является не излишняя вода как таковая, а связанное с её избытком вытеснение кислорода из почвы. Корни могут погибать и в случаях прекращения орошения на участках, прежде постоянно орошаемых, а также на участках, оставленных на зиму в иссушенном состоянии, вызывающем обезвоживание корней. При иссушении почвы до глубины 60−80 см страдают в большей степени сады с неглубоким залеганием корневой системы и в меньшей — с глубоким. Даже на постоянно поливавшихся ранее участках прекращение орошения только на одно лето ведет к суховершиности деревьев. При понижении влажности почвы до (16−17)% от наименьшей влагоёмкости и повышении её температуры до 24 °C прекращается рост активных (всасывающих) корней. Влажность почвы оказывает, таким образом, существенное влияние на формирование и развитие корневой системы, а следовательно, на рост и плодоношение садовых культур [5].

Распределение корней в процентах по горизонтам почвы и показатели развития кроны и корневой системы многолетних насаждений, предложенные А. И. Касьяненко [6], приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Показатели развития кроны и корневой системы плодовых деревьев на различных подвоях (по данным А. И. Касьяненко).

На формирование корневой системы многолетних насаждений существенное влияние оказывают следующие факторы: сорт, вид подвоя и привоя, возраст насаждений, а также тип почвенного покрова. Тип почв напрямую влияет на движение почвенной влаги доступной для питания растений, что в комплексе способствует характерному развитию корней.

Анализ данных показывает, что в среднем основная масса корневой системы плодовых деревьев формируется в метровом слое почвы и составляет 61,1% от общего количества корней [6].

В Московской области основная масса корней горизонтального направления расположена у яблони на глубине до 75 см, груши — до 50 см, вишни — до 40 см, сливы до — 30 см. По результатам исследований, проведенных В. А. Колесниковым [7] установлено, что в садах Московской области яблони 7-летнего возраста имеют корневую систему, разрастающуюся в стороны по диаметру на 3,5 м; 14-летних — на 5 м; на 20-летних посадках корни заполняют всё междурядье и выходят в другое междурядье на 0,5 м (рисунок 1).

Рисунок 1 — Соотношение крон и корневых систем яблони в зависимости от возраста (сорт — Антоновка обыкновенная, подвой — сеянцы Аниса серого, горизонтальный разрез; по данным В. А. Колесникова).

В то же время даже к 20−22 годам разные сорта яблони сохраняют свободное пространство от 1 до 3 м между кронами деревьев соседних рядов [7].

Анализ информационно аналитических исследований показывает, что орошение оказывает существенное влияние на развитие и форму корневой системы плодовых деревьев. Так, при капельном поливе корневая система дерева развивается односторонне, в сторону расположения капельницы. Тем самым появляется угроза устойчивости дерева при сильном ветре в летний период и понижение зимостойкости в зимнее время. Для исключения вышеуказанных отрицательных воздействий поливов необходимо обеспечить равномерность распределения влаги по всему контуру активного увлажнения растений. Поверхностные поливы и дождевание также имеют общеизвестные недостатки, способствующие развитию негативных процессов на орошаемых землях и отрицательно влияющие на физиологию развития растений.

Для небольших по площади орошаемых участков, в том числе мелкоконтурных, наиболее рациональным способом является подкроновое микроорошение культур, которое имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с существующими и обеспечивает рациональное и экономное использование водных, энергетических и трудовых ресурсов; нормальный микроклимат подкроновой части садовых культур в термически напряжённые климатические периоды, что обеспечивает продолжительность их жизненного цикла; высокую эффективность возделывания, улучшение социально-экономических условий сельского населения, соблюдение требований охраны окружающей природной среды. Кроме этого, важное значение имеет возможность дифференцированного управления влажностью расчётного слоя почвы в зависимости от фаз развития культур и фактических гидрометеопараметров конкретного вегетационного периода года соответствующей водообеспеченности. Так, снижение влажности почвы по сравнению с расчётной в фазу цветения садовых культур способствует увеличению процента продуктивной завязи, а создание более напряжённого водного режима в период формирования и созревания плодовых почек — увеличению количества генеративных почек. Такая дифференциация режима орошения садовых культур обеспечивает не только повышение их урожайности, но и качества получаемой продукции.

Эффективность и экологизация подкронового микроорошения увеличивается за счёт разработки новых технических решений, обеспечивающих обоснование и реализацию новых технологий орошения. В развитии данной научной концепции разработан новый ирригационной комплект для подкронового микроорошения садов, плодово-ягодных насаждений и питомников с двумя модификациями водовыпусков на кольцевых незамкнутых отводах: первая — с десятью отверстиями диаметром 3 мм каждое; вторая — с тремя дефлекторными насадками секторного действия.

Приведён новый модульный комплект оборудования для подкронового микроорошения садов, включающий насосную станцию, которая устанавливается на любом имеющемся источнике орошения; сборно-разборный (или стационарный) распределительный трубопровод из полиэтиленовых труб диаметром 90 мм, 110 мм, 160 мм в зависимости от площади орошения; модуль для подкронового микроорошения садовых культур, включающий поливные трубопроводы и шлейфы для подсоединения кольцевых не замкнутых отводов. Отличительной особенностью модульного комплекса является работа при низких величинах давления в кольцевых незамкнутых отводах, которые колеблются от 0,05 до 0,01 МПа; в шлейфах — 0,15 Мпа; в начале модуля — 0,2 Мпа; расход одного модуля — 6,72 л/с; шлейфа — 3,36 л/с; незамкнутого кольцевого отвода — 0,42 л/с, что указывает на малоинтенсивное и эффективное орошение под кронами деревьев [8, 9].

По результатам анализа различных схем посадки садовых культур и технологий их возделывания были разработаны конструктивно-компоновочные схемы ирригационного комплектов с различными типами водовыпускных колец и компоновкой быстроразборных трубопроводов: для полива виноградников с частотой посадки кустов — 0,75 м; для полива сада со схемой посадки деревьев (5×4) м и схемой посадки (6×4) м; для полива на участке с комбинированной посадкой «яблоневый сад — виноградник — косточковый сад». Разработанные конструктивно-компановочные схемы комплекта позволяют расширить его применимость при различных условиях возделывания садовых культур.

Опытно-производственные исследования эффективности работы мобильного ирригационного комплекса для подкронового микроорошения садовых культур, проведённые на экспериментальных участках ФГУП АПК «Непецино» Московской области, включали опыты по определению рациональных контуров увлажнения яблоневого сада на среднесуглинистых почвах. Исследовали два варианта исполнения кольцевого водовыпуска: первый — для кольца с десятью отверстиями диаметром 3 мм с равным расположением их по периметру кольца — мелкоструйчатый поверхностный полив); второй — для водовыпуска с тремя дефлекторными насадками секторного действия, с углом сектора орошения 180 ° - подкроновое микродождевание (рисунок 2).

Рисунок 2 — Влияние конструкции кольцевых водовыпусков на формирование контура увлажнения: А — кольцевой водовыпуск для мелкоструйчатого полива; Б — кольцевой водовыпуск для микродождевания;

В результате проведённых экспериментов установлены объёмы контуров увлажнения почвы для водовыпусков мелкоструйчатого поверхностного полива и водовыпусков с тремя дефлекторными насадками с сектором орошения 180 °, составляющие соответственно 0,31 м³ и 7,0 м³ (средние значения по трём повторностям). Полученные фактические значения были меньше величин, определенных по расчётным зависимостям, соответственно, на 13,8% и 14,8%.

Установленные закономерности динамики нарастания и формирования контура увлажнения почвы при орошении садовых культур позволили теоретически обосновать диаметры кольцевых водовыпусков, необходимые для формирования оптимальных контуров увлажнения, которые составили для проведения мелкоструйчатого полива — 0,98 м; для микродождевания с тремя дефлекторными насадками — 0,4 м.

Проведённые исследования и опытно-производственные испытания разработанных ирригационных комплектов подкронового микроорошения садовых культур с учётом формирования их корневой системы и контура увлажнения почвы, позволили обосновать наиболее эффективный способ — микродождевания и установить его основные преимущества по сравнению с существующими способами полива: плодовой водовыпуск корневой подвой.

• — обеспечение ресурсосберегающей и экологически безопасной технологии орошения за счёт поддержания в расчётном слое почвы оптимальной влажности для роста и развития растений, сохраняющей структуру и водопрочность почвенных агрегатов и плодородие почвы; отсутствие процесса лужеобразования, поверхностного стока и ирригационной эрозии; исключает переувлажнение почвы и глубинные сбросы оросительной воды за пределы зоны аэрации, являющейся причиной пополнения и подъёма уровня грунтовых вод, засоления и заболачивания земель;
• — наличием небольших напоров и экологически допустимой интенсивности искусственного дождя; мобильностью, универсальностью, надёжностью и простотой в эксплуатации; низкой стоимостью;
• — эффективностью технологий внесения удобрений совместно с поливной водой, предусматривающей дифференцированное внесение необходимых видов удобрений под каждое дерево как по количеству, так и составу удобрений;
• — отсутствием условий для заболевания коры деревьев и поражения плодов, что обеспечивается технологией полива, не допускающей взаимодействия оросительной воды со стволами деревьев и их плодами;
• — опытно-производственными испытаниями ирригационных комплектов, которые показали высокие их технико-экономические показатели и эффективность применения для различных почвенно-климатических зон орошения и особенно на мелкоконтурных участках и в том числе с большим уклоном их поверхности.

• 1. Шкура, В. Н. Геометрия корневых систем яблони: монография / В. Н. Шкура, Д. Л. Обумахов, Е. Н. Лунева; под ред. Шкуры В. Н. — Новочеркасск: «Лик», 2013. — 124 с.
• 2. Будаговский, В. И. Культура слаборослых плодовых деревьев / В. И. Будаговский. — М.: Колос, 1976. — 304 с.
• 3. Потапов, В. А. Плодоводство. Учебник для ВУЗов / В. А. Потапов, В. В. Фаустов, Ф. Н. Пильщиков, В. Ю. Крысанов и др.: Под .ред. В. А. Потапова, Ф. Н. Пильщикова. — М.: Колос, 2000. — 60−68 С.
• 4. Семаш, Д.П., Водный режим почвогрунтов и его регулирование при капельном орошении садов / Д. П. Семаш, Н. Н. Муромцев, М. И. Ромащенко. — Киев: Знание, 1980. — 12 с.
• 5. Кобель, Ф. Плодоводство на физиологической основе. — 2-е изд. / Ф. Кобель // Пер. с нем. В. А. Рыбина, — М.: Госиздат с.-х. лит., 1957.-375 с.
• 6. Касьяненко, А. И. Корневая система подвоев плодовых деревьев / А. И. Касьяненко. — Киев: СЕЛЬХОЗГИЗ, 1963. — 420 с.
• 7. Колесников, В. А. Корневая система плодовых и ягодных растений / В. А. Колесников. — М.: Колос, 1974. — 509 с
• 8. Ольгаренко, В. И. Ресурсосберегающее микроорошение садов. [Электронный ресурс] / В. И. Ольгаренко, Н. А. Мищенко // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. переодич. издание / Росс. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. — Электрон. журн. — Новочеркасск: РосНИИПМ, 2014, № 1 (13). — 13с. — Режим доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/
• 9. Ольгаренко, Г. В. Сборно-разборный полиэтиленовый трубопровод для дождевальных комплектов / Г. В. Ольгаренко, А. В. Муравьев, А. А. Алдошкин, Н. А. Мищенко // Решение о выдаче патента на изобретение. Заявка № 2 012 150 771/13(81 103) от 28.11.2012.
• 10. Понамарев, А. Г. Ирригационный комплект для подкронового орошения садов: патент на полезную модель Рос. Федерации: МКП А01G 25/09, / Понамарев А. Г., Мищенко Н. А, Алдошкин А. А.; Заявитель и патентообладатель ВНИИ «Радуга» — № 112 596; Заяв. 23.12.2010; опубл. 20.01.2012, Бюл. № 2.