Техніка і технологія зрошення у сучасних умовах господарювання

Науковий напрям: Сільськогосподарська наука. Меліорація і агрономія.

Ключові слова: Зрошення, водоспоживання, режим зволоження, спосіб і техніка поливу.
Вступ
Низький коефіцієнт використання поливної води, недосконала техніка поливу, нераціональні поливні режими в поєднанні із застосуванням незбалансованих за величинами живлення мінеральних добрив, часто призводили до зменшення кількості гумусу, погіршення фізико-хімічних, агрофізичних і біологічних властивостей поливних ґрунтів, накопичення у продуктах шкідливих для здоров’я людей і тварин нітратів, важких металів, радіонуклідів. У результаті підйому ґрунтових вод погіршився меліоративний стан зрошуваних і прилеглих до них земель. Іригаційна ерозія призвела до втрат родючого шару ґрунту і недопустимої деформації ландшафтів.

При проектуванні і будівництві іригаційних систем за основу був взятий багатовіковий досвід і концепція розвитку зрошення у Середній Азії. Не враховувалися істотні різниці між кліматичними і ґрунтовими умовами Середньої Азії і півдня України. Техніка і технологія зрошення земель в умовах країни не повинні базуватись на стереотипах, а бути обґрунтованими і диференційованими залежно від природних умов і ландшафтних властивостей району впровадження.

Реформування АПК спрямоване на створення ринкових умов господарювання докорінно змінило умови землекористування. Розпаювання земель, впровадження різних форм власності спричинило розділення господарств на дрібніші – площею 5...10 га (окремі виробники), 40...80 га (фермери) та 100...200 га і більше (підприємці). Одночасно поділені і зрошувані масиви, що були запроектовані і побудовані для умов великих за площею господарств.

Незатребуваність поливів на деяких масивах існуючих зрошувальних систем призвела до того, що на внутрішньогосподарських мережах перестали здійснювати необхідні технічні обслуговування і ремонт, лотокові мережі та облицьовані канали заросли і частково зруйнувались. Постраждали напірні трубопровідні мережі та гідротехнічні споруди, значна частина яких на сьогодні потребує капітального ремонту або заміни.

Що стосується власне поливної техніки, то в даний час в Україні експлуатується техніка минулих років. Переважно це широкозахватні дощувальні машини «Фрегат» (біля 3 тисяч одиниць), «Дніпро» та агрегати ДДА-100 МА. Промислове виробництво цих машин припинено, а експлуатується техніка після капітального ремонту, або придбана на вторинному ринку.

Технологія зрошення залишилась колишньою, з її власними недоліками, до яких варто віднести енерго- і металоємність дощувальних машин, низький коефіцієнт їхнього використання, негативний вплив створеного ними дощу та механічне діяння машин на поливні ґрунти, завищені норми поливу.

Багаторічний досвід застосування регулярного зрошення земель в Україні виявив низку необґрунтованих рішень. Прийнятий підхід до визначення режиму зрошення сільськогосподарських культур, як такого, що повинен забезпечити постійне біологічно необхідне водоспоживання рослин упродовж вегетаційного періоду, що тягне за собою значні об’єми водоподачі та завищення параметрів провідних водоводів та гідротехнічних споруд. Регулярні поливи змінюють природні фактори ґрунтоутворення і призводять до трансформації ґрунтових процесів, що знаходять відображення у зміні властивостей ґрунтів. Під дією зрошення зростає вологість повітря, знижується температура ґрунту і повітря, збільшуються затрати температури на випаровування. Неякісне планування ділянок, часті просадкові явища в лесових ґрунтах, утворення глибоких колій та розмивів при поливах призводять до деформації поверхні, погіршення структури ґрунтового покриву, утворення іригаційної кірки, зниження родючості поливних ґрунтів.

Додаткове зволоження створює умови для інтенсивнішої мікробіологічної діяльності впродовж всього вегетаційного періоду, що призводить до інтенсифікації ґрунтового процесу, стабілізації швидкості мінералізації і гуманізації рослинних залишків. Разом з цим, такі умови спричиняють і негативні явища: збільшення продуктивності мікроорганізмів, фенолів, органічних кислот, метану, особливо в анаеробних умовах.

Під впливом зрошення погіршуються фізичні властивості ґрунту, в першу чергу, через ущільнення верхніх шарів на 0,2…0,4 т/м³.

Зрошення часто призводить до вилучення карбонату кальцію (СаСО₃) з ґрунтового профілю. На зрошуваних ділянках іде підйом рівня ґрунтових вод, що призводить до погіршення водно–повітряного режиму перезволоження і заболочення, засолення і солонцювання ґрунтів, через що, значний ріст урожаїв сільськогосподарських культур у перші 2...4 роки впровадження регулярного зрошення, досягаючи піку, зменшуються у наступні роки.
^ Основна частина
З метою уникнення наведених негативних наслідків зрошення та враховуючи наслідки реформування АПК і їхнього впливу на використання зрошуваного фонду країни слід переглянути деякі функціональні задачі і процеси іригаційних систем і, в першу чергу, визначення і забезпечення поливних режимів та впровадження науково обґрунтованих технік і технологій зрошення сільськогосподарських культур.

До таких заходів можна віднести відмову від регулярного (за біологічною водопотребою рослини) зрошення родючих ґрунтів і перехід на циклічне (періодичне) зрошення, тобто використання сільськогосподарських земель у зрошуваному і багорному режимі. Тривалість і циклічність змінюваності зазначених режимів слід визначати за кліматичними умовами року, гідромеліоративним і агротехнічним станом масиву, процесом формування урожаю сільськогосподарської культури при умові збереження поливних ґрунтів та врахування можливостей господарства, наявності поливної техніки, забезпечення енергетичними і водними ресурсами.

Враховуючи природні умови еволюції ґрунтів ареалу степового ландшафту можна стверджувати, що у роки зі значним природнім забезпеченням (величина опадів за вегетаційний період ймовірністю менше 15 %) з метою забезпечення ґрунтового формування, зрошення можна не проводити й отримувати високі врожаї. Безумовно, це можливо при більш-менш регулярному випаданні дощів упродовж вегетаційного періоду розвитку рослин.

Отже, за такого підходу, зрошення земель слід проводити у двох випадках: 1) у посушливі роки з малою кількістю опадів за вегетаційний період; 2) у роки підвищеного природного водозабезпечення, але з тривалими бездощовими періодами упродовж вегетації культури. Особливо важливо проводити своєчасні поливи у, так звані, критичні періоди розвитку культури. Виходячи з наведеного, зрошувальні норми сільськогосподарських культур необхідно ув’язувати з умовами формування ґрунтів і визначати їхнє значення за різницею сум опадів (за вегетаційний період культур) років природно водозабезпечених (ймовірністю 15 %) та засушливих (ймовірністю більше 15 %). При цьому слід враховувати продуктивний запас вологи у ґрунті на початок вегетації. Зрошувальну норму можна визначати за залежністю

, мм,

де М – розрахункова зрошувальна норма, мм; Р_15% і Р_роз – відповідно опади років природно водозабезпечених (ймовірність 15 %) та засушливих з розрахунковою природною водозабезпеченістю, мм; W_поч – продуктивний запас вологи в активному шарі ґрунту на початок вегетації, мм.

У наведеній роботі мною проведені гідрологічні розрахунки за даними різних метеостанцій лісостепової і степової зон на основі 30-річних спостережень за опадами і побудовані інтегральні криві розподілення дощів. Дані розрахунку дозволяють визначити суму опадів будь-якого періоду року за ймовірністю перевищення їхніх розрахункових значень та розрахувати зрошувальні норми.

Приклад розрахунку зрошувальної норми озимої пшениці за даними метеостанції Бехтери наведений на рисунку (рис. 1).

Рис. 1. Крива ймовірності перевищення опадів за IV-VI місяці

(метеостанція Бехтери Херсонської області)

За розрахункове природне забезпечення опадами за вегетаційний період озимої пшениці прийнятий рік ймовірності перевищення 15%. Мінімальна розрахункова сума опадів засушливого року прийнята ймовірністю 85% забезпеченості. З рисунку видно, що зрошувальна норма для засушливого року з ймовірністю опадів 85 % становить 100 мм (1000 м³/га). Результати розрахунку зрошувальних норм за запропонованою методикою для засушливих років (ймовірного забезпечення 85 %) основних сільськогосподарських культур без врахування продуктивного запасу вологи на початок вегетації наведені у таблиця.
Визначення зрошувальних норм, мм (рік 85 % забезпеченості)

Метеостанція, область	Сільськогосподарська культура, період вегетації
зернові, IV-VI	кукурудза,V-IX	люцерна, IV-X
Р15%	Р85%	М, мм	Р15%	Р85%	М, мм	Р15%	Р85%	М, мм
Бехтери,Херсонська	165	65	100	270	140	130	340	170	170
Гайсин,Вінницька	210	110	100	370	130	140	460	280	180
Озерна,Черкаська	200	110	90	340	210	130	430	270	160
Лозова,Харківська	210	110	100	290	160	130	400	220	180

*Зрошувальні норми визначені без врахування продуктивних запасів вологи на початок вегетації культур.

Прийняття для розрахунку значень суми опадів ймовірністю забезпечення менше 15 % і більш 85 % на наш погляд не доцільно так, як значення сум опадів у діапазонах 1...15 % та 85...99 % мають досить динамічний характер, що призведе до завищення параметрів водозабору для зрошення та зрошувальних мереж. Безумовно, у кожному конкретному випадку слід виконати техніко-економічне обґрунтування.

Аналіз даної таблиці говорить про незначну різницю норм зрошення по території країни. Але, при врахуванні продуктивних запасів вологі у ґрунті на початок вегетації рослин, будуть внесені значні зміни у сторону зменшення норм залежно від ділянки і природного зволоження у вегетаційний період та господарської дії із збереження осінньо-весняних опадів у ґрунті [1].

Такий підхід до визначення норм зрошення забезпечить значну економію поливної води та, що не менш важливо, природно–історичні умови формування ґрунтів, покращить екологічну ситуацію меліоративних ландшафтів.

^ Що стосується техніки і способу поливу сільськогосподарських культур, то ситуація на сьогодні ускладнюється відсутністю промислової бази для виробництва дощувальних машин і поливної техніки. На даний час ми ще керуємось тими наробітками й установками, що були вироблені у період 1960…1980 років. Однак, відтоді відбулася радикальні зміни в соціальному і економічному житті країни, а також досягнуті нові рубежі в області технічного прогресу, в тому числі і в питаннях технології зрошення та способу і техніки поливу.

Одним із сучасних способів зрошення є краплинний полив. Його переваги над іншими видами такі: значна економія поливної води, безперервна подача води у необхідній кількості, зона зволоження обмежена розподіленням кореневої системи, значно менший питомий тиск на поливні ґрунти, можливість внесення хімічних добрив з поливною водою. Але краплинне зрошення має деякі особливості, які необхідно враховувати при переході на цей спосіб поливу. До них у, першу чергу, варто віднести необхідність істотної зміни технології обробітку сільськогосподарських культур. Практика використання краплинного устаткування показує, що застосовані у даний час краплинні лінії можуть мати довжину не більше 100…250 м. Тому на зрошуваних ділянках потрібно додатково влаштовувати поперечні транзитні трубопроводи.

Краплинні лінії і поперечні трубопроводи створюють труднощі при проведенні польових робіт, потребують влаштування спеціальних переїздів та укриття під землю частину трубопроводів. Крім того, при роботі крапельниць формується чітко обмежена зона зволоження ґрунту, за межі якої коренева система не поширюється, що значно зменшує зону живлення рослини. Велика частина добрив, що вноситься традиційним способом, виявляється недоступною рослині. Тому краплинне зрошення без внесення добрив з поливною водою вважається неефективним.

Слід зазначити також, що конструктивні особливості крапельниць вимагають тонкого очищення поливної води. Необхідність же внесення добрив з поливною водою створюють додаткові труднощі при експлуатації. Тому краплинні лінії маючи ресурси на 3-5 років, фактично працюють 1-2 роки і практично є одноразовими. Існують деякі проблеми при монтажі краплинного устаткування. У даний час розкладка краплинних ліній здійснюється вручну.

Враховуючи вищенаведене і те, що краплинне зрошення здійснюється для зволоження культур широкорядної посадки, можна стверджувати, що такий спосіб не набуде широкого масштабу.

Застосування внутрішньо ґрунтового та дрібнодисперсного способів зрошення, навіть при їхніх відчутних перевагах у забезпеченні вимог до способу і техніки поливу, за низки причин не можуть бути рекомендованими до масового втілення у виробництво. До таких причин відносяться: складність конструкції і обладнання систем, підвищені вимоги до умов застосування, висока вартість устаткування і будівництва, утруднення експлуатації.

Сьогодні багато спеціалістів–меліораторів стверджують про необхідність повернення до поверхневих поливів. Але, відсутність засобів механізації і автоматизації поверхневого поливу призводять до значного об’єму ручної праці і її низької продуктивності при поливі та обмеження його застосування.

Найбільш поширеним і традиційним в Україні способом поливу сільськогосподарських культур залишається дощування. Проте, низькі техніко–еколого–економічні показники використання існуючих, найбільш поширених, широкозахватних дощувальних машин диктують необхідність удосконалення і зміни традиційних техніки і технології поливу [2].

З погляду на умови землекористування, що змінилися після реформи АПК, зросли вимоги до вибору поливної техніки. Сьогодні поливна техніка повинна бути помірної вартості, більш мобільною з забезпеченням можливості переміщення і поливу будь якої ділянки, будь-якої площі і конфігурації, з меншою питомою масою та енерго– і металоємністю, прийнятним енергетичним впливом на ґрунти, забезпечувати комбіновані поливи залежно від культур та природно–господарських умов.

^ З цієї точки зору перспективними є шлангово-барабанні установки [3]. Ці установки можуть працювати як з напірної зрошувальної мережі, так із забором і подачею води на зрошення за рахунок власного силового пристрою. Змінні пристрої можуть забезпечити поливи як дощуванням, так і поверхневим поливом [4]. Із дощувальних апаратів найбільш перспективними є середньоструменневий насадок «Роса-3» поліпшеної конструкції [5].

При витраті до 7 л/с такий агрегат може забезпечити за добу полив площі, що визначається за формулою

, га,

де F_g – добова площа поливу, га; Q – витрата насадка, л/с; t – час поливу упродовж доби, с; К_ч – коефіцієнт використання робочого часу (0,80…0,90); m – поливна норма, м³/га; К_тп – коефіцієнт, що враховує витрати води на випаровування з дощової хмарини (1,10….1,15).
Висновок
При цілодобовій роботі агрегату та поливній нормі 300…400 м³/га площа добового поливу становить 1,5...2,0 га, а за поливний період – 25…35 га. Розрахунок показує, що 2-3 шлангово–барабанних установки за продуктивністю поливу замінює одну широкозахватну дощувальну машину. Така заміна значно покращить техніко–економічні й екологічні показники зрошувальних систем [5]. До того ж такі установки забезпечують полив поля будь-якої конфігурації. Варто відмітити високу мобільність шлангово-барабанних пристроїв та можливість забезпечення покращених умов збереження у невегетаційний період, що сприятиме збільшенню тривалості строку їхнього використання.
^ Використана література
1. Козішкурт М.Є., Козішкурт С.М. Аналіз необхідності і можливості зменшення зрошувальних норм у різних кліматичних зонах України // Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво. Вип. 31.– Рівне. – 2006.– С.43-50. 2. Козішкурт М.Є., Козішкурт С.М. Ще раз про переваги, недоліки та шляхи підвищення ефективності дощування земель // Вісник УДУВГП. Зб. наукових праць. Вип. 1 (25). – Рівне. – 2004. – С. 51-61. 3. Гринь Ю.І. Перспективи використання шлангово-барабанних установок в Україні // Меліорація і водне господарство. Вип. 91. – Київ: Аграрна наука. – 2004. – С. 218-226. 4. Козішкурт М.Є., Сухачов О.В. Необхідність зміни технологій дощування земель // Вісник УДУВГП. Зб. наукових праць. Вип. 5 (18). –Рівне. – 2002. - С. 78-86.

Дата добавления: 2015-08-18