Исследование и режим работы комбинированной системы капельного орошения с аэрозольным увлажнением для возделывания черешневого сада

Оригинальная статья / Original article УДК: 634.232:631.674

Р азвитие орошения является одним из главных факторов, обеспечивающим устойчивое соци- ально-экономических развитие и повышение продовольственной безопасности, за счёт: увеличения урожайности сельскохозяйственных культур и устойчивости производства сельскохозяйственной продукции, снижения экономических рисков, связанных с потерями урожая из-за засухи; увеличение базы налогообложения за счёт роста объёмов производства в агропромышленном комплексе; создание новых высокотехнологичных рабочих мест, повышение образовательного и культурного уровня сельского населения, развитие инфраструктуры и благоустройство населённых пунктов [1, 2].

В сложившихся условиях очень важно способствовать развитию производства и внедрению новой оросительной техники отечественного производства, соответствующей по своим технико-эксплуатационным и эколого-экономическим характеристикам 4-5-му поколению оросительной техники.

Современные разработки технических средств по способам полива не исключают друг друга, а адаптируют полив под те или иные климатические, технические, технологические, природно-хозяйственные условия производства и экономические возможности сельхозтоваропроизводителей. Каждый способ орошения рассчитан на увеличение продуктивности поливных площадей, но в равных условиях приоритет отдаётся более эффективному способу. Одним из наиболее эффективных способов орошения является капельное орошение.

Капельное орошение может применяться в различных по климатическим условиям районах, как с влаж- ным, так и с аридным климатом, где экономическими расчетами будет подтверждена целесообразность применения орошения с учётом преимуществ и недостатков данного способа орошения [3].

Орошение является одним из важных факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а в период стрессовых температур применение аэрозольного увлажнения – практически единственный вид мелиораций, обеспечивающий сохранение урожая.

К водосберегающим технологиям орошения относят такие способы как: капельное орошение, аэрозольное увлажнение и д.р. Особенностью капельного орошения является возможность проводить поливы в соответствии с биологическими особенностями водопотреб-ления орошаемых сельскохозяйственных и плодовых культур и поддерживать влажность почвы в узко заданном оптимальном диапазоне [4, 5].

Эффективность различных способов и устройств формирования микроклимата при орошении и снятия температурного и водного стресса подвергается различной оценке. Стационарные системы, используемые комбинированный способ полива – капельный полив и аэрозольное орошении, этот способ считаются наиболее разработанными и перспективными. Норма увлажнения при аэрозольном орошении, включает в себя объем воды, задерживаемый растительным покровом -листьями, объем воды, необходимый для преодоления водного дефицита у растений, и объем воды, направляемый на увлажнение верхнего слоя почвы [16].

Методика исследования

Опыт возделывания черешневого сада с применением комбинированной системы орошения на примере

Рис. 1. Схема постановки двухфакторного опыта Fig. 1. Scheme for setting up a two-factor experiment

сортов «Гостинец» и «Жуковская» показал, что эти сады с их неглубокой корневой системой хорошо реагируют на постоянное поддержание оптимальных водных, воздушных и питательных режимов почвы. Создание и поддержание таких режимов обеспечивают за счёт применения орошения в т.ч.капельного орошения и аэрозольного увлажнения. Также стоить отметить,что черешня – очень требовательна к почве плодовая культура. Она не переносит почвы по механическому составу плотные, засоленные, с высоким содержанием извести. Наилучшим для её культивирования является легкие супесчаные почвы по механическому составу, с хорошим дренажем, проницаемые для влаги и воздуха, хорошо прогреваемые и умеренно влажные [7].

На основе проведённых исследований разработанные конструктивные особенности комбинированной система капельного орошения с аэрозольным увлажнением обеспечивают следующие показатели, такие как: обеспечение оптимальной влажности почвы за счет применение капельного орошения,регулирова-ние фитоклимата в периоды стрессовых температур, обеспечение многорежимной работы комбинированной системы – работа системы отдельно для капельного полива, работа системы для использования аэрозольного увлажнения,работа системы в комбинированном режиме – одновременно капельный полив и аэрозольное увлажнение, режим работы аэрозольного увлажнения обеспечивает разовую норму увлажнения в диапазоне 540 л/га, при этом диаметр капель в аэрозольном облаке не превышает 600 мкм., при работе комбинированной системы в режиме аэрозольного увлажнения при температуре более 28oС и относительной влажности воздуха менее 40% обеспечивает максимальное число увлажнений, комбинированная система орошения позволяет экономно расходовать поливную норму [8,9].

Исследование для полевого опыта выбрано как двухфакторное: оно включает изучение влияние различных объёмов увлажнений и способов полива на формирование деревьев черешни сорта «Гостинец» и «Жуковская» [10].

Проводимые опыты осуществлялись на опытном участке, который находится на землях ООО «Коломенская ягода» Коломенского района Московской области,расположенном в центральной части района в 15 км. от города Коломна. Коломенский район расположен к юго-западу от города Москвы, в бассейне рек Москва и Ока. Участок проведения опытных исследований характеризуется дерново-среднеподзолистой почвой, среднесуглинистой по механическому составу. Почвообразующие породы – древнеаллювиальные отложения: средние светло-коричневые и буроватокоричневые суглинки. Основой для планирования и расчетов оросительных норм является водно-физические свойства почвы.Для ирригационной характеристики орошаемого участка особую важность имеют: гранолометрический состав почвы, плотность, плотность твёрдой фазы, водопроницаемость и наименьшая влагоёмкость почвы, максимальная гигроскопичность и влажность завядания растений [11, 12].

Механический состав и водно-физические свойства представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Описание механического состава профиля почвы на участке исследований Table 1. Description of the mechanical composition of the soil profile at the research site

		Фракции, мм
Генетический горизонт	Глубина, см	0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,0001	0,001	0,01	0,01
		Фракции, %
Аn	0-15	1,4	18,7	48,2	9,1	9,1	13,1	68,3	31,3
B1	41-50	0,7	28,6	48,2	6,5	6,2	9,7	77,5	22,4
C	150-160	0,6	17,2	17,3	5,2	6,0	25,7	35,1	37,7

Таблица 2. Водно-физические свойства профиля почв на участке исследований Table 2. Water-physical properties of the soil profile at the research site

Генетический горизонт	Глубина, см	Объёмная масса, г/см3	Удельная масса, г/см3	НВ, %	Влажность почвы, % от объёма почвы	Порозность почвы, % от объёма почвы
Аn	0-25	1,36	2,70	23,3	15,7	48
АnВ1	25-80	1,37	2,62	21,1	18,6	48
В2	80-110	1,55	2,67	21,9	21,6	40
В2	110-140	1,63	2,64	21,4	-	39

Для характеристики почвы участка было заложено три почвенных разреза. При описании почвенных разрезов были определены мощность и свойство генетических горизонтов. В основном, пахотный горизонт (А) имеет мощность 25–27 см. За пахотным горизонтом расположен переходный горизонт к иллювиальному (А 2 В) – мощностью 5–12 см.Переход к иллювиальному горизонту постепенный. Иллювиальный горизонт (В1) мощностью 21–38 см, по механическому составу – среднесугли-нистый.Переход к горизонту В 2 – постепенный.В 2 – мощностью 57–60 см, по механическому составу – тяжёлый суглинок.Горизонт С – расположен на глубине 117–130 см.

По результатам описания – почву участка можно отнести к дерново-подзолистой, среднесуглинистой на тяжёлом покровном суглинке.Содержание подвижного фосфора (по Кирсанову) 10-15 мг на

100 г почвы, калия (по Масловой) 12-17 мг на 100 г почвы [13].

Климат на опытном участке исследований отличается умеренной континентальностью в значительной степени зависящем от влияния северозападных ветров.Подзона на котором расположен опытный участок относится к южно-таёжной умеренно тёплой, характеризующейся неустойчивой влажностью.Наряду с избыточно влажными периодами одинаково вероятны и засушливые периоды. Поэтому для этой подзоны имеют большое значение инженерные мероприятия компенсации недостатка воды или отводу её избытка.

За годы проведения исследований проводился анализ факторов, влияющих на рост и развитие черешни сорта «Гостинец» и «Жуковская». Учитывались суммы выпавших осадков, среднемесячные температуры воздуха. Использовались дан-

Таблица 3. Основные показатели тепло- и влагообеспеченности агроклиматических района опытного участка Table 3. Main indicators of heat and moisture supply in the agroclimatic region of the experimental site

Район	Период с температурой воздуха выше +10oС			Сумма температур за период с t>10oC	Осадки за период с t>100C, мм
	начало	окончание	продолжительность дней
I	11.V	15.IX	128	1800-1900	300
II	6.V	15.IX	133	1900-2100	270
III	6.V	20.IX	138	2100-2200	250

Таблица 4. Средние многолетние величины суммарного испарения по месяцам и за год, мм Table 4. Average long-term values of evapotranspiration by month and year, mm

январь		февраль		март		апрель		май		июнь
мм	%	мм	%	мм	%	мм	%	мм	%	мм	%
2,0	0,5	3,0	0,7	7,0	1,6	49,0	11,3	70,0	16,1	84,0	19,3
июль		август		сентябрь		октябрь		ноябрь		декабрь		год
79,0	18,2	60,0	13,8	34,0	7,8	24,0	5,5	22,5	5,1	0,5	0,1	435

Таблица 5. Сравнительная характеристика вегетационного периода черешневого сада (май-сентябрь) со среднемноголетними показателями

Table 5. Comparative characteristics of the growing season of the cherry orchard (May-September) with average long-term indicators

Годы	Осадки		Температура воздуха
	сумма, мм	обеспеченность, %	среднее значение, oС	обеспеченность, %
Среднемноголетний показатель (74 лет)	433	100	16,9	100
2021	869	< 5%	15,0	88,8
2022	732	< 5%	17,4	103,0
2023	848	< 5%	16,2	95,87

Таблица 6. Характеристика температурного режима воздуха в годы исследований Table 6. Characteristics of air temperature during the years of research

Месяцы	Среднемноголетняя, oС	2021		2022		2023
		o С	% от нормы	o С	% от нормы	o С	% от нормы
Апрель	3,7	5,8	156,8	7,4	200,0	7,4	200,0
Май	11,7	10,9	93,2	16,1	137,6	16,2	138,5
Июнь	15,4	14,8	96,1	17,1	111,0	19,5	126,6
Июль	17,6	17,9	101,7	20,4	115,9	16,9	96,0
Август	15,8	18,5	117,1	19,1	120,9	16,3	103,2
Сентябрь	10,5	12,7	121,0	14,2	135,2	12,1	115,2

Таблица 7. Распределение атмосферных осадков за годы исследований, мм

Table 7. Distribution of atmospheric precipitation over the years of research, mm

Месяцы Среднемноголетний показатель Годы исследований 2021 2022 2023 Апрель 30,0 12 15 15 Май 50,0 14 18 32 Июнь 65,0 18 9 22 Июль 80,0 29 19 8 Август 70,0 29 7 19 Сентябрь 55,0 10 10 5 ные, полученные с метеопоста г. Коломны. Сравнительная характеристика вегетационного периода черешневого сада со среднемноголетними показателями представлена в таблице 5.

Анализ погодных условий проведения опытов показывает,что по обеспеченности гидротермическими факторами вегетационный период исследований характеризуется следующим образом: 2021 год: К у =2,34 – тёплый и влажный, 2022 год: К у =2,03 – жаркий и влажный, 2023 год: К у =2,38 – умеренно жаркий и влажный [14].

Динамика изменения среднемесячных температур за отчётный период исследований по сравнению со среднемноголетними показателями представлена в таблице 6.

Сравнение данных суммы и распределения осадков за годы исследований по месяцам вегетационного периода представлены в таблице 7.

Одним из важных условий реализации технологий аэрозольного увлажнения является ветровой режим на опытном участке исследований. Наблюдения, проведенные за три года исследований в ООО «Коломенская ягода», показали, что в летний период в жаркое время суток ориентировочно с 12 до 16 часов скорость ветра изменяется от 0,9 м/с до 1,9 м/с. Максимальная скорость ветра в течение вегетационного периода не превышала 3,3 м/с. Основное направление ветра в тече-

Рис. 2. Направление ветра на опытном участке Fig. 2. Wind direction at the experimental site

Рис. 3. Форма и размер видимого аэрозольного увлажнения при скорости ветра 2–3,2 м/с

Fig. 3. Shape and size of visible aerosol humidification at wind speeds of 2–3.2 m/s

ние всего дня может меняться в данном районе с юговосточного направление на северо-западное направление.

За основу режима водоподачи аэрозольного увлажнения в опыт принята малоинтенсивная водо-подача в жаркое время суток, при относительной влажности воздуха ниже 45% и полностью компенсирующая испарение за прошедшие сутки. При проведении исследований были приняты следующие варианты опыта: вариант 1 – аэрозольное увлажнение поливной нормой, равной количеству испарившейся воды за прошедшие сутки,вариант 2 – комбинированный полив – капельное орошение с применением аэрозольного увлажнения,вариант 3 – без орошения (контроль). Повторность опыта – трехкратная.

В исследовании оценивались такие параметры аэрозольного увлажнения, как величина суточной поливной нормы, продолжительность и сроки полива, равномерность распределения аэрозольного облака,его интенсивность,размер капель и контуры участка смачивания поверхности одной насадкой.Также проводились наблюдения за температурой и влажностью воздуха в приземном слое и кроне молодых деревьев черешни,а также температурой листовой поверхности. Температуру листовой поверхности измеряли инфракрасным термометром в часы наибольшей солнечной актив-ности.Измерение проводилось каждые полчаса на всей кроне с верхней стороны листа в 13 точках, равномерно распределённых по площади опытного участка. В каждой точке измеряли температуру у пяти листьев.Включение полива с аэрозольным увлажнением осуществлялось в жаркие солнечные дни при температуре воздуха выше +25°C . Поливная норма определялась исходя из изменения параметров фотоклимата. Также учитывались осадки, испарение в воздухе и снос воды за пределы участка во время полива.Подача воды на опытный участок контролировалась счётчиками-водомерами и дождемерами, установленными на раз- ных участках эксперимента. Равномерность распределения осадков и интенсивность дождя определялись согласно методике, разработанной ФГБНУ ВНИИ «Радуга».

Контуры смачивания аэрозольным увлажнением измерялись следующим образом:на участке выбирались два дождевателя, работающие без перекрытия,а остальные отключались. Ширина распределения дождевого облака измерялась на разном расстоянии от мачты с шагом в один метр, и по результатам замеров в масштабе с использованием компьютерных программ строился контур его распространения. В ходе эксперимента каждые 10 минут измерялась скорость ветра и определялось его направление [15].

Результаты исследования показали, что равномерность распределения слоя осадков зависит от скорости ветра.Наибольшая равномерность достигается, когда направление ветра часто меняется. При неизменном направлении ветра лучшее распределение наблюдается при скорости ветра более 3,2 м/с.

При поливе с помощью аэрозольного орошения относительная влажность воздуха поддерживалась в диапазоне от 55 до 70% . Полив проводился не более 5–6 минут, как только относительная влажность приземного слоя воздуха в кроне молодых деревьев черешни отпускалась ниже 40% . Поливная норма составляла 0,48 л/с на одном варианте опыта, работали 8 мачт. За весь период проведения опыта оросительная норма составила порядка 290 м3/ч.

Дождевое облако из капель среднего диаметра, не превышающего 400 мкм, формируется при использовании мелкодисперсного орошения. В период жарких месяцев, при сильном ветре, увеличивается потеря влаги за счет ее испарения и переноса ветром, что может достигать 30–40%. Капли крупнее – до 600 мкм обладают более высоким силой поверхностного натяжения, большей массой и устойчивы к испарению и переносу ветром. С учетом вышеперечисленного выбор мелкодисперсных насадок для создания дождевого облака при комбинированном способе орошения становится важной задачей, требующей особого подхода [16].

Необходимо помнить, что состояние листовой поверхности молодых деревьев напрямую зависит от условий выращивания, уровня освещенности, а также доступности питательных веществ. Поэтому важно создать оптимальные условия для развития листьев, чтобы обеспечить растению необходимые ресурсы для роста и развития.

Средние значения площади листовой поверхности молодых деревьев черешни сортов «Жуковская» и «Гостинец» при различных режимах орошения представлены в таблице 8.

Рис. 4. Динамика изменения относительной влажности приземного слоя воздуха в зависимости от поливной нормы аэрозольного увлажнения

Fig. 4. Dynamics of changes in the relative humidity of the surface layer of air depending on the irrigation rate of aerosol humidification

Рис. 5. Динамика изменения относительной влажности воздуха и создаваемой влажности воздуха в приземном слое на опытном участке Fig. 5. Dynamics of changes in relative air humidity and created air humidity in the ground layer at the experimental site

Таблица 8. Площадь листовой поверхности по вариантам опыта Table 8. Leaf surface area according to experimental options

Режим орошения	Сорт	Средняя по варианту, см2
60-80% НВ	Гостинец	5 391
	Жуковская	5 111
70-90% НВ	Гостинец	5 415
	Жуковская	5 219
80-100% НВ	Гостинец	5 549
	Жуковская	5 487
Контроль	Гостинец	5 238
(без орошения)	Жуковская	4 909
НСР 05		268

Наибольшую площадь листовой поверхности имеют деревья сорта «Гостинец». У деревьев сорта «Гостинец» площадь листовой поверхности в среднем на 4 % больше, чем у сорта «Жуковская». Максимальная площадь листовой поверхности наблюдалась в третьем варианте опыта, где влажность почвы поддерживалась на уровне 80–100 % от наименьшей влагоёмкости (НВ). Минимальная площадь была зафиксирована в четвёртом варианте без орошения.

Для деревьев сорта «Гостинец» значение площади листовой поверхности на I варианте опыта (60-70% НВ) больше по сравнением с IV вариантом опыта без орошения на 153 см2 (2,8%), на II варианте опыта при 700% НВ больше по сравнением с IV вариантом опыта без орошения на 177 см2 (3,3%), на III варианте опыта при 80-100% НВ больше по сравнением с IV вариантом опыта без орошения на 311 см2 (5,6%). Для деревьев сорта «Жуковская» значения высот на I варианте опыта (60-70% НВ) больше по сравнением с IV вариантом опыта без орошения на 202 см2 (4%), на II варианте опыта при 70-90% НВ больше по сравнением с IV вариантом опыта без орошения на 310 см2 (5,9%), на III варианте опыта при 80-100% НВ больше по сравнением с IV вариантом опыта без орошения на 578 см (10,5%). При проведении поливов на III варианте опыта при 80-100% НВ наблюдается наибольшее значение площади листовой поверхности у обоих сортов черешни.

Заключение

Дальнейшие исследования в области создания комбинированной системы полива с использованием капельного полива и аэрозольного увлажнения позволят сочетать увлажняющие и орошающие поливы. Это даст возможность гибко регулировать условия для оптимального роста сельскохозяйственных растений и увеличить их урожайность.

Показатели молодых деревьев черешни, такие как диаметр штамба, высота, годичный прирост по высоте, площадь листовой поверхности и объём корневой системы, указывают на то, что оптимальные условия для их развития находятся на варианте опыта в диапазоне 80% НВ. Благодаря этому достигается постоянное и равномерное увлажнение почвы, что приводит к отсутствию резких колебаний роста, как на участке без орошения.

Систематическое проведение поливов малыми нормами при капельном орошении и использование аэрозольного увлажнения в комбинированной системе орошения позволили поддерживать заданные уровни влажности почвы и относительной влажности приземного слоя воздуха [17]. Это снизило негативное влияние стрессовых условий, вызванных колебаниями влажности почвы и влажности воздуха, а также периодами стрессовых температур и естественного увлажнения.

Способ полива с использованием комбинированной системы орошения на дерново-подзолистых почвах в центральной части Нечернозёмной зоны России для выращивания черешни сортов «Гостинец» и «Жуковская» соответствует критериям экологической безопасности и экономической эффективности. Экономия воды при таком методе составляет 2,2–3,4 раза по сравнению с дождеванием. С точки зрения рентабельности наиболее эффективно выращивать молодых деревьев черешневого сада при поддержании влажности в корнеобитаемом слое почвы на варианте опыта 80% НВ и относительной влажности приземного слоя воздуха в диапазоне 55–70%.

Об авторах:

Aboutthe Authors:

Nikolay N.Dubenok – Academician of the Russian Academy of Sciences, Dr. Sci. (Agriculture), Professor,

Head of the Department of Agricultural Melioration, ,

Sergey A.Gzhibovsky – Postgraduate Student,

Department of Agricultural Melioration, , SPIN-code: 4219-9236,

Alexander V. Gemonov – Cand. Sci. (Agriculture),

Assistant Professor of the Department of Agricultural Melioration, ,

ISSN 2618-7132 (Online) Овощи России №6 2024     [ 136 ] Vegetable crops of Russia №6 2024 ISSN 2072-9146 (Print)