Приемы повышения эффективности использования водных ресурсов при орошении овощных культур и картофеля

Рациональное использование поливной воды всегда имело актуальное значение в орошаемом земледелии. Особенно остро данный вопрос стоит сегодня, в условиях засухи, возрастающего дефицита водных ресурсов, аварийного состояния оросительных систем, массового выхода из строя дождевальной техники. Названными негативными тенденциями обусловлены, в частности, серьезные нарушения режимов орошения и, в целом, технологий выращивания сельскохозяйственных, в частности, овощных культур и картофеля, – уменьшение показателей урожайности, общее снижение эффективности орошаемого земледелия. При этом оросительные нормы овощных культур, выращиваемых в зоне недостаточного увлажнения Юга России, достигают 5000–6000 м3/га и более, что связано с проведением до 8–14 вегетационных поливов, значительными производственными затратами на орошение. Все это заставляет производителей применять апробированные методы, искать новые резервы повышения эффективности использования оросительной воды при возделывании сельскохозяйственных культур, в частности овощей и картофеля.

В ФГНУ РосНИИПМ многие десятилетия изучаются разные направления совершенствования технологий выращивания сельскохозяйственных культур, в том числе овощей и картофеля, способствующие экономии оросительной воды. На решение данной проблемы при выращивании овощных культур и картофеля направлены следующие основные приемы.

• 1.    Дифференциация режима орошения в зависимости от потребности растений во влаге в разные фазы вегетации.

• 2.    Сокращение поливных и оросительных норм при одинаковом количестве и сроках вегетационных поливов.

• 3.    Оптимизация глубины промачивания и поливных норм при орошении сельхозкультур.

• 4.    Применение агротехнических приемов обработки почвы, способствующих повышению эффективности использования поливной воды.

• 5.    Совершенствование способов полива.

Исследования по изучению основных приемов, способствующих повышению эффективности использования оросительной воды при возделывании овощных культур и картофеля, проводились в Центральной орошаемой зоне Ростовской области (Багаевский, Семикаракорский, Веселовский, Аксайский районы) в 1987– 1997 гг. и начиная с 2004 г., в Гулькевич-ском районе Краснодарского края.

По агроклиматическому районированию места исследований относятся к очень засушливой зоне. Почвенно-климатические условия, в которых проводились полевые опыты, характерны для Центральной орошаемой зоны Ростовской области.

При выборе режима орошения сельскохозяйственных культур существуют два подхода. Так как овощи и картофель являются влаголюбивыми культурами, поддержание высокого предполивного порога влажности почвы весь период вегетации способствует созданию благоприятных условий для роста и развития растений. Кроме того, в зоне недостаточного увлажнения нередко отмечаются дни с атмосферной засухой, которая негативно влияет на условия вегетации и формирование урожая овощных культур и картофеля. В связи с этим поддержание высокой влажности почвы (80% от НВ и более) в течение всего периода роста и развития растений в значительной степени нейтрализует негативные последствия дней с атмосферной засухой.

Однако в разные фазы своего развития овощные культуры и картофель испытывают неодинаковую потребность во влаге. Поэтому большое распространение получил дифференцированный режим орошения. Он предусматривает в начальный и заключительный периоды вегетации культур снижать предполивной порог влажности почвы до 70% от НВ и ниже, а в критические фазы вегетации, когда потребность растений во влаге максимальная, проводить поливы при достижении влажности почвы 80% от НВ и выше.

Сравнительной оценке этих двух подходов при выборе режимов орошения и эффективности использования оросительной воды овощными культурами (капуста, лук, томаты, огурец) и картофелем были посвящены трехгодичные исследования, проведенные на РООМСе (Багаевский район Ростовской области).

Основными периодами вегетации, по которым назначались поливы, были: для картофеля – от посадки до начала цветения; цветение – прекращение прироста ботвы; от прекращения прироста ботвы до ее естественного увядания; для капусты – посев – начало завязывания кочана; начало завязывания кочана – начало технической спелости; начало технической спелости – последний сбор; для лука – от всходов до начала роста луковицы; завершение роста листьев; начало отмирания листьев; для томатов – массовые всходы – начало пло-дообразования; начало плодообразования – начало созревания; начало созревания – последний сбор; для огурца – массовые всходы – начало плодообразования; начало плодообразования – техническая спелость (первые сборы); техническая спелость (первые сборы) – последний сбор. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Как следует из приведенных данных, интенсивное орошение обеспечивает самую высокую урожайность и рациональное использование оросительной воды при выращивании огурца . При возделывании картофеля и капусты данный вариант орошения также дает наибольшую урожайность. Однако дифференциация поливных режимов этих культур по схеме орошения 70– 80–70% НВ позволяет при минимальном снижении урожайности на 6,1 и 5,2% существенно экономить оросительную воду на 230 и 270 м³/га. Поэтому, с точки зрения рационального использования оросительной воды, оба рассмотренные варианта орошения для картофеля и капусты следует признать примерно равнозначными.

При возделывании лука и томатов дифференцированные поливные режимы со схемами орошения, соответственно, 80– 80–70% НВ и 70–80–70% НВ обеспечивали наибольшую урожайность, самый низкий коэффициент водопотребления, позволяя при этом экономить оросительную воду.

При дифференциации режимов орошения сельхозкультур часто сроки проведения и количество вегетационных поливов не совпадают. Это в определенной степени затрудняет сравнительную оценку показателей на этих вариантах, так как известно, что смещение сроков поливов на 1–2 дня даже при одинаковом режиме орошения картофеля может оказать существенное влияние на изменение показателей урожайности.

Влияние сокращения поливных и оросительных норм на продуктивность использования оросительной воды при одинаковых количестве и сроках поливов картофеля изучалось в течение трех лет на полях с-за «Ёлкинский» Багаевского района Ростовской области.

Таблица 1

Водный баланс картофеля и овощных культур (средние данные за 3 года)

Вариант	Расход воды из почвы, м3/га	Осадки, м3/га	Оросительная норма, м3/га	Суммарное водопо-требление, м3/га	Урожай, т/га	Коэф. водопо-треб., м3/т
Картофель
1. Без орошения	831	1622	–	2453	8,8	279
2. 80–80–80% НВ	818	1622	1850	4290	23,0	186
3. 70–80–70% НВ	838	1622	1620	4080	21,6	189
4. 70–70–70% НВ	820	1622	1480	3920	17,8	220
Капуста
1. 70–70–70% НВ	315	2053	3450	5818	38,9	149,6
2. 70–80–70% НВ	290	2053	3680	6023	46,9	128,4
3. 70–80–80% НВ	260	2053	3810	6123	46,2	132,5
4. 80–80–80% НВ	280	2053	3950	6283	49,5	126,9
Лук
1. 70–70–70% НВ	170	1990	2520	4680	35,2	133
2. 80–80–70% НВ	190	1990	2970	5150	40,9	126
3. 80–80–80% НВ	155	1990	3100	5245	39,1	134
Томаты
1. 70–70–70% НВ	445	2135	3160	5740	48,7	118
2. 70–80–70% НВ	430	2135	3280	5833	59,5	98
3. 80–80–80% НВ	418	2135	3430	5995	56,1	107
Огурец
1. 70–70–70% НВ	184	1530	2250	3964	31,6	125
2. 70–80–80% НВ	160	1530	2040	3730	35,5	105
3. 80–80–80% НВ	153	1530	2110	3793	38,4	99

По дефициту водного баланса первый год характеризовался как средний, второй – средневлажный, третий – среднесухой. За основу брался контрольный вариант с предполивным порогом влажности почвы не ниже 80% НВ за весь период вегетации. На втором и третьем вариантах поливные и оросительные нормы снижались соответственно на 20 и 40% по сравнению с контролем.

При снижении оросительных норм картофеля на 20%, по сравнению с контролем, урожайность была на 1,0–1,2 т/га (4,3–5,1%) меньше. При этом экономия оросительной воды в среднем составила 450 м3/га. Здесь же отмечалось и самое продуктивное расходование оросительной воды – самый низкий коэффициент водопотребления. При соответствующем снижении оросительной нормы на 40% урожайность уменьшилась на 3,2– 3,6 т/га (13,9–15,2%).

Аналогичные двухгодичные исследования при возделывании капусты и томатов показали, что снижение оросительной нормы на 20% по сравнению со схемой поливов 80–80–80% НВ позволяло при минимальном снижении показателей урожайности существенно экономить оросительную воду. В опытах с капустой соответствующие показатели составили 2,4 т/га (6–7%) и 580 м³/га, с томатом – 2,7 т/га и 610 м³/га.

Одним из приемов повышения эффективности использования оросительной воды является оптимизация глубины промачивания и поливной нормы при орошении сельскохозяйственных культур. Трехгодичные исследования М.В. Евтухова (2009 г.) в Аксайском районе Ростовской области показали, что оптимальной глубиной увлажнения при поливах картофеля является 0,4 м. По сравнению с контрольным вариантом (глубина промачивания 0,6 м) в данном случае потребовалось проведение 10 вегетационных поливов нормой 260 м3/га против шести поливов нормой 400 м3/га на контроле. Оросительная норма при глубине промачивания 0,4 м оказалась на 200 м3/га больше, однако и урожайность клубней была на 7,2 т/га выше, чем на контроле.

Аналогичные исследования при возделывании огурца , проведенные С.А. Пономаревой (2008 г.), показали, что частые поливы небольшими нормами (200–250 м³/га), по сравнению с более редким орошением высокими нормами (450–500 м³/га) способствовали повышению эффективности использования оросительной воды более чем в 1,6 раза при практически одинаковых оросительных нормах.

Другим направлением в рационализации использования оросительной воды является применение агротехнических приемов обработки почвы – плантажной вспашки, глубокого безотвального рыхления, щелевания, фрезерных обработок и др.

Существенное влияние на урожай овощных культур, в частности томатов, оказывает основная обработка почвы. При орошении значение этого агроприема возрастает, так как обильные поливы способствуют уплотнению почвы, вымыванию части легкорастворимых питательных веществ из верхних горизонтов, усиленному росту сорных растений и, в связи с этим, потребностью дополнительных материальных ресурсов для их уничтожения. Большое значение имеет глубина основной обработки почвы.

Для выяснения влияния глубины обработки почвы на урожайность томатов на Дагестанской ОМС проведены двухгодичные исследования. За контроль был принят вариант с глубиной основной обработки почвы на 25–27 см. На втором варианте обработка осуществлялась на 27–30 см, на третьем – проводилась плантажная вспашка на 50–60 см.

Томаты оказались отзывчивыми на большую глубину обработки. Вспашка на 27–30 см увеличивала урожайность на 1,9 т/га (4,6%) по сравнению с контролем, а применение плантажной вспашки на 50– 60 см способствовало получению соответствующей прибавки 10,1 т/га (24,2%) и давало самый низкий коэффициент водопо-требления при одинаковой оросительной норме на всех вариантах. Кроме того, семена сорняков попадали на большую глубину, что снижало засоренность посевов в 4 раза. Таким образом, в целях экономии материальных ресурсов и улучшения экологической обстановки на орошаемых землях целесообразно применение плантажной вспашки на 50–60 см с обязательным внесением органо-минеральных удобрений (1–2 раза за ротацию севооборота).

Двухгодичные исследования в с-зе «Ёлкинский» показали положительное влияние глубокого безотвального рыхления при возделывании картофеля на эффективность использования оросительной воды. Под глубоким рыхлением понимают систему агромелиоративных мероприятий по изменению плотностных и структурных характеристик подпахотных горизонтов, имеющих объемную массу более 1,3 г/см³ и низкую водопроницаемость с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут. Данный прием проводился осенью на глубину 0,5 м. Он способствовал: снижению объемной массы в слое 0,5 м на 9–11% по сравнению с участками без рыхления; увеличению общей порозности в подпахотном слое на 9%. Глубокое рыхление позволило увеличить урожайность картофеля на 2,3 т/га (10,6%), по сравнению с контролем, повысить продуктивность использования оросительной воды на 10%.

Эффективным приемом повышения эффективности использования оросительной воды при возделывании овощей и картофеля является щелевание. Щелевание – прием обработки почвы щелерезами, обеспечивающий глубокое ее прорезание для повышения водопроницаемости почвы.

В трехгодичных опытах на полях АОЗТ «Нива» Веселовского района Ростовской области изучалось влияние разных сроков щелевания почвы на продуктивность использования оросительной воды и урожайность картофеля. Выявлена эффективность щелевания в разные фазы вегетации картофеля (табл. 2).

Таблица 2

Влияние разных вариантов щелевания на эффективность использования оросительной воды и урожайность картофеля (средние данные за 3 года)

Вариант	Оросительная норма, м3/га	Суммар. водопотр. м3/га	Урожайность		Коэф. во-допотреб-ления, т/м3
			т/га	%
1. Щелевание на 0,35–0,40 м, (полные всходы)	1750	5640	28,3	134,1	199
2. Щелевание на 0,30–0,35 м, (до бутонизации)	1750	5680	26,7	126,5	213
3. Щелевание на 0,25–0,30 м, (бутонизация – начало цветения)	1750	5660	27,4	129,9	206
4. Контроль без щелевания	1750	5590	21,1	100,0	265

НСР 0,5 = 1,15 т/га; m = 2,7%.

Нарезка щелей способствовала увеличению скорости впитывания дождевых и оросительных вод в 2,0–2,5 и 3,5–4,0 раза; равномерному увлажнению поля; устранению возможности образования корки; увеличению на 9–12% массы корневой системы картофеля. Таким образом, щелевание почвы оказывает положительное влияние на продуктивность данной культуры, позволяя получать прибавки урожая клубней в пределах 5,6–7,2 т/га или 26,5–34,1% по сравнению с традиционной технологией. Это способствовало снижению коэффициентов водопотребления картофеля на 19,6– 24,9%, по сравнению с контролем. Максимальная урожайность клубней и самое продуктивное использование оросительной воды наблюдались на участках, где щеле-вание проводилось на 0,35–0,40 м в период полных всходов.

Исследования в с-зе «Ёлкинский» показали перспективность данного приема на посевах капусты. Режим орошения поддерживался на уровне не ниже 80% НВ в течение всего периода вегетации, щелева-ние проводилось на 0,20–0,25 м в период начала завязывания кочана. Этот прием способствовал более интенсивному росту корневой системы. В слое 0,4 м масса сухих корней при щелевании оказалась на 27,7% больше, чем на контроле. Это отразилось на показателях урожайности. Щеле- вание способствовало получению наибольшей урожайности капусты – 48,9 т/га и прибавки урожая 6,1 т/га, или 16,6%, по сравнению с контролем. При этом оросительная норма капусты на обоих вариантах была одинаковой.

Другим перспективным приемом, способствующим более эффективному использованию оросительной воды, является фрезерование. Фрезерование – прием обработки почвы фрезой, обеспечивающий крошение, тщательное перемешивание и рыхление обрабатываемого слоя. Фрезерование применяется для энергичного уничтожения сорняков, равномерного перемешивания удобрений с почвой, создания мелкокомковатого строения разрыхляемого слоя. В трехгодичных опытах на полях АОЗТ «Нива» изучались разные варианты фрезерных обработок и их влияние на продуктивность использования оросительной воды и урожайность картофеля (табл. 3).

Комплекс проведенных специальных приемов позволил значительно улучшить механические и структурные характеристики почвы. В слое 0,2 м, где располагается значительная часть корневой системы картофеля, объемная масса почвы после фрезерных обработок равнялась 0,95–1,03 г/см3 при 1,11–1,15 г/см3 на контроле. Для слоя 0,5 м этот показатель составил, соответственно, 1,19–1,24 и 1,32–1,34 г/см3.

Таблица 3

Влияние фрезерных обработок почвы на эффективность использования оросительной воды картофелем (средние данные за 3 года)

Вариант	Суммарное водопо-требление, м3/га	Урожайность		Коэф. водопот-ребле-ния, т/м3
		т/га	%
1. Два окучивания растений: в период всходов и до бутонизации (контроль)	5610	22,5	100,0	249
2. Одно окучивание растений в период всходов + окучивание фрезерными гребнеобразователями при достижении высоты растений 10–12 см	5590	26,0	115,5	215
3. Окучивание растений фрезерными гребнеобра-зователями в период всходов и достижения растениями высоты 10–12 см	5600	27,5	122,2	204
4. Окучивание растений фрезерными гребнеобра-зователями в период всходов и достижения растениями 10–12 см с предварительным рыхлением междурядий долотообразными лапами	5580	31,5	140,0	177

НСР 0,5 = 12,5–15,7 ц/га; m = 3,7–4,3%.

Таким образом, фрезерные обработки позволили приблизить показатели объемной массы почвы к оптимальным параметрам, способствовали большей водопроницаемости, созданию глубинных запасов влаги, повышению микробиологической активности почвы. После смыкания ботвы в рядках картофеля засоренность посадок на участках, где проводились фрезерные обработки, оказалась на 30–40% ниже, чем на контроле. При этом следует отметить положительное влияние фрезерования при борьбе с многолетними сорняками.

Наиболее эффективным оказался вариант, где применялись предпосадочное фрезерование почвы, два окучивания фрезерными гребнеобразователями в период всходов и до бутонизации в сочетании с предварительными рыхлениями междурядий долотообразными лапами (вариант 4), что способствовало повышению урожайности клубней на 9,0 т/га (40,0%) по сравнению с контролем. Здесь же имело место наиболее рациональное использование оросительной воды. По сравнению с контрольным вариантом, коэффициент водопотреб-ления снизился на 27,6%. Таким образом, увеличение количества фрезерных обрабо- ток почвы способствовало повышению продуктивности картофеля, рациональному использованию оросительной воды.

Другим перспективным направлением повышения эффективности использования оросительной воды сельскохозяйственных культур, в частности картофеля, является применение капельного орошения. Исследования по применению капельного орошения на посадках картофеля, проведенные ФГНУ РосНИИПМ, показали, что данный способ полива позволяет повысить урожайность клубней с одновременным снижением поливных норм и уменьшением затрат воды на получение единицы продукции. По данным Р.Н. Райляна (2007 г.), полученным в АО «Венцы-Заря» Гулькевич-ского района Краснодарского края, капельное орошение способствовало повышению урожайности картофеля на 23,9% по сравнению с участками, где поливы проводились дождеванием. При этом оросительная норма на капельном орошении была на 44,5% меньше. Здесь же отмечалось и самое продуктивное использование оросительной воды – коэффициент водопотреб-ления при капельном орошении оказался на 48,7% меньше, чем при поливах дожде- ванием. Аналогичные данные получены при проведении исследований в п. Рассвет Аксайского района Ростовской области.

Таким образом, дифференциация режимов орошения, сокращение поливных и оросительных норм при возделывании овощных культур и картофеля позволяют при минимальном снижении показателей урожайности (на 5–7%) экономить 230– 610 м3/га оросительной воды по сравнению с интенсивным орошением. При этом дифференциация режима орошения томата и лука способствует повышению урожайности на 5–6% при экономии поливной воды на 130–150 м3/га.

Оптимизация глубин промачивания и поливных норм картофеля позволяет при незначительном увеличении оросительной нормы (на 8,5%) существенно увеличить урожайность (на 23,7%) по сравнению с базовым вариантом. Аналогичная оптимизация при возделывании огурца позволяет повысить эффективность использования оросительной воды более чем в 1,6 раза.

Перспективные приемы обработки почвы способствовали повышению урожайности овощных культур и картофеля на 17–40% при одинаковых оросительных нормах, снижению коэффициентов водопо-требления названных культур на 17–28% по сравнению с традиционными технологиями.

Капельное орошение по сравнению с дождеванием позволяет повысить урожайность картофеля (на 23,9%) с одновременным снижением оросительной нормы (на 44,5%) и уменьшением затрат воды на получение единицы продукции (на 48,7%).