Орошаемые земли: понятие и особенности обработки почвы

Обработка орошенной почвы

Одного лишь орошения недостаточно для достижения оптимальных агротехнических показателей земли. Поэтому в одном комплексе с гидромелиорацией может выполняться щелевание и культивация подрезанием. Данные операции нужны в том числе для повышения водопроницаемости почвы. На тяжелом почвенном покрове уместно и чизелевание, то есть рыхление земли до уровня 30-40 см с частичным перемешиванием. В весеннее время на орошаемых землях производится выравнивание для эффективного распределения влаги. Эта мера ставит целью исключение заболачиваемости на пониженных участках. Опять же, на орошаемых пашнях для более эффективного поглощения почвой воды междурядья обрабатываются с большим заглублением, по сравнению с участками, которые не требуют дополнительного увлажнения.

Что касается питания, то оно зависит от выращиваемых культур. К универсальным средствам можно отнести азотные и зольные компоненты с минеральными добавками. Их рассчитывают в соответствии с требуемой урожайностью и показателями агрохимических картограмм. В России для зяблевой вспашки вносят суперфосфат, а в рамках посева – нитрофоску и гербицид для борьбы с сорняком.

Почвенная влага

Изучение и прогнозирование свойств почвенной влаги является одной из важнейших задач в орошении, так как именно для её регулирования орошение и предназначено. К почвенной влаге относят влагу, содержащуюся в верхнем слое земли в пределах зоны аэрации. Ключевым параметром, характеризующим почвенную влагу, является её подвижность, в зависимости от величины которой почвенную влагу разделяют на кристаллизационную, твёрдую (лёд), парообразную, прочносвязанную, рыхлосвязанную и свободную. Задачей орошения является создание определённой влажности, которая бы обеспечивала максимальный урожай засеиваемой на данном участке сельскохозяйственной культуры. При этом выделяют несколько видов влажности почвы, что позволяет максимально точно рассчитывать её свойства:

• Максимальная гигроскопичность позволяет оценить, сколько влаги может содержать почва прежде чем прекратится процесс впитывания
• Наименьшая влагоёмкость показывает, сколько воды останется в почве, после того как стечёт вся гравитационная вода
• Полная влагоёмкость определяет максимальное количество влаги, способное содержаться в почве
• Влажность завядания — влажность, при которой прекращается процесс усвоения влаги из почвы определённым растением и начинается процесс завядания; данная характеристика зависит не только от типа почвы, но и от сорта сельскохозяйственной культуры.

Скорость впитывания воды в почву можно определять по формуле:

u=αKtα−1{\displaystyle u=\alpha Kt^{\alpha -1}},

где

• u{\displaystyle u} — скорость впитывания, мм/мин.
• α{\displaystyle \alpha } — редукционный параметр
• K{\displaystyle K} — параметр, имеющий размерность скорости впитывания
• t{\displaystyle t} — время от начала впитывания

Проинтегрировав это выражение, можно получить слой впитавшейся влаги за время t{\displaystyle t}:

H=Ktα{\displaystyle H=Kt^{\alpha }}.

Для того чтобы не начался процесс ирригационной эрозии, требуется, чтобы вся поступающая влага впитывалась в почву.

Для оценки водоотдающих свойств тех или иных почв можно использовать коэффициент водоотдачи, который равен отношению объёма свободновытекающей из грунта воды к объёму этого грунта, выраженный в процентах. Значения коэффициента водоотдачи составляют от 0,01 для глин до 20 у мелкозернистых песков.

Что такое ирригация

Сама по себе ирригация является частью более обширной науки, мелиорации, то есть преобразования земель для наилучшего использования. В мелиорацию входит как осушение болотистых местностей, так и обратный процесс — обводнение. По большому счёту, ирригационная система — это комплекс сооружений и механизмов, позволяющий доставить воду в местность, которая крайне нуждается в дополнительном поливе.

Кроме того, ирригацией называют весь комплекс мероприятий, призванных доставить воду для полива в любое место, где она требуется, независимо от методов — от сооружения прудов и каналов до подъёма грунтовых вод к поверхности. Человечество во все времена нуждалось в воде, поэтому такой нужной является ирригационная система. Определение в данном случае крайне лаконично — любая система, позволяющая доставить воду для полива растений, может считаться ирригационной.

Оросительные системы

Оросительные системы в общем случае состоят из нескольких компонентов:

• Водоисточник — река, пруд, водохранилище, скважина, обеспечивающие требуемый объём воды
• Водозаборное сооружение — регулирует забор воды в систему
• Сеть линейных водопроводящих устройств — каналы, лотки, трубопроводы
• Поливная сеть и устройства — непосредственно поливные полосы, борозды, чеки, ярусы, поливальные машины и устройства
• Водосборно-сбросная сеть — для сбора и отвода поверхностного стока с участка
• Дренажная сеть — для регуляции уровня подземных вод и отвода солей
• Вспомогательные сооружения — для регулирования напора, расхода и объёма воды, очистные сооружения и пр.
• Инфраструктура — дороги, лесополосы, сооружения энергоснабжения, производственные и жилые здания, пруды-накопители и пр.

Соответственно, можно выделить несколько типов оросительных систем в зависимости от применяемых компонентов. Например, если в качестве водозаборного сооружения используются насосные станции, то система является с механическим водоподъёмом, в отличие от самотечной системы. По типу открытости можно различить системы открытые, где используются каналы и лотки и закрытые, где используются трубопроводы. Также системы различаются по способу полива: поверхностного полива, дождевальные, рисовые, лиманного, капельного или внутрипочвенного орошения.

Площадь орошения в России

В 2010 г. была принята программа развития мелиорации, рассчитанная на 10 лет. В соответствии с ее направлениями, реализуется комплексная модернизация оросительных систем в два этапа. На первом производится техническое переоснащение и реконструкция существующего арсенала, а на втором будет проводиться внедрение уже новых инновационных технологий. На текущий момент реализация программы увеличила площадь орошаемых земель в России на 50 тыс. га. Расширение касается преимущественно Волгоградской области, но также планируется развитие мелиорационного комплекса в Краснодарском крае, Тиховском хозяйстве, в Каргалинском гидроузле и т. д. При этом орошаемые территории от общего фонда мелиорационных земель занимают всего 8 %. В то время как недостаток осадков наблюдается на 80 % сельскохозяйственных угодий, отведенных под пашню. В целом же на данный момент в России орошаются порядка 4,5 млн га территории.

Просто купить

В ближайшее время такая мера вряд ли будет востребована, указывает в разговоре с «Известиями» директор по аграрной политике НИУ ВШЭ Евгения Серова. Сказывается и действующий режим самоизоляции, во время которого многие просто не понимают, как им добраться до участка и как его возделывать, а также отсутствие реальной возможности сделать это у тех, на кого такие меры рассчитаны в первую очередь.

— Средний класс возделывать землю не поедет — дефицита продуктов нет, поэтому если у человека есть такая возможность, ему проще будет заработать, чтобы эти овощи купить. Теоретически огороды могут помочь тем, кто уже сейчас пострадал от экономических последствий пандемии и действительно нуждается. Но не в краткосрочной перспективе — урожая еще нужно будет дождаться, а ресурсов на то, чтобы ее возделать, чтобы этот участок минимально обустроить, у них скорее всего нет, — отмечает эксперт.

Огород

Фото: ТАСС/Владимир Смирнов

Инициатива с раздачей земли не может иметь широкого спроса, поскольку у большинства жителей страны, особенно на сельских территориях, и так есть собственные участки, полагает директор научно-исследовательского центра агропродовольственной политики Института прикладных экономических исследований (ИПЭИ) РАНХиГС Наталья Шагайда.

— У нас в стране почти все семьи имеют дачные, садовые и приусадебные участки. В крайнем случае они есть у родителей молодых семей. За гражданами закреплено в виде участков для личного подсобного хозяйства более 13 млн га. На этих участках в 2019 году было выращено более 28% сельскохозяйственной продукции страны. Многие продолжают кормиться со своего огорода или дачного участка. Доля собственной продукции в пищевом рационе семей по картофелю — в среднем около 44%, по овощам — 28%, по ягодам, фруктам — 13%. Сельские же жители на 69% едят «свой» картофель, на 49% — «свои» овощи, — рассказывает она.

По данным сельскохозяйственной переписи, из предоставленных гражданам 13 млн га к середине 2010-х не использовалось около 1,5 млн га — и вероятнее всего, именно о них люди прежде всего вспомнят в трудной ситуации. В то же время, считает собеседница издания, опыт пандемии показал ценность наличия собственной земли — не только в качестве поддержки в условиях экономического кризиса, но и в качестве «запасного аэродрома» в условиях самоизоляции.

Потянули к земле

Фото: Depositphotos

Но если в Костромской области вопрос с собственностью оговорен четко — она на землю не оформляется — то в Татарстане его пока оставляют открытым. Формально сейчас участки передаются временно, но если окажется, что люди хотят продолжать, районные власти готовы подумать над вариантами. Там не исключают, что после того, как первые пять участников начнут работать на своих участках, будет и вторая волна обращений — «люди просто увидят, что земля действительно есть».

Хотя для тех, кто о своем огороде думает всерьез, такое предложение скорее служит лишним стимулом к тому, чтобы в итоге купить собственный участок и вкладываться уже в него, полагают в администрации Мамадышского района.

— По крайней мере, из тех, кто обращался к нам вначале, многих мы потом обзванивали повторно, и они говорили, что просто в итоге купили себе землю или дом, — объясняют в администрации.

В качестве оперативной меры поддержки пострадавшим категориям намного более действенной сейчас может стать выдача продуктовых наборов или талонов на продукты. С другой стороны, подчеркивает Евгения Серова, раздача земли может оказаться актуальной в среднесрочной перспективе — на фоне реколонизации сельских территорий, которая, вероятнее всего, последует за пандемией.

Такие меры могут стать дополнительным стимулом для представителей среднего класса, постепенно расселяющихся из оказавшихся недостаточно безопасными мегаполисов, и ориентироваться, по мнению эксперта, в этом случае лучше именно на эту группу

Прикорневой полив

Ещё один интересный способ снабдить растения влагой — это прикорневой полив, когда несущий поток воды находится не на поверхности земли, а в заглублении, практически у корней. Условно можно считать прикорневым поливом мероприятия, связанные с подъёмом уровня грунтовых вод, чтобы растения получали влагу исключительно к месту требования. У этих двух подвидов есть существенное отличие: прокладка прикорневых труб не подходит, если необходимо орошение полей большой площади. А вот поднятие уровня грунтовых вод вполне подойдёт и способно превратить умеренно засушливую местность в урожайные земли.

Поверхностное орошение

Поверхностное орошение земель – это процесс, при котором жидкость сосредотачивается над поверхностью земли. Этот способ полива классифицируется на следующие подвиды:

• с большим объемом воды (затопление);
• посредством бороздок;
• с использованием специальной насадки баблер;
• с использованием небольшого объема воды (или микрополив). Этот полив – самый экономичный из существующих.

Планируя систему орошения, следует предусмотреть то, что нечастые и небольшие поливные объемы воды малоэффективны, не обеспечивают достаточное увлажнение земли. Недостаток жидкости в почве создает дисбаланс в молекулярном натяжении воды, ведущий к недостаточному гидробалансу, а это, в свою очередь, приведет к гибели флоры. Наилучшего увлажнения можно достичь в случае грамотного подхода к планированию поливной системы. Для достижения правильного режима подачи воды необходимо учесть структуру почвы, ее водопроницаемый индекс, химический состав, тепловой показатель и аэрацию.

Нормативно-техническое обеспечение орошения в Российской Федерации

В настоящее время работы по строительству, эксплуатации и содержанию оросительных систем регулируются сводом строительных норм и правил (СНиП) с сопутствующими нормативно-методическими документами (ведомственные строительные нормы (ВСН), пособия к СНиП, методические указания, большая часть которых сохранилась со времён государственного регулирования вопросов мелиорации. Стоит задача по созданию новых норм, отвечающих как современным требованиям и ситуации, так и находящихся в соответствии с требованиями Международных ассоциаций по стандартизации (ИСО). Однако появление в ближайшее время единого технического российского регламента по мелиорации в ближайшее время маловероятно. В настоящее время ведутся работы по разработке научно-методической основы для создания национальных стандартов, которые бы регулировали мероприятия по орошению, как составной части мелиорации в целом.

Негативные экологические последствия

При ошибках в организации мелиорации оросительное земледелие может вызывать целую цепь негативных экологических последствий. Главными из них являются:

• ирригационная эрозия;
• накопление агроирригационного культурного горизонта почв;
• вторичное засоление грунта и почвы;
• заболачивание грунта и почвы;
• загрязнение поверхностных и подземных вод;
• обмеление рек;
• оседание рельефа местности.

Вторичное засоление — одно из главных последствий орошения земель в условиях аридного климата. Оно связано с подъемом минерализованных грунтовых вод к земной поверхности. Грунтовые воды, содержащие соли, начинают при этом интенсивно испаряться, в результате чего почва насыщается избыточным количеством солей. Острая экологическая проблема орошаемого земледелия — загрязнение поверхностных и грунтовых вод. Это результат полива угодий и использования воды для рассоления почв. Большинство рек, воды которых используются для орошения имеют минерализацию 0,2—0,5 г/л. В настоящее время их минерализация возросла в 10 раз, что привело к росту вторичного засоления. Проблемы засоления почв и вод усугубляются применением минеральных удобрений.

Сведение негативного экологического эффекта к минимуму возможно при правильном планировании и проведении орошения, так как большая часть недостатков не является органически ему присущей.

Использование систем орошения в современном мире

В современном мире понятие ирригационная система применяется не только для сферы земледелия. Не многие знают, но существует такое узкое понятие, как «ирригация полости рта». Да, термин «ирригация» также используется в медицине, в частности в стоматологии.

В этой области медицины есть такой прибор, как физиодиспенсер. Этот аппарат может использоваться в челюстно-лицевой хирургии, эндодонтии, а также в имплантологии.

Ирригационные системы для физиодиспенсера – это специальные трубки, с помощью которых в процессе и по окончании всех процедур полость рта промывается специальным медицинским раствором или струей чистой воды.

Среди медицинских препаратов, которые могут использоваться для ирригации в стоматологии, наиболее распространенными являются фурацилин, гипохлорит натрия, хлорофиллипт, а также травяные отвары.

Жидкость в такую систему подается под давлением от 2 до 10 атмосфер, благодаря чему она очищает полость рта от мелких осколков, дезинфицирует, а также выполняет массажную функцию десен.

Ирригационные системы в стоматологии – актуальная технология, поскольку это незаменимая вещь в работе врача, а также обеспечивающая здоровье зубов и десен пациента.

Технико-экономическое обоснование орошения

Экономическая эффективность мероприятий по орошению зависит от того, смогут ли дополнительные доходы, получаемые в результате проведения оросительных мероприятий, превзойти затраты на их осуществление. Соответственно, требуется иметь информацию о том, сколько средств потребуется вложить в строительство мелиоративной системы, представлять получаемый дополнительный объём продукции, а также рассчитать величину расходов, затрачиваемых на само производство сельскохозяйственной продукции.

Следует учитывать, что объём капитальных вложений в оросительные системы включает в себя не только средства на сами эти системы, но также и средства на создание соответствующей инфраструктуры, например, на создание внутрихозяйственной сети дорог, электрификацию, строительство дополнительных зданий для производственных нужд и проживания обслуживающего персонала и пр.

Годовые издержки на производство продукции при введении оросительных систем возрастают. Помимо обычных затрат на удобрения, посев, уборку и транспортировку урожая и т. п. появляются расходы на обслуживание самих оросительных систем, которые могут включать в себя затраты на оплату рабочих, на амортизацию оборудования, на дополнительные земляные работы (например, очистку каналов, нарезку временных оросительных сетей), на поливы.

В связи с этим перед введением систем орошения требуется тщательный анализ, сопровождающийся экономическими расчётами и технико-экономическим сравнением нескольких вариантов. Для этого могут потребоваться данные о видах и площадях предполагаемых к орошению земель, оценка их мелиоративного состояния, геодезические работы по съёмке местности, с целью составления топографических планов и профилей угодий, данные о физико-химическом составе почв, геологические данные о грунтовых основаниях и уровне подземных вод.

Создание крупномасштабных оросительных систем требует участия специализированных проектных институтов и научной поддержки ввиду как значительных затрат, так и возможного кардинального влияния на природу и население региона. Извлечь максимальную выгоду из внедрения мелиорации возможно при общем развитии сельскохозяйственной отрасли, когда происходит внедрение современной сельхозтехники, создаются профессиональные кадры работников, а также развивается социальная сфера на селе.

Методы орошения

Среди наиболее распространенных способов реализации орошения можно выделить следующие:

• Аэрозольный. Способ, при котором производится орошение мелкими каплями, позволяющими регулировать влажностный и температурный режимы приземного атмосферного слоя.
• Полив по бороздам. Прямая струя направляется насосом из канала доставки воды.
• Дождевание. Применяются несамоходные и самоходные технические средства полива фронтального или кругового типа.
• Разбрызгивание. Полив осуществляется через сеть перфорированных труб, расположенных на всей целевой территории. Мелкие струйки выбрасываются под давлением с определенной частотой.
• Лиманная система орошения. Обычно проводится в весеннее время и представляет собой разовое, но обильное увлажнение почвы местными водами.
• Внутрипочвенное орошение. Для этого способа предварительно формируются подземные каналы до уровня корнеобитаемой зоны. К ней и доставляется вода напрямую.

Зависимость от типа культуры

Говоря о том, что такое орошение, следует отметить, что важным фактором пригодности той или иной системы является зависимость от типа сельскохозяйственной культуры. Например, поверхностное орошение можно использовать для всех типов культур. Из-за высокого инвестиционного капитала в расчете на гектар дождевальное и капельное в основном используются для дорогих товарных культур, таких как овощи и фруктовые деревья. Капельное орошение идеально подходит для полива отдельных растений или деревьев, сюда можно отнести такие пропашные культуры, как овощи и сахарный тростник. А для близкорастущих культур (например, риса) этот способ не подходит.

Типы оросительных систем

Существует множество видов орошения, которые используются фермерами в зависимости от среды выращивания культур. Наиболее распространенными методами являются:

1. Поверхностный полив, при котором используется гравитация для распределения воды по полю. Вода перетекает из более высокой области вниз, чтобы добраться до всех культур. Если такие наклоны создаются искусственным путем, то этот метод является достаточно трудоемким. Классическим примером поверхностного полива являются рисовые поля в Восточной Азии.

2. Локализованное орошение осуществляется при помощи системы труб для перекачки воды по всему полю. Эта форма включает капельное орошение, которое обеспечивает попадание влаги непосредственно к корням растений. Внутрипочвенный полив состоит из методов, с помощью которых вода для орошения распределяется ниже поверхности почвы. Что такое капельное орошение? Этот тип варьируется в зависимости от глубины грунтовых вод. Когда их уровень находится значительно ниже поверхности, то устройства для выброса могут быть спрятаны под поверхностью почвы, как правило, это корневая зона растений.

3. Что такое орошение полей путем дождевания? Этот тип визуально схож с разбрызгивателями, поливающими газон. Дождевание представляет собой систему труб под давлением, отводящую воду на посевы. Разновидности этой системы могут включать роторный полив, осуществляющийся по окружности.

4. Центральный стержень — это еще один вид полива, который использует пульверизатор, способный вращаться, меняя свое направление. Спринклеры монтируются на механические треки, которые перемещают их по кругу, так осуществляется равномерное распыление воды на посевы.

Орошение сельхозугодий: режим

Для создания благоприятного увлажнения земли в период вегетации, то есть по окончании зимней спячки определяется специальный режим полива, то есть сочетание показателей: количества, сроков и объемов жидкости. Он должен создавать в почве необходимый для соответствующей культуры гидробаланс в конкретных климатических условиях и хозяйственных целях. Этот процесс требует неукоснительного выполнения требований агротехнических мероприятий.

Поливной режим любой культуры в определенных агроклиматических условиях должен соблюдать следующие требования:

1. Водопотребность растений в определенный период их развития, а в отношении плодовых культур еще и получение высокой урожайности при определенной агротехнике с добавлением удобрений в определенные периоды.
2. Осуществление точного регулирования водного, питательного, солевого и температурного режимов почвы.
3. Повышение плодородия почв, недопустимость эрозии, излишнего затопления, то есть заболачивания и засоления земель.
4. Правильная организация труда, которая создает повышение его производительности за счет использования современных автоматизированных методов.
5. Учет изменений климатических, хозяйственных и агротехнических условий для исключения значительных колебаний по годам и отдельным сезонам в них.

Следовательно, для определения режима полива той или иной культуры необходимо знать общий объем поливной воды, который необходим растениям за период вегетации при предполагаемой (или используемой) агротехнике и природных условиях. Этот объем воды может быть определен по результатам анализа климатических, почвенных и некоторых иных условий.

Как работала первая ирригационная система?

Самая первая ирригационная система земледелия в мире была придумана у подножья реки Нил. Люди стали замечать, что когда Нил разливается, он приносит на засеянные участки воду и ил, которые способствуют ускоренному росту растений и повышенному урожаю.

Уже тогда люди стали прокладывать специальные каналы и дренажные стоки к земельным участкам. Благодаря этому вода при разливе не просто затапливала весь участок, а поступала именно туда, куда было необходимо.

Также со временем люди стали выкапывать особые резервуары, где вода могла сохраняться и использоваться немного позднее для полива или других целей, поскольку известно, что дождей можно было ожидать подолгу, и Нил был единственным источником воды.

Ирригационная система Древнего Египта называлась системой бассейнового типа. А называется именно так, потому как по каналам, окружавшим земельный надел, постоянно шла вода. И доступ к культурам ей открывали тогда, когда это было необходимо. Так получалось, что когда доступ открыт, земельный участок заливался водой и выглядел как бассейн. Когда, по мнению земледельцев, поле насыщалось влагой в достаточном объеме, вода спускалась через специальный сточный канал. Первое время вода выпускалась куда придётся – на соседние поля. Но вскоре система была улучшена, и вода возвращалась в каналы, откуда она поступила.

Примечания

1. Мелиорация земель, стр. 4
2. ↑ А. С. Таненбаум. Орошение // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
3. Мелиорация земель, стр. 5
4. Мелиорация земель, стр. 47-49
5. Колпаков В. В., Сухарев И. П. , стр. 35
6. Колпаков В. В., Сухарев И. П. , стр. 38-39
7. Мелиорация земель, стр. 55
8. Колпаков В. В., Сухарев И. П. , стр. 77
9. Мелиорация земель, стр. 43
10. Сухой, жаркий, с большими суточными колебаниями температуры климат тропиков и субтропиков, характерный для пустынь и полупустынь.
11. Мелиорация земель, стр. 9
12. ↑ Мелиорация земель, стр. 304—313
13. Мелиорация земель, стр. 8
14. Журнал «Мелиорация: Вчера, сегодня, завтра». №1, 2011

Особенности конструкции капельных систем

При использовании такой методики вода подается к растениям в виде тонких струй диаметром 1-2 мм. Увлажнение почвы при капельном орошении происходит только на отдельных участках под действием капиллярных сил. Распространяться вода в такой системе может как горизонтально, так и вертикально.

При обустройстве такой схемы орошения по участку предварительно прокладывается трубопровод. К нему присоединяются капельницы особой конструкции. Такое оборудование выпускается промышленным способом и оснащается устройством для снижения напора и водоспусками.

В сельском хозяйстве сегодня используется два вида подобных оросительных систем:

• надземные;
• подземные.

В последнем случае водовыпуски выводятся на поверхность с помощью отводных питателей. Собственно сам трубопровод укладывается в траншеях на глубине 45-50 см. Над землей при использовании второй методики магистрали тянут вдоль рядов сада.

Вода при применении такой технологии орошения перед подачей в трубопровод должна отстаиваться. Если процедура очищения производиться не будет, система быстро потеряет в производительности из-за засорения капельниц.