Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,653

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРООБРАЗНОЙ ВЛАГИ АТМОСФЕРЫ ДЛЯ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В АРИДНЫХ УСЛОВИЯХ ВНУТРЕННЕГОРНОГО ДАГЕСТАНА

Асадулаев З.М. 1 Мирзоев Э.М-Р. 1 Газиев М.А. 1 Залибеков М.Д. 1 Габибова А.Д. 1
1 ФГБУН «Горный ботанический сад» ДНЦ РАН
В работе представлены результаты испытания каменного кургана, предназначенного для снабжения влагой деревьев абрикоса методом конденсации парообразной воды из атмосферы на аридных южных склонах Внутреннегорного Дагестана. Площадь склонов, малопригодных под сады, из-за недостатка воды и отсутствия возможности орошения, в Горном Дагестане составляет более 300 тыс. га. Опыт показал, что существует реальная возможность для освоения таких земель под посадку абрикоса путем использования каменных конденсаторов для получения воды из атмосферы. Это курганный каменный способ конденсации парообразной воды атмосферы, основанный на выкопке систем ям и траншей при посадке дерева. Вокруг приствольного круга на расстоянии 1,5 м от центра в противоположных направлениях копают 4 ямы глубиной 0,6–0,8 и шириной 0,3 м. Далее по линии приствольного круга и от ям до центра копают траншеи глубиной 0,4–0,5 и шириной 0,3 м. Затем ямы, траншеи и весь приствольный круг, заполняются речными обкатанными камнями, чтобы образовался курган высотой от центра до 0,6–0,8 м. Образующаяся при конденсации парообразная влага атмосферы даёт возможность обеспечить посаженное дерево необходимым количеством воды для своего роста и плодоношения. Использование данного способа позволило в среднем за три года увеличить общий прирост побегов абрикоса в 8 раз по сравнению с контролем. Таким образом, каменный курган в засушливых условиях Горного Дагестана играет существенную роль в воздухообмене и накоплении конденсированной атмосферной влаги камнями в районе корневой системы, значительно улучшая тем самим условия воздухообмена и увлажнения корнеобитаемого слоя почвы.
речные камни-булыжники
курган
конденсация атмосферной влаги
ямы
траншеи
деревья абрикоса
1. Трунов Ю.В., Самощенков Е.Г. Плодоводство. М.: Колос, 2012. 416 с.
Trunov Yu.V., Samoshchenkov E.G. Fruit growing. M.: Kolos, 2012. 416 p. (in Russian).
2. Ноздрачёва Р.Г. Абрикос. Технология выращивания. М.: Издательский дом «Социум», 2013. 60 с.
Nozdrachyova R.G. Apricot. Technology of cultivation. М.: Izdatel`skij dom «Socium», 2013. 60 р. (in Russian).
3. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. М.: Высшая школа, 2008. 463 с.
Mikhaylov V.N., Dobrovolsky A.D., Dobrolyubov S.A. Hydrology. M.: Vy`sshaya shkola, 2008. 463 p. (in Russian).
4. Янович П. Вода из воздуха // Наука и жизнь. 1968. № 11. С. 64–66.
Yanovich P. Water from air // Science and life. 1968. № 11. P. 64–66 (in Russian).
5. Коровина Е. Таинственные сады Семирамиды. М.: Гелеос, 2007. 320 с.
Korovina E. Mysterious gardens of Semiramis. M.: Geleos, 2007. 320 p. (in Russian).
6. Асадулаев З.М., Гасанов Г.Н., Мирзоев Э. М-Р., Газиев М.А., Баламирзоев М.А., Магомедов И.А. Курганный способ конденсации парообразной влаги в почве. Патент РФ № 2629228. 2017. Бюл. № 25.
7. Методы исследований в плодоводстве и виноградарстве. Саратов: СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2014. 44 с.
Methods of researches in fruit growing and wine growing. Saratov: SGAU of N.I. Vavilov, 2014. 44 p. (in Russian).
8. Черенкова Е.А. Количественные оценки атмосферных засух в Европейской части России // Известия РАН. Серия географическая. 2013. № 6. С. 76–85.
Cherenkova Ye.A. Quantitative Evaluation of Atmospheric Drought in Federal Districts of the European Russia // Izvestiya RAN. Seriya geograficheskaya. 2013. № 6. Р. 76–85 (in Russian).

Общая площадь Дагестана 5,03 млн га, из них горы и предгорья занимают 60 % территории и около 40 % сельхозугодий. А сельскохозяйственно бесполезные, оголенные, сухие, покрытые редкой ксерофитной растительностью склоны, занимают территорию, превышающую миллион гектаров. Под садами, виноградниками, пашней и сенокосами используются только 300 тыс. га, или 11 % сельхозугодий.

Площадь, занятая под садами, в 1960 г. по всем категориям хозяйств составляла 65,5 тыс. га. С начала 1990-х гг. площади садов во всех категориях хозяйств к 2009 г. сократились до 26,2 тыс. га и, как результат – Дагестан не покрывает даже половины собственной потребности во фруктах.

С целью расширения садов важную роль должны сыграть горно-долинные районы Дагестана. На эти районы, считающиеся наиболее оптимальными для возделывания абрикоса и персика, приходится 0,778 млн га (15,5 %).

Промышленные сады здесь расположены в основном вдоль долин крупных рек Аварского и Андийского Койсу и их притоков. Наличие воды для орошения сделали этот район издавна крупным центром садоводства.

Однако большая часть территории занята склонами с маломощными смытыми почвами и каменистыми осыпями. Территория их даже по скромным подсчетам занимает более 300 тыс. га, из которых больше половины приходится на склоны южных экспозиций малопригодных для освоения под сады из-за недостатка воды и отсутствия возможности орошения.

Поэтому если удастся освоить хотя бы 1 % этих бесплодных сухих земель горно-долинных районов Дагестана под посадку абрикоса, то это составит до 3 тыс. га, что дало бы возможность почти в два раза увеличить площадь под насаждениями абрикоса. Основная проблема здесь – дефицит атмосферного увлажнения и недостаток влаги в почвенном профиле при общих благоприятных температурных условиях для возделывания абрикоса. А температурный фактор является наиболее важным, так как в основном определяет жизненные функции абрикоса.

Абрикос относится к числу наиболее засухоустойчивых плодовых пород. По данным Ю.В. Трунова [1], абрикос успешно произрастает на таких почвах, на которых другие плодовые культуры не могут расти. Эти ценные биологические особенности абрикоса связаны с расположением его корневой системы, проникающей на значительную глубину. Глубокое проникновение мощных, с большой поглощающей способностью корней абрикоса исторически определилось условиями его произрастания в диком виде на каменистых склонах.

Однако культурные сорта абрикоса не могут развиваться и давать высокие урожаи в условиях высокого дефицита влаги.

При недостаточной влажности почвы происходит подавление ростовых процессов, уменьшается прирост и общая листовая поверхность, угнетается рост корневой системы, интенсивность дыхания выше и уменьшается зимостойкость и морозостойкость генеративных почек [2].

Основой плодородия земель является содержание влаги в почве, созданное самой природой. Причина водного голода планеты кроется не в недостатке пресной воды на земном шаре, а в нарушении цепи, связывающей воду с почвой.

Известно, что источником пресной воды на поверхности суши земного шара является парообразная вода атмосферы. В атмосфере в виде пара содержится 14 тыс. км3 воды (а во всех речных руслах всего 1,2 тыс. км3). С поверхности суши и океана ежегодно испаряется 577 тыс. км3 воды, столько же потом выпадает в виде осадков, и, что интересно, самый крупный источник – вода в атмосфере – почти не используется [3].

Система получения парообразной воды из атмосферы путем конденсации известна еще с незапамятных времен. Такими свойствами обладают и пирамиды в Египте.

По мнению Ф.И. Зибольда (цитировано по П. Яновичу [4]), конденсация водяных паров воздуха лежала в основе древней системы водоснабжения г. Феодосии в Крыму, на склонах г. Тебе-Оба он насчитал до 10 «щебневых куч-конденсаторов».

Ветер, проходя через эти конденсационные установки, оставлял на камнях миллиарды капелек воды.

Накоплением воды непосредственно из воздуха интересовались многие ученые. Профессора Н.А. Головкинский и А.Ф. Лебедев (цитировано по П. Яновичу [4]) подсчитали, что в Крыму конденсация водяных паров из атмосферы более чем в два раза превышала количество воды, полученной от дождей.

Знаменитые висячие сады Семирамиды в древнем Вавилоне 2600 лет назад росли на террасах, поднимающихся по склонам ступенчатого сооружения. Полагают, что воду получали на месте на разных уровнях из воздуха с помощью своеобразных щебеночных «куч», которые вырабатывали из воздуха воды вполне достаточное для подпитки сада [5].

Цель исследования: извлечение парообразной влаги из воздуха атмосферы для обеспечения деревьев абрикоса на аридных южных склонах Внутреннегорного Дагестана достаточным для роста и развития количеством воды. Для достижения поставленной цели использован курганный, каменный способ конденсации атмосферной парообразной влаги в почве [6].

Материалы и методы исследования

С целью накопления из воздуха влаги на сухом южном склоне Цудахарской экспериментальной базы был заложен опыт с выращиванием абрикоса.

Способ включает посадку саженца дерева, копку четырёх ям глубиной 0,60–0,80 м на расстоянии 1,5 м от штамба саженца, ориентированных по странам света. От каждой ямы роют траншею до штамба саженца глубиной 0,40–0,50 и шириной 0,30–0,35 м, затем на такую же глубину по линии круга радиусом 1,5 м, от штамба саженца также роют траншею. Затем ямы и траншеи заполняют речными гладкими камнями, создают на поверхности почвы вокруг посаженного саженца сплошной каменный курган радиусом 1,5 м, высотой 0,60 м, охватывающий все выкопанные ямы и траншеи.

Заполненные камнями траншеи способствуют свободной циркуляции воздуха и отводу сконденсированной воды в зону корневой системы дерева. Это своеобразный вечный двигатель по производству воды из воздуха.

В качестве контроля использована обычная посадка. Посадка проведена двухлетними сеянцами абрикоса без полива.

Учет фенологических фаз роста и развития деревьев абрикоса велся в соответствии с общепринятой программой и методикой изучения плодовых культур с целью выявления отношения абрикоса к экологическим условиям изучаемого района [7].

Для характеристики влагообеспеченности района опыта использовали гидротермический коэффициент увлажнения (ГТК) по Г.Т. Селянинову [8], который широко используется в агрономии для общей оценки климата и выделения зон различного уровня влагообеспеченности с целью определения целесообразности выращивания тех или иных с/х культур.

Классификация зон увлажнения по ГТК: влажная – 1,6–1,3; слабозасушливая 1,3–1,0; засушливая – 1,0–0,7; очень засушливая 0,7–0,4; сухая – < 0,4. Колебание значений ГТК для зон неустойчивого увлажнения значительны и связаны с неравномерностью выпадения осадков.

Результаты исследования и их обсуждение

Одним из весьма эффективных методов обеспечения деревьев влагой в аридных условиях является каменный конденсатор парообразной влаги атмосферы, который используется для прямого извлечения воды из воздуха атмосферы и накопления ее в активной корнеобитаемой зоне почвенного профиля. Он основан на принципах аэрации и увеличения циркуляции воздуха атмосферы в каменном кургане, где в силу разности температурного режима воздуха и камней происходят процессы конденсации парообразной воды атмосферы. Это давно известные пирамидальные каменные конструкции, которые могут стать постоянным источником поступления воды для засушливых регионов.

Механизм работы кургана заключается в следующем: наружные камни под солнцем нагреваются, а основная масса камней внутри кучи имеет более низкую температуру. Когда потоки горячего воздуха, несущие в себе пары воды, пронизывают каменную кучу и соприкасаются с поверхностью холодных камней, он охлаждается и переходит из парообразного в жидкое состояние. Это обеспечивает надежный теплообмен и полную конденсацию избыточной влаги, которая собирается и стекает в прикорневую зону дерева.

ГТК влажности по Селянинову рассчитывали за пять месяцев вегетации (май, июнь, июль, август и сентябрь). Как видно из табл. 1, только май характеризовался как влажный, июнь и июль как засушливые, а август и сентябрь – очень засушливые. Если учитывать, что опыт закладывается на засушливом южном склоне, то показатели будут значительно суше.

Таблица 1

Показатели ГТК за май, июнь, июль, август и сентябрь месяцы в среднем за 2014–2017 гг. по Цудахару

Месяцы

Среднемесячная температура в °С

Сумма эф. температур выше +10 °С

Кол-во атм. ос. мм

ГТК Селянинова

Классификация зон

увлажнения

Май

+15,3

163

52

3,2

Влажная

Июнь

+20,1

585

42

0,7

Засушливая

Июль

+22,0

649

49

0,8

Засушливая

Август

+23,7

423

21

0,5

Очень засушливая

Сентябрь

+19,3

278

14

0,5

Очень засушливая

Таблица 2

Рост саженцев абрикоса под каменным курганом и в контроле. Средние данные за 2015–2017 гг.

Варианты опыта

Общее сост. в баллах

Диам. штамба, мм

Высота дерева, см

Ширина кроны, см

Кол. побегов, шт

Ср. дли-на поб., см

Общий прирост побегов, см

Каменный курган вокруг дерева

5,0

37,7

200

167

32,0

57

1824

Контроль без камней

3,2

18,0

130

63

18,3

12,7

232

В табл. 2 приведены основные показатели роста деревьев абрикоса в зависимости от вариантов опыта.

Как видно из таблицы, в варианте с использованием каменного кургана вокруг дерева и траншей, заполненных камнями, деревья имеют устойчивый прирост побегов. В среднем за три года общий прирост побегов здесь составил 1824 см, а в контроле всего 232 см. Аналогичными были и другие показатели роста. Так, в конце первого года вегетации диаметры штамба в 2015 г. в обоих вариантах различались незначительно – в опыте 16 мм, в контроле – 15 мм. На следующий год диаметр штамба в опытном варианте увеличился до 35 мм, а в контроле составил всего 18 мм. Соответственно и в 2017 г. – 62 и 21 мм, т.е. в опытном варианте ежегодно диаметр штамба увеличивался двукратно, а в контроле только на 20 %.

Это показывает, что слой каменного кургана высотой 60 см плюс 60 см камней в траншеях играют существенную роль в воздухообмене и накоплении конденсированной влаги камнями в районе корневой системы.

Количество конденсируемой воды зависит от размера кургана, т.е. чем выше курган, тем больше воды конденсируется. Так, подсчитано, что пирамидальный каменный конденсатор воды при высоте 1,4 м и сторонам основания по 2,3 м обеспечивают сбор ежесуточно до 90–150 л воды [5]. Если исходить из этих показателей, то построенный нами конденсатор высотой 0,6 м и радиусом от штамба дерева по кругу в 1,5 м может обеспечить примерно ежесуточно до 30 л воды. Кроме того, камни в радиусе 1,5 м вокруг дерева играют также роль мульчи, благодаря чему значительно улучшаются водно-физические и биохимические условия верхнего слоя почвы, где расположены корни.

Естественно, такая посадка потребует первоначальных капитальных вложений с созданием каменных курганов вокруг деревьев. На каждое дерево потребуется около 3,5–4,0 м3 речных камней. Если учесть, что в дальнейшем почти не потребуется проводить работы, связанные по уходу за таким садом, кроме формирования и обрезки деревьев, первые 2–3 урожая с деревьев могут окупить сделанные затраты. Кроме того, надо учитывать защиту склонов от эрозии почвы, возможность, помимо конденсации влаги, полного сохранения выпадающих атмосферных осадков от стоков.

На рис. 1 показан процесс подготовки участка и посадка дерева (2015 г.).

asad1.tif

Рис. 1. 1-й этап: копка траншей и заполнение их камнями, посадка дерева. Цудахар, апрель 2015 г.

asad2a.tif asad2b.tif

Рис. 2. Деревья абрикоса через три года после посадки, слева опытный вариант, справа контроль. Цудахар, сентябрь 2017 г.

Снимки, сделанные в сентябре 2017 г., показывают, что в опыте с каменным конденсатором парообразной воды дерево отличается не только лучшим ростом побегов, но и хорошей облиственностью и темно-зеленым цветом листьев (рис. 2, слева). В контроле (рис. 2, справа) листья начали желтеть и осыпаться.

Выводы

1. Горные долины, считающиеся наиболее оптимальными для возделывания абрикоса, занимают 778 тыс. га, что составляет более 15 % территории Дагестана. Однако более 300 тыс. га территории здесь занято склонами с маломощными смытыми почвами и каменистыми осыпями не пригодными для освоения под сады из-за недостатка воды и отсутствия возможности для орошения.

2. Доказана реальная возможность освоения части сельхознепригодных сухих горных склонов Горного Дагестана под посадку абрикоса путем использования каменных курганов для конденсации парообразной воды из атмосферы воздуха для обеспечения дерева необходимым количеством влаги.

3. Курганный способ конденсации парообразной воды атмосферы основан на выкопке траншеи вокруг приствольного круга дерева на расстоянии 1,5 м от центра и двух траншей, соединяющих по диаметру круга в противоположных направлениях глубиной 0,5–0,6 и шириной 0,3–0,4 м.

Траншеи и приствольный круг заполняются гладкими речными камнями на высоту 0,6–0,8 м, создавая своеобразный каменный курган. За счёт притока конденсата в прикорневую зону дерева это позволило увеличить в восемь раз, в среднем за три года, общий прирост побегов дерева абрикоса в сравнении с контрольной посадкой.


Библиографическая ссылка

Асадулаев З.М., Мирзоев Э.М-Р., Газиев М.А., Залибеков М.Д., Габибова А.Д. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРООБРАЗНОЙ ВЛАГИ АТМОСФЕРЫ ДЛЯ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В АРИДНЫХ УСЛОВИЯХ ВНУТРЕННЕГОРНОГО ДАГЕСТАНА // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 10. – С. 40-44;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36879 (дата обращения: 27.06.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252