Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Краснодарский край является основным регионом страны по производству сельскохозяйственной продукции, где создан крупный водохозяйственный комплекс, включающий 230 тыс. га рисовых и более 70 тыс. га современных оросительных систем. Учитывая сложившееся положение в обеспечении населения РФ продуктами питания, ставится задача по наращиванию производства риса и увеличению его валовых сборов до 1,0 млн т в год [1]. Влияние природных и антропогенных факторов [2, 3] определяет тенденцию производственников повышения мелиоративного состояния почв (МСП) рисовых мелиорируемых земель за счет их реконструкции, рационального использования водных ресурсов, что в конечном итоге должно привести к качеству и увеличению сельскохозяйственной продукции. Одним из основных показателей после реконструкции следует ожидать повышение агроресурсного потенциала (АРП) оросительных систем, который полностью зависит от МСП. Поэтому необходима разработка таких показателей, которые могли бы управлять агроресурсным потенциалом после реконструкции оросительной системы и следует считать, что её агроресурсный потенциал – это комплексное мелиоративное состояние системы, которая обладает всеми необходимыми ресурсами и достаточным потенциалом для получения высокого урожая культур [4].

Цель исследования: разработать систему индикаторов рисков при оценке агроресурсного потенциала, с помощью которой возможно управлять МСП после реконструкции оросительных систем, а также обосновать меру риска для возможности использования индикаторов в качестве контроля технических параметров оросительных систем: качество планировки плоскости полей; время подачи нормы полива; профиль периферийных канавок; минерализация грунтовых вод; колебание уровня грунтовых вод (УГВ) на полях орошения. Следует ожидать, что выполнение поставленной цели приведет к устойчивому развитию агроландшафтов, где будет формироваться система сельскохозяйственного мелиоративного комплекса.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились на Федоровской оросительной системе до и после реконструкции рисовых чеков. Выполнялись инструментальные замеры состояния гидротехнических сооружений, плоскости чеков, периферийных чековых канавок, сбросных сооружений. Планировка плоскости чеков проводилась с помощью длиннобазовых планировщиков с лазером дальномером, что позволяло выполнять контроль поверхности поля с точностью ±3 см. Способ планировки был выбран продольно-челночный. Уровень грунтовых вод (ГВ) определялся в скважинах с помощью поплавков. На исследуемом чеке по длинной стороне было пробурено 3 наблюдательных скважины глубиной 2,0 м и диаметром 50 мм. Скважины устраивались таким образом, чтобы можно было отслеживать не только уровень грунтовых вод, но и влияние оросителя и дренажа на его динамику. Уровень ГВ находился в диапазоне 0–1,2 м. В скважинах определялся химический состав грунтовых вод. Был оборудован наблюдательный пост за уровнем воды на чеке. Обработка опытных данных проводилась с помощью стандартных методик, приборов и оборудования в аттестованных лабораториях и на персональных компьютерах методами математической статистики.

Результаты исследования и их обсуждение

Для оценки АРП оросительных систем применяются отдельные локальные показатели, такие как плодородие земель, бонитет почв и др., которые учитывают только текущее состояние агроландшафтов и не могут дать комплексной оценки о состоянии орошаемых земель в текущей момент. Для оценки реконструкции оросительной системы необходима разработка меры технических показателей, которые бы в комплексе с плодородием земель давали сравнительный результат до и после выполнения агротехнологий на исследуемом массиве. Поэтому для решения поставленной цели необходимо выполнить основную задачу обоснования технических параметров системы в виде количественных показателей – меры степени работоспособности оросительных систем при выращивании сельскохозяйственных культур.

После реконструкции следует ожидать повышение агроресурсного потенциала агроландшафтов оросительной системы, который определяется «хорошим» МСП. Следовательно, мера оценки «хорошо» должна иметь численный параметр. Принимается произвольно для оценки МСП – «хорошо» мера равная «0», а для оценки МСП «неудовлетворительно» – 0,5. Диапазон установленного интервала 0–0,5 может служить мерой оценки промежуточного состояния МСП, что позволяет более детально исследовать тот или иной показатель технического состояния системы. Рассмотрим формирование показателей для оценки АРП. Главным показателем, который формирует валовый урожай риса, является качество планировки поверхности чеков. Плоскость чеков должна быть «идеальной» плоской с отметками ±3 см на всей площади полей. При отклонении отметок до ±5 см ведет к потере урожая до 10 %. Технические параметры – минерализация грунтовых вод и колебание уровня грунтовых вод также оказывают негативное влияние на урожай риса. Потери урожая риса значительно зависят от времени подачи и сброса воды, которое определяется состоянием периферийных канавок.

Для разработки индикаторов контроля агроресурсного состояния полей выполнялись исследования мелиоративного состояния почв на рисовых полях хозяйств «Звезда», «Кубань», «Искра» и малых крестьянских хозяйств, входящих в состав ФОС, на общей площади 10778 га (табл. 1). Хозяйства располагаются вдоль главного оросителя последовательно, что позволяет проводить анализ мелиоративного состояния полей по мере затопления водой плоскости чеков в начале вегетационного периода и в конце оросительного сезона после сброса воды с чеков. Оценка состояния полей показывает, что площади требуют улучшения как планировки поверхности полей, так и оснащения водоизмерительной техникой. В наихудшем состоянии находятся крестьянские хозяйства, где требуется реконструкция оросительной системы 25 % орошаемых площадей. В крупных предприятиях реконструкция полей требуется на 5–16 % площадей орошения.

Обследование МСП оросительной системы в хозяйствах (табл. 1) выявило, что наибольшее влияние на урожай и затраты с его выращиванием оказывает степень выровненности поверхности полей, которая тесно связана с управлением слоем воды на чеках. Управление слоем определяется временем подачи воды на плоскость чека, минерализацией грунтовых вод и технологическими сбросами воды с плоскости чека. Все перечисленные параметры зависят от состояния гидротехнических мелиоративных сооружений на системе.

Таблица 1

Характеристика орошаемых земель в разрезе хозяйств ФОС

Индикатор контроля высотной планировки плоскости чека определяется значением нарушения плоскости чека по отношению к допустимому пределу отклонения (±5 см) с площадью до s = 5 %:

I1 = 1 – S /Sn; I1 = 0, S ≤ 5 см, (1)

где sn – процент площади чека с отметками более ±5 см.

При sn более 5 % происходит падение урожайности риса на 5–20 % [1], индикатор стремится к единице I1 > 1. Оценке МСП хорошо соответствует индикатор I1, равный 0. Установлено, что качество спланированной поверхности чеков, на которых превышение отметок более ± 5 см наблюдается на площади не более 6–10 % от общей площади чека. При этом состояние МСП – удовлетворительное. Индикатор находится в пределах 0,16–0,50. При увеличении деградированной плоскости чека с отметками более ±5 см индикатор возрастает с 0,5 при 10 % до 0,9 при 50 %, соответственно. Из анализа (1) следует, что спланированная поверхность чеков до стандартного отклонения ±5 см является удовлетворительным условием, а отклонение ±3 см – это практически идеальное условие выращивания риса [2].

Индикатор контроля времени подачи воды на плоскость чека I2 определяется по формуле

I₂ = 1 – 3/Т; I2 = 0, Т ≤ 3 сут., (2)

где Т – время затопления чека, сут.

При увеличении срока заливки чека индикатор I2 возрастает и стремится к 1. Оптимальным сроком полной заливки чека считается 3 суток. Периферийные канавки во время подачи и сброса воды обеспечивают водный режим на чеке. Оптимальной глубиной канавок является h = 0,5 м [1]. Индикатор будет

I₃ = 1 – hк/h; I3 = 0, h_k = 0,5 м, (3)

где h_k – строительная глубина на чеке, м.

При h_k = 0,5 м, I3 = 0. При уменьшении глубины индикатор увеличивается и при h_k = 0,1 м, I3 = 0,8. Глубина канавок должна находиться в диапазоне 0,3–0,5 м.

Минерализация грунтовых вод определяет риски от засоления почвы при подъеме уровня минерализованных грунтовых вод – I4. Подъем уровня минерализованных грунтовых вод при подтоплении агроландшафтов вызывает вторичное засоление активного (корнеобитаемого) слоя почвы. При засолении почвы происходит изменение состава катионов, почва засоляется, становится малопригодной для выращивания риса. Риски по степени минерализации грунтовых вод:

I4 = f(С); I4 = 0, С ≤ 0, (4)

где С – минерализация ГВ, г/л;

I4 = 1, при С < 1 г/л – «хорошо»; I4 = 2, при С = 1 г/л – «удовлетворительно»; I4 = 3, при 1 г/л < С≤ 2 г/л– «неудовлетворительно»; I4 = 4, при С > 2 г/л – необходимо не допускать подъёма УГВ к поверхности чека.

Подтопление чеков в межполивной период оказывает значительное влияние на своевременную предпосевную обработку и сев риса в оптимальные сроки [5]. Поэтому необходимо контролировать и управлять уровнем ГВ на плоскости чеков. Для этого используется индикатор контроля подтопления горизонта почвы (А) – I5:

I5 = f ; I5 = 0, h ≥ 0,4, (5)

где h – УГВ в чеке, м; Ho – норма осушения рисового поля (Ho = 0,4 м), м.

При h = Ho = 0,4 м – УГВ не оказывает влияния на уборку риса, чек считается подготовленным к уборке, I5 = 0 – МСП «хорошо». При подъеме УГВ выше 0,4 м начинается процесс переувлажнения почвы чека.

На мелиоративное состояние чеков влияют технологические сбросы воды с плоскости чека. От своевременного сброса воды зависит борьба с сорной растительностью (количество обработок риса гербицидами), потери урожайности риса в конце вегетации. Для этого разработан I6 – индикатор управления временем сброса воды с плоскости чека. Индикатор можно определить из выражения

I6 = 1 – 3/t, (6)

где t – время сброса воды с плоскости чека, сут.

С учетом индикаторов (1)–(6) и диапазона меры риска 0–0,5 разработана шкала оценки рисков мелиоративного состояния почв агроландшафтов оросительных систем (табл. 2) [6].

Таблица 2

Шкала оценки рисков мелиоративного состояния почв агроландшафтов оросительных систем

По шкале (табл. 2) приняты меры рисков мелиоративного состояния почв. При соблюдении всех необходимых мероприятий при возделывании риса безразмерный индикатор риска стремится к 0. Если мера риска >0,5, система переходит в неустойчивое состояние.

Исследования для Федоровской оросительной системы показывают, что после реконструкции интегральный показатель меры риска равен 0,13 (по табл. 2: I1 = 0,5; I2 = 0,12; I3 = 0,12; I4 = 0,24; I5 = 0,1; I6 = 0,1) и приближается к оценке МСП «хорошо».

Заключение

Разработана система показателей меры рисков для оценки агроресурсного потенциала в виде шкалы меры рисков (табл. 2), с помощью которой можно определять МСП до и после реконструкции оросительных систем.

Обоснована мера рисков, при которых выполняется контроль технических параметров оросительных систем, например, для рисовой оросительной системы: качество планировки плоскости полей; время подачи нормы полива; профиль периферийных канавок; минерализация грунтовых вод; положение уровня грунтовых вод на полях орошения.

Выполнен анализ состояния ФОС по хозяйствам за 4 года после реконструкции проблемных участков на выделенном массиве по индикаторам риска (1)–(6). Установлена мера риска в виде интегральной оценки, которая составила 0,13. Оросительная система после реконструкции находится в удовлетворительном состоянии по МСП, что отражает качество проведенных мероприятий отдельных участков. Требуется дальнейшая реконструкция рисовой оросительной системы, особенно в крестьянских хозяйствах.

Разработанную методику следует использовать при проведении работ по реконструкции оросительных систем, она позволяет проводить комплексный контроль выполненных работ.