Введение к работе
Актуальность проблемы. В степной зоне Российской Федерации, при наличии плодородных черноземов и высокой теплообеспеченности, лимитирующим фактором для роста и развития сельскохозяйственных культур является дефицит влаги в почве. В этих почвенно-климатических условиях региона научно обоснованное использование оросительных мелиораций позволяет в два-три и более раза увеличить продуктивность сельскохозяйственных угодий.
Вместе с тем, более чем 30-50-летний опыт применения крупномасштабного регулярного орошения в Южном федеральном округе показывает, что наряду с безусловным продуктивным эффектом от оросительных мелиораций отмечается ухудшение мелиоративного состояния орошаемых почв.
На необходимость разработки и применения ресурсосберегающих технологий орошения земель, в частности черноземов, неоднократно указывали ведущие отечественные ученые академик РАН Добровольский Г. В., академик РАСХН Шумаков Б. Б., академик РАСХН Мирцхулава Ц. Е., академик РАСХН Кружилин И. П., академик РАСХН Григоров М. С., академик РАСХН Щедрин В. Н., Бобченко В. И., Зузик Д. Т., Колганов А. В., Балабко П. Н. и другие. Вместе с тем, и к настоящему времени не все аспекты ведения орошаемого земледелия в целом и регулирования водного режима черноземов, в частности, должным образом теоретически обоснованы, а имеющиеся рекомендации крайне слабо используются на практике.
Для условий Ростовской области следует отметить недостаточность научного обоснования, в том числе теоретических проработок возможностей применения ресурсосберегающих технологий орошения дождеванием, в частности циклического орошения. Отсутствуют также приемлемые конструктивные решения по внутрихозяйственной оросительной сети, обеспечивающие возможности водопользователей получать дополнительную прибавку урожая за счет сохранения почвенного плодородия. Все это приводит к значительному экономическому ущербу в производственной сфере мелиоративного комплекса и ставит обозначенную проблему в разряд крайне актуальных научных исследований.
Изыскания по теме диссертации выполнены в соответствии с межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ РАСХН «Теоретически и экспериментально обосновать параметры почвозащитных и ресурсосберегающих технологий орошения сельскохозяйственных культур, отвечающих требованиям повышения устойчивости и продуктивности мелиорируемых агроландшафтов степной и полустепной зон РФ», обеспечивающей развитие агропромышленного комплекса РФ на 2006-2010 гг., поз. III.04.02.
Цель работы – повышение эффективности использования почвенных и водных ресурсов мелиоративных систем за счет организации ресурсосберегающей технологии орошения дождеванием и применения новых конструктивных решений оросительной системы.
Задачи исследований:
- проанализировать существующие мероприятия по рациональному использованию почвенных и водных ресурсов в контуре мелиоративных систем;
- провести теоретическое обоснование применения ресурсосберегающего орошения на черноземах Ростовской области и разработать интегральную оценку степени деградации орошаемых черноземов;
- разработать процесс организации оросительных систем при ресурсосберегающем орошении и конструктивные решения оросительных систем, позволяющие рационально использовать почвенные и водные ресурсы;
- установить расчетные зависимости по определению продолжительности орошаемого и неорошаемого циклов и относительной величины поливной нормы с учетом уровня залегания грунтовых и их минерализации;
- выполнить оценку энергетической и экономической эффективности результатов исследований.
Объект исследований – оросительные системы Ростовской области.
Предмет исследований – технологии, методы и способы рационального использования почвенных и водных ресурсов оросительных систем при орошении черноземов.
Методология исследований. Теоретические исследования проводились на основе общеизвестных законов и методов математического анализа, теории планирования эксперимента и теории надежности. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с действующими методическими требованиями и стандартами. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением компьютерного моделирования исследуемых процессов.
Оценка достоверности научных результатов. Достоверность результатов научных исследований подтверждается большим объемом экспериментальных и расчетных данных, высокой степенью сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами апробации в производственных условиях.
Научная новизна работы: состоит в уточнении закономерностей продолжительности орошаемых и неорошаемых циклов в зависимости от климатических условий, степени деградации орошаемых черноземов, относительной величины поливной нормы от относительной глубины уровня грунтовых вод при различной их минерализации, разработке процесса организации системы ресурсосберегающего орошения дождеванием, повышении надежности работы оросительной системы за счет применения новых конструктивных решений оросительной системы и алгоритма управления работой системы «насосная станция – быстросборная оросительная сеть – дождевальная машина» для реализации ресурсосберегающей технологии орошения дождеванием.
Основные положения, выносимые на защиту:
- интегральная оценка определения степени деградации орошаемых черноземов;
- расчетные зависимости по определению продолжительности орошаемых и неорошаемых циклов в зависимости от климатических условий, степени деградации орошаемых черноземов;
- процесс организации системы ресурсосберегающего орошения дождеванием;
- конструктивные решения оросительной системы для реализации ресурсосберегающей технологии орошения дождеванием;
- алгоритм управления работой системы «насосная станция – быстросборная оросительная сеть – дождевальная машина»;
- расчетные зависимости по определению относительной величины поливной нормы от относительной глубины уровня грунтовых вод при различной их минерализации.
Практическая значимость работы. На основании комплексной оценки мелиоративного фонда осуществлено обоснование и разработка конструктивных решений оросительной системы и установлены расчетные зависимости, позволяющие рекомендовать полученные результаты при проектировании циклически орошаемых площадей в системе севооборотов для условий Ростовской области. Даны практические рекомендации сельхозтоваропроизводителям, которые могут быть использованы при разработке технических заданий для проектировщиков и подрядчиков.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований использованы в ЗАО «Нива» (Веселовский район Ростовской области), ООО «Агропредприятие «Бессергеневское» (Октябрьский район Ростовской области) и Багаевском филиале ФГБУ «Управление «Ростовмелиоводхоз» при разработке проектов реконструкции орошаемых земель.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях ФГБНУ «РосНИИПМ»: «Гидромелиоративные системы нового поколения» (Новочеркасск, 2008), «Современные приемы повышения эффективности использования орошаемых земель в современных условиях хозяйствования» (Новочеркасск, 2010 г.), «Орошение земель и актуальные проблемы их использования» (Новочеркасск, 2011), «Современное состояние мелиоративной отрасли и перспективы ее развития» (Новочеркасск, 2012 г.), Международной конференции «Инженерная биология в современном мире» (Майкоп, 2010 г.), Международной научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала агропромышленного производства, науки и аграрного образования» (п. Персиановский, 2009), Международной научно-практической конференции «Проблемы, состояние комплексных мелиораций и их роль в обеспечении продовольственной безопасности России» (Волгоград, 2010 г.).
Публикации. Результаты научных исследований по теме диссертации изложены в 18 публикациях общим объемом 17,35 п.л., 4 из которых в изданиях центральной научной печати, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, кроме того, получены решение о выдаче патента РФ № 2011101196/13(001499) от 12.01.2011 г. и положительное заключение экспертизы № 2012133850 от 07.08.2012 г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 193 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 46 рисунка и 5 приложений. Список литературных источников включает 180 наименований.
