Романенко А.І. Підвищення продуктивності меліорованих земель Лівобережного Лісостепу із застосуванням ресурсозберігаючих технологій водорегулювання

Краткое содержание

У вступі наведено стислу характеристику дисертаційної роботи, обґрунтовано її актуальність.

У першому розділі на основі літературних джерел подано огляд і аналіз досліджень, які присвячені ідеї регулювання водно-повітряного режиму і додаткового зволоження осушуваних земель. Для розвитку і впровадженню в життя цих ідей багато зробили А.М. Костяков, А.І. Івіцький, Ф.Р. Зайдельман, Д.Б. Циприс, А.М. Янголь, С.М. Перехрест, Б.С. Маслов, А.Ю. Дірсе, З.А. Забочина, О.В. Скрипник, В.С. Мошинський, М.О. Лазарчук, М.В. Яцик. Необхідність у додатковому зволоженні виникає найчастіше через нерівномірність розподілу атмосферних опадів протягом вегетаційного періоду. Це призводить до періодичного дефіциту вологи на надмірно зволожених землях з одностороннім регулюванням водного режиму, що істотно впливає на урожай сільськогосподарських культур.

В умовах помірного клімату в Україні ефективність зрошення в посушливі роки висока. Найбільшу потребу в дощуванні сільсь­когосподарські культури відчувають у роки з дефіцитом атмосферних опадів. Середня прибавка врожаю за ці роки значно перевищила середньо-багаторічні показники, і для цукрового буряка склала 52%, для багаторічних трав – 30, для картоплі – 37, кукурудзи на силос – 46, для озимої пшениці – 24%.

Щоб отримати максимальну окупність урожаєм кожного кубіч­ного метра поливної води, до мінімуму скоротити непродуктивні втрати її на випаровування, поверхневий стік і перетік за межі розрахункового шару ґрунту, необхідно правильно призначити терміни і норми поливів з урахуванням біологічних особливостей культур, ґрунтових умов, антропогенних факторів.

Сучасна економічна ситуація не дає можливості, як раніше, при новому будівництві або реконструкції створювати системи високого технічного рівня. Тому питання реконструкції меліоративних об’єктів на сьогоднішній день є найбільш актуальним. В основу її обґрунтовання мають бути покладені насамперед економічні критерії, які враховують як сучасний стан, так і перспективу використання цих об’єктів. Як ніколи, нині зростає роль і відповідальність замовників, проектних організацій.

На даний час найбільше потребує реконструкції 1,3 млн га меліорованих сільгоспугідь, що є головною причиною у недобору врожаю сільськогосподарської продукції 7,5 ц з 1 га на рік. У багатоводні роки із значними опадами у вегетаційний період ці збитки ще більші.

         У другому розділі наведено ґрунтово-меліоративну характеристику експериментального об’єкту та методику виконання досліджень.

Досліди проводили на меліорованих ділянках земель колективного сільськогосподарського підприємства “Маяк” Роменського району Сумської області, які належать до північно-західного Лівобережного Лісостепу.  Схематичний план розташування дослідних ділянок на території земель КСП “Маяк” зображено на рис.1.

Рис. 1. Схематичний план дослідних ділянок у господарстві КСП “Маяк”

         1 – кротовий дренаж, 157 га; 2, 4 – зрошувані ділянки, 127 га; 3 – водосховище; 5 – насосна установка; 6 – заплавні землі, 250 га

Загальна площа землекористування – 1300 га, в тому числі меліорованих 534 га.

         Середня тривалість вегетаційного періоду 198 днів. Тривалість безморозного періоду 163 дні, з температурою вище 10^оС – 160 днів.

         Сумарне випаровування з водяної поверхні за період з квітня по листопад 650 мм, середньорічна вологість повітря – 78%.

                   Ґрунтоутворювальними породами дослідної ділянки є четвертинні відклади, які представлені легкими лесовидними суглинками і супісками. Ґрунти, що сформувалися на ділянці, створені по дерновому типу ґрунтоутворювального процесу.

         Методика досліджень полягала у збиранні, узагальненні і аналізі всіх матеріалів, що проводились у гумідній зоні по водорегулювальних засобах на торф’яно-болотних землях, організації та здійсненні власних експериментальних польових досліджень.

         Для цього на надзаплавній ділянці господарства було закладено кротовий дренаж по розробленій нами технології машиною КН-1200 на тязі трактора ДТ-75 чотирма послідовно з’єднаними дренерами діаметром 5, 8, 10 та 12 см при русі трактора на 1-2 швидкості, залежно від грунтового опору. Довжина дрен становила 200-250 м, глибина 0,6-0,8 м, а відстань між ними 5 м.

         Середній час, що витрачався на закладання однієї дрени, включаючи холостий хід, становив 7 хвилин. На кожний гектар дренованої площі припадало 10 дрен. Таким чином, витрачений час на закладання дренажу становив 1 годину 10 хвилин на гектар меліорованої площі. Витрати пального при цьому становили 19 кг/год. Водночас загальні витрати господарства були 14 грн на гектар.

         При закладанні дрен рівень ґрунтових вод був нижче глибини дрен для забезпечення їхньої стійкості в процесі експлуатації. На площі було влаштовано неукріплені водомірні колодязі на відстані 50, 100, 150, 200 м, по яких систематично (один раз в 5 днів) у повеневі і дощові періоди проводилось спостереження за рівнем ґрунтових вод.

         Один раз у 10 днів вимірювали вологість одного шару ґрунту. Вивчення деформації і стійкості дрен виконували шляхом розробок їх після дворічної експлуатації. Під час розкопок у кожній точці заміряли глибину дрен, розміри її порожнини в горизонтальному і вертикальному напрямах і ступінь замулення або пошкодження. Після закінчення роботи всі розрізи порожнини розкопаних дрен було занівельовано, а деякі характерні – сфотографовано.

Технологія водорегулювання вивчалась шляхом циклічного зрошення земель на чотирьох дослідних ділянках господарства дощувальною машиною “Волжанка”. Всі експериментальні ділянки було обладнано водомірними колодязями та фіксованими точками відбору зразків ґрунту для визначення їхніх водно-фізичних властивостей та динаміки вологості ґрунту під час і після поливів.    Відбір зразків здійснювався з інтервалів глибин 0–10,  10–20,   20–30,  30–40,  40–50 см від поверхні.

Для проведення дослідів було використано такі сільськогосподарські культури: конюшину, люцерну, озиму пшеницю та ячмінь.

У третьому розділі визначено недоцільність додатково­го зволоження заплавних торфо-болотних ґрунтів.     

Заплавних торфоболотних земель господарство налічує 250 га. Для здійснення водорегулювання було побудовано класичну систему двобічного регулювання, що складається з магістрального каналу р.Роменка, бічних збирачів та відкритих водорегулювальних каналів,  розташованих через 100–150 м. Система армована русловим шлюзом-регулятором з клапанним затвором, який побудовано на землях Сульського дослідного поля. Згідно з проектом русловий шлюз має підвищувати рівень води в магістральному каналі для того, щоб у посушливі періоди самопливом подавати воду в бічну відкриту мережу каналів і зволожувати меліоровані землі. Але через те, що дренажна система заплавних земель Сульського дослідного поля вийшла з ладу і не забезпечує скид зайвої води навіть на початку червня, ми не мали змоги здійснювати попереджувальне зволоження заплавних земель самопливом. В цьому випадку для подачі води в осушувальну мережу необхідно було встановити пересувну насосну установку, що зумовило значні витрати.

         Було детально проаналізовано результати досліджень, які виконувались на заплаві Сульського дослідного поля науковими співробітниками Інституту гідротехніки і меліорації (ІГіМ) І.П. Удовченком, М.П. Герасименком, І.М. Яковенком, А.М. Гераськом, П.К. Кузмичем та В.С. Максименко.

         Дослідження зазначених наукових співробітників ІГіМ та Сульського дослідного поля в даному регіоні переконливо показують, що додаткове зволоження заплавних торфових ґрунтів р.Роменка абсолютно недоцільне. Воно не лише потребує додаткових витрат, а й призводить до зниження врожаю кормових та овочевих культур. Щоб переконатися в правомірності зазначеного положення, ми виконали ретельний аналіз впливу штучного підвищення рівнів ґрунтових вод на врожайність сільськогосподарських культур в умовах Західного Полісся на основі багаторічних даних Сарненської дослідної станції в дослідах  її  працівників М.С. Проскури, А.С. Гордійчука, А.М. Загорулько, П.К. Кузмича, Е.С. Гниди протягом 1957–1983 рр. Як показав виконаний аналіз, ці дані підтверджують також відсутність потреби в додатковому зволоженні заплавних торфових ґрунтів і в Поліській зоні.

У четвертому розділі надано опис застосування ресурсозберігаючих засобів меліорації мінеральних надмірно– зволожених земель.

Останнім часом в Україні і за кордоном широко застосовують системи, що базуються на використанні матеріального дренажу – керамічного чи поліетиленового. Лише в Україні таких дренажних систем побудовано на площі близько 2 млн га. Проте, аналізуючи дію дренажних систем, неможна не відмітити їхню високу матеріалоємність і енергоємність, а також не зовсім ефективну дію у важких ґрунтах і на землях із западинним рельєфом.

Це пояснюється тим, що при осушенні мінеральних ґрунтів під­золисті ілювіальні горизонти яких мають щільну дрібнозернисту структуру, керамічний дренаж не забезпечує швидке скидання надлиш­кових поверхневих вод, що часто призводить до вимочок і втрати сіль­ськогосподарської продукції.

Останнє підтверджується результатами дії керамічного дрена­жу на меліорованих землях колективного сільськогосподарського під­приємства (КСП) “Маяк” у Роменському районі Сумської області, де на надмірно зволожених дерново-підзолистих та дерново-лучних ґрунтах важкого механічного складу побудований близько 15 років тому ке­рамічний дренаж не забезпечує належної водорегулювальної дії, що призводить до систематичного перезволоження земель і істотних втрат урожаю сільськогосподарської продукції.

Оскільки перекладання керамічного дренажу потребує значних коштів (близько 3 тис. грн на 1 га), яких господарство не має, було здійснено спробу замість матеріального закласти кротовий дренаж, вартість якого значно нижча, а сам процес закладання здійснено власними силами господарства.

У передпосівний та посівний періоди рівень ґрунтових вод на системі повинен бути знижений на глибину, яка забезпечує нормаль­ні умови проведення робіт та необхідну для розвитку рослин аерацію ґрунту. Нашими спостереженнями встанов­лено, що при глибині ґрунтової води 50 см від поверхні і вище, робота сільськогосподарських агрегатів у весняний період затруднюється. Нормальні умови їхньої роботи забезпечуються при зниженні рівня ґрунтової води на глибину 65–70 см від поверхні ґрунту. Тому для вирощування просапних культур на початок весняних робіт необхід­но знизити рівень ґрунтових вод не менше ніж на вказану глибину. Для цього в передпосівний період нами проводилися заміри рівнів ґрунтових вод та дренажного стоку на дренажі та на контролі (без дрен) кожну добу. Рівні ґрунтових вод заміряли по водо­мірних колодязях на відстані 50, 100  та 150 м від каналу.

Метеорологічні умови періоду спостережень. Взимку 1997–1998 р. основна кількість опадів (84 мм) випала у грудні та січні. Температура в ці місяці часто була вище нуля, що зу­мовило часткове танення снігу і зменшення потужного снігового покриву. Тому у квітні рівні ґрунтових вод на дослідній ділянці були на глибині 70 см від поверхні. Особливої різниці в глибині ґрунтової води на ділянках з різними відстанями між дренами не спостеріга­лося. Дренажний стік був короткочасний і становив не більш ніж 0,06 л/с з 1 га. Дренажний стік спостерігався в період відлиг, в кінці грудня та першій половині січня, а потім відновився в кінці березня. Але тривалість весняного дренажного стоку була незначною –  всього 7 діб.

Вже на 3 квітня дренажний стік припинився на всіх варіантах дренажу.

Порівнюючи водний режим на дренованій ділянці з контролем, тобто без дренажу, можна відзначити наступне. Інтенсивність зниження рівня ґрунтової води на дренованих ділянках становила 1,7-2 см на добу і була в 2-3 рази вища, ніж на ділянці без дрен.

Враховуючи наведені положення щодо застосування кротового дренажу в мінеральних ґрунтах, була зроблена спроба застосувати його на землях КСП “Маяк”  Роменського району Сумської області, де налічується значна кількість надмірно–зволожених земель важкого та середнього механічного складу, а також оторфованих ґрунтів.

Доцільність дії кротового дренажу, що закладається на невелику глибину, – 50–60 см (так званого аераційного кротування) як ефективного агромеліоративного прийому встановив I.3. Лапа на Панфільському дослідному полі в заплаві р.Супій.

Закладка за існуючими технологіями, де застосовувався один дренер діаметром 12–15 см виявилася невдалою. Трос, а іноді і дренажний ніж не витримували навантажень у важких ґрунтах. У запропонованій нами технології ми використали не один, а три дренери.

До гідравлічного ножа на тросі довжиною 2 м причепили дре­нер, що являє собою металеву циліндричну болванку з конусною передньою частиною загальним діаметром 5 см. До неї на такому ж тросі довжиною 0,25 м приєднали наступний дренер діаметром 8 см, далі таким чином приєднали третій дренер діаметром 12 см. Прокладання дрен здійснювалось на другій передачі трактора. Після закладання дренажу були встановлені систематичні спостереження за його водорегулювальною дією, а також виконано розкопування з метою встановлення деформативних змін кротовин.

         За цією технологією кротовий дренаж забезпечив у найвологіший період зниження рівня ґрунтових вод на ділянці до норми осушення 0,5–0,6 м тим часом, як на недренованій (контрольній) ділянці рівень води  знаходився значно вище і складав 0,2–0,4 м.

         Для виявлення деформації і збереження кротових дрен було виконано розкопки їх, які показали, що порожнини дрени мали переважно овальну форму розміром від 3 до 10 см у вертикальному і горизонтальному напрямах (табл.1).

Як  свідчать  дані таблиці 1,  з обстежених  нами  54  експериментальних дрен

39 дрен, тобто 72 %, були у відмінному, доброму та задовільному стані, з непошкодженою порожниною з ущільненими стінками на всій довжині від гирла до кінця. Останні 15 дрен було частково зруйновано або закупорено мулом переважно в гирловій частині, а також у місцях перетину дренами піщаних і супіщаних прошарків.