Капельное орошение. История. Состояние. Перспективы

Капельное орошение. История. Состояние. Перспективы

В  условиях возрастающего дефицита качественной пресной воды, роста цен на энергоносители, ухудшения экологического состояния орошаемых земель актуальным становится разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих, экологически безопасных технологий. В орошаемом овощеводстве это направление реализовывается путем внедрения технологий микроорошения.

Микроорошение (от греческого  – маленький) – термин, который объединяет способы полива, при которых осуществляется локальная подача воды в зону наиболее интенсивного развития корневой системы растений. Микроорошение включает в себя такие способы увлажнения почвы: капельное орошение с наземным и подземным размещением поливных трубопроводов, капельно-инъекционное, капельно-импульсное, микродождевание, микроструйчатое и мелкодисперсное (аэрозольное) дождевание. Идея локального увлажнения почвы по данным американской фирмы «Siris International» возникла в Германии, где в 1880 г. (по другим данным – в 1860 г.) были проведены первые опыты с использованием коротких керамических труб с ответвлениями. Эту идею развил в 30-х годах ХХ ст. Зим Хабласс (Израиль), которого ряд ученых считает изобретателем капельного орошения. Именно он предложил конструкцию первой капельницы. Но широкого промышленного использования капельное орошение получило позже – с конца 50-х годов ХХ ст. Основой для этого стало получение полиэтилена низкого давления (1935 г.) и полиэтилена высокого давления (1948 г.). При помощи последнего началось производство пластмасс. Первая система капельного орошения была запатентирована в 1963 г. в Израиле. Аналогичная система появилась в США в 1964 г. С этого времени отмечается стремительный, а с 80-х годов ХХ ст. – планомерный рост с.-х. угодий, которые поливаются способами микроорошения. На сегодняшний день, по разным данным, в мире насчитывается около 3 млн. га земель орошаемых с помощью локальных способов полива. Наибольшее распространение способы микроорошения получили в США, Израиле, Австралии, Италии, Испании, Франции, Австрии, Германии, Великобритании, Украине, Египте, Мексике, Бразилии, Новой Зеландии и др.

В Украине исследования влияния капельного орошения на систему  «растение-почва-окружающая среда» были начаты в конце 60-х – в начале 70-х годов ХХ ст. Украинским научно-исследовательским институтом орошаемого садоводства (сегодня – Институт орошаемого садоводства им. М.Ф. Сидоренка УААН), Украинским научно-исследовательским институтом гидротехники и мелиорации (сегодня – Институт гидротехники и мелиорации УААН) и институтом «Укргипроводхоз» (сегодня – ОАО «Укрводпроект»). В 1980 г. в Украине было 400 га промышленных систем капельного орошения садов и виноградников. Благодаря технологическим преимуществам каждый год в эксплуатацию вводились сотни гектар капельного орошения многолетних культур. В тоже время капельное орошение овощных культур не сразу получило широкое распространение, хотя эффективность его использования на овощах была установлена еще в начале 70-х годов ХХ ст. Сдерживающим фактором его развития было отсутствие на то время в стране технических средств, необходимых для промышленного внедрения таких систем.

Первые исследования по разработке конструкций систем подпочвенного  орошения и технологии полива пропашных  культур (овощных, картофеля, свеклы, гороха) были начаты в начале 70-х годов  ХХ ст. под руководством В.Г. Лабоды и В.П. Остапчика на Крымской опытно-мелиоративной станции УкрНИИГиМ (сегодня – Крымский научно-исследовательский центр ИГиМ УААН) на площади 7 и 21 га.

Несколько позже, в 1974 г., с  целью изучения эффективности капельного орошения пропашных культур в  колхозе «Прогресс» Великомихайловского района Одесской области впервые в Украине была смонтирована экспериментальная система капельного орошения. За период исследований (1974-1978 гг.) были установлены основные параметры технологий капельного орошения томата, огурца, кукурузы на зерно, сахарной и кормовой свеклы, а именно: исследовано влияния капельного орошения на урожайность пропашных культур, определены основные параметры технологии полива, исследована возможность механизированного перемещения поливных трубопроводов с позиции на позицию, исследовано влияние капельного орошения на солевой состав почвы, дана экономическая оценка капельного орошения пропашных культур на небольших прифермских участках. Итогом этих исследований стала защита П.А. Морозом в 1981 г. в УкрНИИГиМ кандидатской диссертации на тему «Исследование капельного орошения полевых культур на юге Украины».

В 1975-1978 гг. в совхозе  «Добрая Воля» Пинского района Брестской области при участии А.П. Щербы, М.Н. Гришкевича, Т.А. Вишняковой проводились исследования режимов капельного орошения огурца и томата, которые выращивались на шпалере. На контроле растения поливали периодически, а на других вариантах – ежедневные поливы. Кроме этого, влажность почвы дифференцировали по фазам развития растений и поддерживали на заданном уровне исходя из величины суммарного суточного расхода влаги. Наибольшая урожайность была получена при увлажнении почвы не ниже 80-90% НВ для огурца и 70-80% НВ для томата.

В 1977-1978 гг. в теплицах овощной  опытной станции Тимирязевской с.-х. академии Ю.Г. Шейнкин провел исследования елементов технологии выращивания огурца и томата при капельном орошении. Изучались два типы подачи воды: при помощи капельниц-микротрубок и микропористых увлажнителей. Исследовали также режими орошения с разными предполивными порогами – 75-80% НВ и 85-90% НВ. Контрольный вариант при выращивании огурца – дождевание, томата – поверхностный полив. При капельном орошении урожайность огурца и томата была выше на 25-33%, а оросительные нормы ниже на 30-37%, чем при дождевании и поверхностном поливе. Результаты этих исследований отображены в кандидатской диссертации Ю.Г. Шейнкина «Исследование и разработка технологий капельного орошения овощных культур» и в его публикациях.

Опыты по капельному орошению овощей в открытом грунте провели  О.Е. Ясониди и В.Ф. Галиняк в 1980-1982 гг. на Персиановской опытно-мелиоративной станции Новочеркасского инженерно-мелиоративного института. На культуре томата, баклажана и перца сладкого изучали режими орошения, технику полива и особенности водопотребления. Контроль – дождевание. При капельном орошении была получена урожайность томата выше на 41,2 т/га или 90,0%, баклажана – 19,1 т/га или 86,6%, перца сладкого – 9,7 т/га или 45,0% в сравнении с контролем.

Г.М. Кравцова, Ф.И. Павлов и  Г.М. Мустафаев в 1982-1983 гг. в теплицах совхоза-комбината «Московский» Московской области изучали особенности капельного способа полива томата. Были установлены параметры зон увлажнения, обоснованы поливные и оросительные нормы, особенности размещения корневой системы растений, содержание в почве солей и элементов питания в сравнении с дождеванием.

В 1992 г. были начаты исследования элементов технологий капельного орошения овощных, бахчевых культур и арахиса  в открытом грунте Центром микроорошения ИГиМ УААН. Исследования проводились в рамках научно-исследовательской работы по заданию 01.04 «Разработать и внедрить новые технические средства и технологии микроорошения интенсивных насаждений плодовых культур, винограда на малопродуктивных землях, а также овощных и бахчевых культур в открытом грунте для условий Украины». Руководитель научно-исследовательской работы – М.И. Ромащенко. В соответствии с заданием были проведены экспериментальные исследования по разработке и обоснованию технологий микроорошения огурца и томата. В 1992-1994 гг. Центром микроорошения ИГиМ УААН были построены опытные участки микроорошения пропашных культур в Опытном хозяйстве Института орошаемого земледелия УААН (сегодня – Институт земледелия южного региона УААН) на площади 1,5 га, в Опытном хозяйстве Херсонской селекционной опытной станции бахчеводства УААН (сегодня – Институт южного овощеводства и бахчеводства УААН) на площади 12,0 га и на землях Донецкой опытной станции овощеводства (сегодня – Донецкий научно-исследовательский центр Института овощеводства и бахчеводства УААН) на площади 3,0 га. Результаты этих исследований отображены во многих работах: научных отчетах, авторефератах диссертаций М.И. Ромащенка, В.В. Васюты, В.А. Лымаря, публикациях М.И. Ромащенка, В.Н. Корюненка, В.В. Васюты, В.А. Лымаря, С.В. Малярчука, О.Д. Семаша, С.И. Жарина.

Исследования по разработке элементов технологии выращивания  огурца на опорной системе при  капельном орошении проводились  в 2000-2003 гг. Центром микроорошения ИГиМ УААН под руководством М.И. Ромащенка и А.Г. Матвийца на землях ООО «Завыдивське» Мукачевского района, ООО «Агро-Нова» и ЧП «Паска» Береговского района Закарпатской области. Были изучены водный и питательный режимы почвы, проведено сортоиспытание. По результатам исследований подготовлены методические рекомендации.

Исследования по изучению водного режима почвы в зависимости  от способа полива при выращивании  томата провели на землях Опытного хозяйства Крымского научно-исследовательского центра ИГиМ УААН (В.Н. Сторчоус, 2004). Установлено, что для поддержания оптимальной влажности почвы (не ниже 70-80-70% НВ по фазам развития) при капельном орошении необходимо провести 18-19 поливов. При этом величина оросительной нормы составила 990-1200 м³/га, что в 3,7 раза меньше в сравнении с дождеванием и поверхностным поливом.

С.О. Кирюхиным в 2004-2006 гг. проведены исследования по изучению схем размещения и густоты стояния  растений огурца при дождевании и  капельном способе полива. Было установлено, что в условиях Левобережной Лесостепи  лучшим способом орошения огурца является капельный при схеме размещения 50+90 см и густоте 70 тыс. растений/га.

С целью обоснования  элементов технологии микроорошения (капельного полива и микродождевания) моркови на землях Каменско-Днепровской опытной станции ИГиМ УААН (КДОС ИГиМ УААН) были проведены полевые стационарные исследования (А.П. Шатковский, 2004-2006 гг.). Была доказана высокая эффективность использования систем микроорошения моркови, установлены показатели водопотребления, исследовано влияние способа полива на микроклимат, показана возможность и эфективность внесения средств защиты растений с поливной водой на системе микродождевания. В полевых условиях определены параметры работы системы микроорошения овощных культур, дана экономическая оценка различным вариантам выращивания моркови при микроорошении. Было установлено, что максимальная продуктивность и экономическая эффективность обеспечивается при совокупном действии таких факторов интенсификации как микродождевание или капельное орошение при дифференцированном уровне предполивной влажности почвы (80-70% НВ) и проведении подкормок минеральными удобрениями с поливной водой.

В условиях Херсонской области  ведутся исследования по изучению водного  режима почвы при микроорошении позднеспелой белокачанной капусты (М.И. Ромащенко, А.П. Шатковский, А.В. Дячок, 2005-2008 гг.). Результатом этих исследований является обоснование глубин увлажнения и уровней предполивной влажности почвы, величин поливных норм в зависимости от фазы развития культуры. Установлено, что водопотребление позднеспелой белокачанной капусты в средний по влагообеспеченности год при капельном орошении равно 2,8-3,7 тыс. м³/га, а коэффициент водопотребления – 31,5-62,4 м³/т.

В условиях Запорожской  области (КДОС ИГиМ УААН) ведутся исследования, целью которых является определение оптимальных уровней предполивной влажности почвы при капельном орошении сахарной кукурузы (М.И. Ромащенко, А.П. Шатковский, В.Т. Павловский 2007-2008 гг.). Результаты исследований свидетельствуют, что максимальную продуктивность сахарной кукурузы обеспечивает поддержание влажности почвы на уровне 80-100% НВ – 17,44 т/га, в тоже время продуктивность неполивных вариантов – 8,20 т/га. Результатом экспериментальных исследований является таже зависимость «Вода-Урожай» при капельном орошении. Согласно этих данных точкой так называемого «оптимума» является вариант с влажностью 80% НВ, тогда как на вариантах с предполивной влажностью почвы 90 и 95% НВ водопотребление культуры увеличивалось, а продуктивность – уменьшалась.

Как видно с обзора литературных источников, отечественными учеными  были четко определены преимущества капельного орошения овощных культур  перед традиционными способами  орошения, разработаны научные основы проектирования и эксплуатации систем капельного орошения. Стационарные полевые  исследования были проведены на культуре огурца, томата, белокачанной капусты, моркови и сахарной кукурузе.

С 1997 г. в Украине начинается новый этап применения технологий капельного орошения в овощеводстве открытого  грунта – компанией ЗАО СП «Саус Фуд, Инк.» (сегодня – ЗАО «Чумак») в Каховском районе Херсонской области был реализован пилотный проект промышленного применения капельного орошения при выращивании овощных культур. Первым зарубежным поставщиком систем капельного орошения для полива овощей на украинском рынке была американская компания «T-SYSTEMS INTERNATIONAL, INC.», которая предлагала систему на базе пленочных трубопроводов с интегрированными капельницами типа «T-TAPE TSX». С 2001 г. происходит значительное расширение рынка систем капельного орошения: увеличилось количество компаний, которые работают в этой сфере, возросли объемы и расширилась география применения капельного орошения овощей. Возникновение на рынке здоровой конкуренции, начало собственного производства необходимого оборудования, признание технологий капельного орошения на государственном уровне, налаживание кредитной политики коммерческими банками способствовало увеличению в 2004 г. объемов внедрения капельного орошения вдвое и снижению стоимости 1 га в 1,2-1,5 раза. Сегодня в Украине на рынке капельного орошения работает более 30 компаний и организаций. Основными из них являются: «А.І.К. Ltd.» (ООО «АКВАВИТА»), ЧАПК «Терра ЛТД», «Нетафим», ООО «Унифермаг», Институт гидротехники и мелиорации УААН, ЗАО «Агриматко-Украина», НПП «Ирригационные системы», ЧП «Полив», ЧП «Джерело» ИГиМ УААН, ООО «Техносервис», ОАО «Сизакор», ЧП «Биолог», «АМИ», НПК «Роста», ГП «Крымпласт», ООО «УАТ», ООО «Украгротехнологии» и др.

Довольно стремительно растут и площади овощных культур, которые поливаются при помощи систем капельного орошения. Если в 2000 г. их насчитывалось 3 тыс. га, то в 2004 г. – около 12-15 тыс. га, в 2005 г. – 18-21 тыс. га, 2006 г. – 23-26 тыс. га, в 2008 г. – 27-29 тыс. га (рис. 1). К сожалению, точных статистических данных, касательно площадей овощных культур под капельным орошением, нет. Наибольшие площадя капельного орошения овощей размещены в Херсонской и Одесской областях – более 50%. Широко применяется капельное орошение овощей также в Николаевской, Днепропетровской, Запорожской, Донецкой областях и в АР Крым (рис. 2).

В последние годы (2006-2008 гг.), наблюдается тенденция увеличения площадей овощных культур под  капельным орошением в центральном, западном и северном регионах Украины, главным образом в Закарпатской, Киевской, Черкасской, Винницкой, Полтавской и Кировоградской областях. Значительному расширению и популяризации капельного орошения овощных культур способствовала деятельность Проекта аграрного маркетинга. Под его эгидой в 2004-2006 гг. с целью внедрения современных технологий выращивания овощных культур были заложены демонстрационные поля в 6 областях Украины.