PARAMETER CALCULATION OF ENVIRONMENTALLY OPTIMUM RICE IRRIGATION MODE

Кошкаров С.И.¹, Буланбаева П.У.², Шаянбекова Б.Р.³

¹ORCID: 0000-0001-9281-0825, Доктор технических наук, профессор,

²ORCID: 0000-0002-3879-0680, Докторант,

³ORCID: 0000-0003-0399-6387, Кандидат технических наук,

^1,2,3Кызылординский государственный университет имени Коркыт Ата, Кызылорда, Казахстан

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ОРОШЕНИЯ РИСА

Аннотация

Исследования проводились на рисовых полях Караултюбинского опытного хозяйства Казахского НИИ рисоводства, ТОО «1 мая»  Жанакорганского района, ТОО «Жалантос Бахадур» Казалинского района. На основе экспериментальных данных рассчитаны показатели экологически оптимальной оросительной нормы риса. Размеры экологически оптимальной оросительной нормы риса составляют для условий Тогускенского массива орошения 2710  мм, в пределах Кызылординского массива - 2590 мм, в условиях Казалинского массива орошения – 2550 мм.

Ключевые слова: рисовое поле, засоления почв, коэффициент фильтрации грунтов, фильтрация воды, глубина грунтовых вод.

Koshkarov S.I.¹, Bulanbaeva P.U.², Shayanbekova B.R.³

¹ORCID: 0000-0001-9281-0825, PhD in Engineering, Professor,

²ORCID: 0000-0002-3879-0680, Doctoral candidate,

³ORCID: 0000-0003-0399-6387, PhD in Engineering,

Kyzylorda State University named after Korkyt Ata, Kyzylorda, Kazakhstan

PARAMETER CALCULATION OF ENVIRONMENTALLY OPTIMUM RICE IRRIGATION MODE

Abstract

The research was carried out on the rice fields of the Karaultubinsk experimental farm of the Kazakh Scientific and Research Institute of Rice Growing, LLP "May 1" in Zhanakorgan district, "Zhalantos Bahadur" LLP, Kazalinsky district. On the basis of experimental data, the indicators of the ecologically optimal irrigation norm of rice are calculated. Dimensions of the ecologically optimum irrigation norm of rice are for the conditions of the Togusken irrigation array of 2710 mm, within the Kyzylorda massif – 2590 mm, under the conditions of the Kazalinsky irrigation array – 2550 mm.

Keywords: rice field, soil salination, soil filtration coefficient, water filtration, groundwater depth.

В последнее время  возникает необходимость соответствия режимов орошения сельскохозяйственных культур природно-климатическим условиям орошаемых массивов, обеспечивающих благоприятные мелиоративные и экологические условия регионов. Это связано с рациональным использованием водных ресурсов в связи с острым дефицитом поливной воды и необходимостью повышения экономической эффективности мелиораций.  В низовьях Сырдарьи проблема эта приобретает все более усиливающийся характер в силу обеспечения экологической устойчивости земель сырдарьинского Приаралья. Не умаляя высокую потребность в орошении сопутствующих культур рисового севооборота, мы должны признать приоритетную роль риса в формировании основных показателей мелиоративного и экологического режимов орошаемых земель в низовьях реки.  До настоящего времени много говорилось о мелиорирующей роли риса. Это в определенной мере послужило причиной значительного повышения оросительной нормы риса. Повышение расхода воды на рисовых полях обосновывалось необходимостью выноса воднорастворимых солей из почв под рисом. Однако, ныне необходим пересмотр этого положения, ввиду складывающегося противоречия его с требованием поддержания на оросительной системе благоприятного экологического режима.

Рассмотрим понятие об экологически оптимальном режиме орошения риса. Показатели экологически оптимального режима орошения риса должыны быть таковы, чтобы если полностью не оградить оросительную систему от поступления на нее вредных загрязняющих веществ, то хотя бы заметно снизить поступление в почву рисовых полей вредных химических веществ.  Ныне содержание воднорастворимых солей в речной воде остается на достаточно высоком уровне. Поэтому ввиду значительного привноса вредных химических веществ с оросительной водой, оросительная норма риса должна быть в максимальной степени  минимальной, чтобы обеспечить малое поступление химических веществ на орошаемые земли. Весьма важно и то, что негативное влияние рисовой оросительной системы на прилегающие земли и окружающие ландшафты в целом должно быть также минимальным. Это требование вполне удачно сочетается с условием минимальной оросительной нормы. В завершение всего должно быть обеспечено получение экономически оправданного урожая риса [1, С. 23], [2, С. 178].

Полученные нами в ходе полевых исследований показатели и результаты предыдущих мелиоративных изысканий ученых позволяют подойти к установлению параметров экологически оптимального режима орошения риса для условий Тогускенского, Кызылординского и Казалинского орошаемых массивов Кызылординской области.

По исследованиям В.М.Боровского, М.А.Погребинского, А.М.Нургизаринова, Ш.Бегишева на Тогускенском массиве распространены лугово-болотные почвы на рисовых системах и такыровидные почвы на неорошаемых землях. Осредненное значение коэффициента фильтрации составляет 0,60-0,66 м/сут [3, С. 232], [4, С. 32], [5, С. 30], [6, С. 221].

Для Кызылординского массива орошения характерны лугово-болотные, аллювиально-луговые, болотные почвы. Тип засоления почв преимущественно хлоридно-сульфатный. Коэффициент фильтрации варьирует в пределах 0,35-0,42 м/сут.

На Казалинском массиве орошения распространены в основном средне и сильнозасоленные лугово-болотные почвы тяжелосуглинистого механического состава. Здесь коэффициент фильтрации грунтов составляет 0,18-0,24 м/сут.

По данным Кызылординской гидрогеолого-мелиоративной экспедиции в 2005-2011 гг. минерализация воды в Сырдарье составляла в створе Тогускенского массива 1,3, около Кызылорды – 1,45, в створе Казалинского гидроузла – 1,60 г/л.

В разное время исследования составляющих оросительной нормы риса в условиях Кызылординской области проводили К.Д.Длимбетов, С.И.Кошкаров и др. [7, С. 12], [8, С. 29], [9, С. 83]. По этим исследованиям суммарное водопотребление риса найдена в пределах 8,3-9,0 тыс.м³/га. По рассматриваемым массивам орошения этот показатель варьирует в зависимости от сортовых отличий и климатических условий. В связи со сказанным значение суммарного водопотребления риса в наших расчетах принято равным 8950 м³/га для Тогускенского, 8500 м³/га для Кызылординского и 8350 м³/га для Казалинского массивов орошения.

Объем первоначального затопления рисового чека определяется по формуле:

W = 100 γ Н (β_max – β₀),    (1)

где: γ  -  объемная масса грунтов;

Н - глубина залегания уровня грунтовых вод в момент первоначального затопления;

β_max  -  полная влагоемкость грунтов;

β₀  -  влажность грунтов в момент сева риса.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Объем первоначального насыщения грунтов зоны аэрации

Массив орошения	Глубина грунтовых вод,  м	Расчетная глубина грунтовых вод, м	Объемная масса грунтов, т/м3	Расчетная объемная масса грунтов, т/м3	βmax-β0, %	W, м3/га
Тогускенский	3,7-4,4	4,05	1,35-1,42	1,38	7,5	4190
Кызылординский	3,2-3,9	3,50	1,38-1,48	1,43	8,2	4100
Казалинский	2,5-3,5	3,00	1,42-1,53	1,47	8,0	3530

 

По исследованиям С.И.Кошкарова выполненным в условиях Правобережного Кызылординского массива орошения в пьезометре глубиной 1,5 м за вегетационный период средний напор был в пределах 2,8-3,2 см [10, С. 128], [11, С. 47].

По данным фактических наблюдений за сосудами-испарителями В.Б.Зайцева, расположенным в том же чеке объем фильтрационных потерь составил 6400 м³/га. В этих исследованиях коэффициент фильтрации грунтов - 0,38 м/сут. Расчетный же объем фильтрационных потерь по показателям скважин-пьезометров составляет 5950 м³/га. Разница объемов фильтрации, замеренной непосредственно в сосудах-испарителях, и рассчитанной по показаниям пьезометров равен 450 м³/га, что около 7 %. Это вполне удовлетворительная сходимость фактических и расчетных показателей. Следовательно, этот метод можно использовать для установления фильтрационных потерь на других орошаемых массивах.

Коэффициенты фильтрации грунтов составляют соответственно для Тогускенского – 0,63, для Казалинского массива – 0,25 м/сут. Расчетные величины фильтрации при этом равны 10700 и 4250 м³/га.

Под рисом происходит заметное рассоление почв. В исследованиях С.И.Кошкарова и др. фильтрация воды в размере 5060 м³/га обеспечила, вымыв 33,4 т водорастворимых солей. Коэффициент вымыва солей составил 151,5 м³/т [12, С. 125], [13, С. 23].

Считаем важной целью экологически оптимального режима орошения риса  поддержание нулевого баланса солей в севообороте. Иначе говоря, вынос солей под рисом должен только компенсировать поступление солей за счет поливов и то незначительное засоление, которое обычно происходит на полях с сопутствующими культурами с незначительным запасом, сводящим на нуль некоторую реставрацию засоления, которое возможно на полях вневегетационный осенне-весенний период.

В зоне  Тогускенского массива орошения минерализация воды в Сырдарье равна 1,3 г/л. При оросительной норме риса 23 тыс. м³/га на гектар поля поступит 29,9 т солей. Учитывая относительно легкие почвенно-мелиоративные условия этого массива, считаем целесообразным обеспечение рассоления 50см слоя почвы  не более чем на 0,20 %. Обычно ротация рисового севооборота длится 7-8 лет. В этом случае на поле севооборота рис возделывается 3 года, остальные 5 лет поле занято сопутствующими культурами.

По нашим ранним исследованиям за вегетационный период накопление солей под сопутствующими культурами составляет 0,051-0,064 %. Таким образом, за три года стояния риса уменьшение содержания солей составит 0,60 %, увеличение – 0,32 %. 0,28 %-ный избыток рассоления  будет работать на компенсацию реставрации засоления почв на полях, которое будет иметь место вневегетационный период.

При 0,20 %-ном рассолении с гектара будет вынесено 13,8 т солей. Поступление солей с оросительной водой на гектар поля 29,9 т. Следовательно, нужно обеспечить вынос 43,7 т солей. С учетом, рассчитанного выше коэффициента вымыва солей (151,5 м³/т) для этого потребуется 6650 м³/га фильтрации.

При этом доля привноса солей с оросительной водой составляет почти 70 %. Это указывает на то, что решение проблемы экологического улучшения оросительных систем Кызылординской области во многом связано с необходимостью кардинального уменьшения химического загрязнения Сырдарьи.

В пределах Кызылординского массива орошения минерализация воды в Сырдарье составляет 1,45 г/л. При оросительной норме 23 тыс.м³/га поступление солей на гектар поля равно 33,3 т. В связи с ухудшением почвенно-мелиоративной обстановки в сравнении с Тогускенским массивом, считаем целесообразным здесь увеличение выноса солей с 50 см слоя почвы до 0,25 %. В абсолютном выражении это 17,8 т. Итак, общий вымыв солей, составляет 51,1 т. Для вымыва этого объема солей потребуется 7720 м³ фильтрационных вод.

На Казалинском массиве минерализация воды в Сырдарье выросла до 1,6 г/л. Здесь с оросительной водой на поля поступает 36,8 т/га солей. Этот массив отличается тяжелыми почвенно-мелиоративными и гидрогеологическими условиями. Поэтому в расчетах величина вымыва солей в 50 см слое почвы принята равной 0,30 %. Тогда из почвы будет вынесено 22,0 т солей. Общий вымыв солей, составляет 58,8 т/га. Для удаления этого объема солей потребуется 8908 м³/га промывной воды. Однако, фильтрация воды здесь составляет всего 4250 м³/га. Следовательно, недостающиися объем промывных вод должен быть восполнен за счет сбросных вод с поверхности чеков (таблица 2).

На основе полевых исследований установлена фактическая динамика фильтрационных потерь воды на рисовых чеках в условиях трех указанных орошаемых массивов.

 

Таблица 2 – Составляющие экологически оптимальной оросительной нормы риса

Максимальное значение фильтрационных потерь на рисовом поле наблюдается на Тогускенском массиве (841 мм), минимум фильтрационных потерь в условиях Казалинского массива (456 мм). Кызылординский массив занимает промежуточное положение (648 мм) (таблица 3).

 

Таблица 3 – Динамка фильтрационных потерь оросительной воды под затопленным рисовым полем

Среднее за 2 года исследований объем фильтрационных потерь рисового чека составляет на Тогускенском массиве 8550 м³/га, в условиях Кызылординского массива 7330 м³/га. Значение фильтрационных расходов на Казалинском массиве сравнительно меньше и составляет 4895 м³/га.

Мы при расчете составляющих экологически оптимальной оросительной нормы риса эти показатели, характеризующие современные гидрогеологические условия региона. Нами введен элемент перерасхода оросительной воды, связанный с неровностью поверхности чеков. На основе этого и с учетом того, что в условиях Тогускенского массива, ввиду значительных уклонов рельефа в сравнении с Казалинским массивом, значения перерасхода воды из-за неровности чеков приняты максимальными для Тогускенского массива и минимальными для Казалинского.

Доля экологической части оросительной нормы представленной, суммой фильтрации и сбросами воды возрастает при приближении массивов к Аральскому морю, что закономерно.

Таким образом, размеры экологически оптимальной оросительной нормы риса составляют для условий Тогускенского массива орошения 2710 мм, в пределах Кызылординского массива - 2590 мм, в условиях Казалинского массива орошения – 2550 мм. Вполне естественно, что эти показатели должны уточняться для конкретных участков орошения.

Список литературы / References

1. Кошкаров С.И. Экологически оптимальный режим орошения риса в Приаралье // Материалы республиканской научной конференции. – Алматы: РНИ «Бастау», 1998. – С. 23-26.
2. Жайлыбай К.Н. Күріш егіншілігі және экология. - Алматы, 2006. – 178 с.
3. Боровский В.М. Формирование засоленных почв и галогеохимические провинции Казахстана. – Алма-Ата: Наука,1982. – 232 с.
4. Погребинский М.А. Грунтовые воды Кзыл-Ординского массива и их изменения в результате регулирования стока Сыр-Дарьи // Проблемы освоения низовьев Сыр-Дарьи под рисовое хозяйство. – Алма-Ата: Наука, 1969. – С. 32-37.
5. Нургизаринов А.М., Кошкаров С.И. и др. К вопросам мелиорации земель и орошения сельскохозяйственных культур в низовьях реки Сырдарьи // Особенности технологии возделывания риса на юге Казахстана. – Алма-Ата: Кайнар, 1979. – С. 30-45.
6. Бегишев Ш.Х. Комплексное управление водно-воздушным, солевым и питательным режимами почв на рисовых системах. // Дисс…канд.техн.наук. – М.: МГМИ, 1982. – 221 с.
7. Кошкаров С.И. Предупреждение вторичного засоления почв на рисовых системах (рекомендации). – Алма-Ата: Кайнар, 1978. – 12 с.
8. Кошкаров С.И., Сагаев А.А. Солевой режим почв в рисовых севооборотах. // Мелиорация и водное хозяйство. – 1990. – №7. – С. 29-30.
9. Длимбетов К.Д., Кошкаров С.И., Жиенбаев Б.А. Орошение люцерны в рисовых севооборотах Кзыл-Ординской области // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. – 1976. - №3. – С. 83-85.
10. Кошкаров С.И., Буланбаева П.У. Гидрогеохимический режим ландшафтов в низовьях Сырдарьи // Вестник Национальной инженерной академии Республики Казахстан. – 2013. - №4 (50). – С. 128-133.
11. Кошкаров С.И. Поливная норма орошаемой культуры // Водное хозяйство Казахстана. – 2014. - №1 (57). - С. 47-49.
12. Кошкаров С.И. О методах расчета режима орошения культур // Вестник Национальной инженерной академии Республики Казахстан. – 2014. - №3 (53). – С. 125-129.
13. Кошкаров С.И., Умирзаков С.Ы., Шаянбекова Б.Р., Буланбаева П.У. Оптимальный режим орошения риса после кущения до начала восковой спелости (рекомендации). – Кызылорда, 2014. – 23 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Koshkarov S.I. Ekologicheski optimal'nyy rezhim orosheniya risa v Priaral'ye [Ecologically Optimal Mode of Rice Irrigation in Aral Sea Area] // Proceedings of the republican scientific conference. – Almaty: RNI "Bastau," – P. 23-26. [In Russian]
2. Zhailibay K.N. Kurish eginshiligi zhene ekologiya [Rice farming and ecology] – Almaty, 2006. – 178 p.[In Kazakh]
3. Borovsky V.M. Formirovaniye zasolennykh pochv i galogeokhimicheskiye provintsii Kazakhstana [Saline Soils Formation and Halogeochemical Provinces of Kazakhstan] – Alma-Ata: Science, 1982. – 232 p. [In Russian]
4. Pogrebinsky M.A. Gruntovyye vody Kzyl-Ordinskogo massiva i ikh izmeneniya v rezul'tate regulirovaniya stoka Syr-Dar'i [Groundwater of Kzyl-Orda Massif and Their Changes as a Result of Syr-Darya Flow Regulation] // Problems of development of the Syr-Darya lower reaches for rice farming. – Alma-Ata: Science, 1969. – P. 32-37. [In Russian]
5. Nurgizarinov A.M., Koshkarov S.I. and others K voprosam melioratsii zemel' i orosheniya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur v nizov'yakh reki Syrdar'i [To Issues of Land Reclamation and Irrigation of Agricultural Crops in Lower Reaches of the Syr-Darya River] // Features of the technology of rice cultivation in the south of Kazakhstan – Alma-Ata: Kainar, 1979. – P. 30-45. [In Russian]
6. Begishev Sh.H. Kompleksnoye upravleniye vodno-vozdushnym, solevym i pitatel'nym rezhimami pochv na risovykh sistemakh [Integrated Management of Water-air, Salt and Nutrient Modes of Soils on Rice Systems] // PhD thesis in Engineering – Moscow: MIHR, 1982. – 221 p. [In Russian]
7. Koshkarov S.I. Preduprezhdeniye vtorichnogo zasoleniya pochv na risovykh sistemakh (rekomendatsii) [Prevention of secondary soil salinization on rice systems (recommendations)] – Alma-Ata: Kainar, 1978. – 12 p. [In Russian]
8. Koshkarov S.I., Sagaev A.A. Solevoy rezhim pochv v risovykh sevooborotakh [Salt regime of soils in rice crop rotations] // Melioration and water management. – 1990. – No. 7. – P. 29-30. [In Russian]
9. Dlimbetov K.D., Koshkarov S.I., Zhienbaev B.A. Orosheniye lyutserny v risovykh sevooborotakh Kzyl-Ordinskoy oblasti [Irrigation of Alfalfa in Rice Crop Rotations of Kyzyl-Orda Region] // Bulletin of agricultural science of Kazakhstan. - 1976. – No. 3. – P. 83-85. [In Russian]
10. Koshkarov S.I., Bulanbaeva P.U. Gidrogeokhimicheskiy rezhim landshaftov v nizov'yakh Syrdar'i [Hydrogeochemical Regime of Landscapes in Lower Reaches of Syr-Darya] // Bulletin of the National Engineering Academy of the Republic of Kazakhstan. – 2013. – No.4 (50). – P. 128-133. [In Russian]
11. Koshkarov S.I. Polivnaya norma oroshayemoy kul'tury [Irrigated Norm of Irrigated Crop] // Water management of Kazakhstan. – 2014. – No. 1 (57). – P. 47-49. [In Russian]
12. Koshkarov S.I. O metodakh rascheta rezhima orosheniya kul'tur [On Methods for Calculating Irrigation of Crops] // Bulletin of the National Engineering Academy of the Republic of Kazakhstan. – 2014. – No. 3 (53). – P. 125-129. [In Russian]
13. Koshkarov S.I., Umirzakov S.Y., Shayanbekova B.R., Bulanbaeva P.U. Optimal'nyy rezhim orosheniya risa posle kushcheniya do nachala voskovoy spelosti (rekomendatsii) [Optimum Regime of Rice Irrigation after Tillering before Beginning of Wax Ripeness (Recommendations). – Kyzylorda, 2014. – 23 p. [In Russian]