Поверхностное орошение

Поверхностное орошение — это способ полива сельскохозяйственных культур, при котором вода распределяется по поверхности почвы самотеком, покрывая её сплошным слоем или перемещаясь по бороздам и полосам. Относится к древнейшим и наиболее распространённым методам ирригации, используемым в зонах недостаточного увлажнения. Основной принцип заключается в подаче воды на поле с последующим её впитыванием в почву и увлажнением корнеобитаемого слоя растений.

История

Поверхностное орошение возникло одновременно с зарождением земледелия в долинах крупных рек — Нила, Тигра и Евфрата, Инда, Хуанхэ. В Месопотамии (IV–III тысячелетия до н. э.) для полива использовали систему каналов и дамб, позволявшую затоплять поля. В Древнем Египте применяли бассейновое орошение: после разлива Нила воду задерживали на участках с помощью валов, давая ей впитаться. В античном Риме и Китае развивались методы полива по бороздам и напуском по полосам.

В России поверхностное орошение получило широкое распространение в XIX–XX веках в засушливых регионах — Нижнем Поволжье, Северном Кавказе, в степях Украины и Казахстана. В советский период были построены крупные оросительные системы (например, Большой Ставропольский канал, Донской магистральный канал), где доминировал именно поверхностный способ полива. К концу XX века, с развитием дождевальной техники и капельного орошения, доля поверхностного орошения в мире начала сокращаться, однако в ряде стран (Индия, Пакистан, Китай, США) оно сохраняет значительные позиции.

Классификация

Поверхностное орошение подразделяется на несколько основных способов в зависимости от характера распределения воды по полю.

Сплошное затопление (напуск по чекам)

Вода подаётся на ровные участки, ограждённые земляными валиками (чеками), и покрывает всю поверхность слоем определённой высоты (обычно 5–15 см). После впитывания воды избыток (если есть) сбрасывается. Применяется для риса, люцерны, многолетних трав, а также для промывки засоленных почв.

Полив по бороздам

Вода движется по неглубоким канавкам (бороздам), проложенным вдоль склона или по горизонталям. Увлажнение происходит за счёт впитывания через дно и стенки борозд. Этот метод наиболее распространён для пропашных культур (кукуруза, подсолнечник, картофель, овощи) и плодовых насаждений. Различают полив по проточным бороздам (вода подаётся непрерывно) и по тупиковым (вода заполняет борозду и впитывается без сброса).

Полив напуском по полосам

Вода подаётся на узкие длинные участки (полосы), ограниченные земляными валиками. Полосы имеют небольшой уклон (0,001–0,005). Вода движется по полосе сплошным слоем, постепенно впитываясь. Применяется для зерновых, кормовых трав, а также для предпосевного и влагозарядкового орошения.

Бассейновое орошение

Разновидность сплошного затопления, при которой поле разбивается на отдельные бассейны (площадью от 0,1 до нескольких гектаров), заполняемые водой из канала. Используется для риса, а также для орошения садов и виноградников в условиях равнинного рельефа.

Устройство и элементы системы

Система поверхностного орошения включает несколько основных компонентов:

• Водозаборное сооружение — головное устройство, забирающее воду из источника (реки, водохранилища, канала). Может быть самотечным или с насосной станцией.
• Магистральный канал — основной водовод, по которому вода подаётся к орошаемому массиву. Часто выполняется в земляном русле, но может быть облицован бетоном или плёнкой для уменьшения фильтрации.
• Распределительные каналы — сеть каналов меньшего сечения, подводящих воду к отдельным участкам (картам) и полям.
• Временные оросители — канавы, прокладываемые непосредственно на поле на один поливной сезон. По ним вода поступает к бороздам или полосам.
• Выводные борозды — небольшие канавки, отводящие воду из временного оросителя в поливные борозды.
• Сбросная сеть — каналы и коллекторы для отвода избыточной воды (сброс с концов борозд, дренаж). Необходима для предотвращения заболачивания и засоления.

Характеристики и параметры

Эффективность поверхностного орошения зависит от ряда факторов:

• Уклон поверхности — оптимальный уклон для полива по бороздам составляет 0,002–0,008, для полос — 0,001–0,005. При слишком малом уклоне вода застаивается, при большом — возникает эрозия.
• Длина борозды или полосы — обычно от 50 до 400 м. Чем длиннее, тем больше неравномерность увлажнения.
• Расход воды на одну борозду — от 0,5 до 3 л/с. Зависит от водопроницаемости почвы и уклона.
• Продолжительность полива — время, необходимое для подачи заданной поливной нормы. Определяется расчётным путём.
• Коэффициент использования воды (КИВ) — отношение количества воды, пошедшей на увлажнение корнеобитаемого слоя, к общему объёму, поданному на поле. Для поверхностного орошения КИВ обычно составляет 0,5–0,7, что ниже, чем у дождевания (0,7–0,9) и капельного полива (0,9–0,95).

Применение

Поверхностное орошение применяется преимущественно в регионах с жарким и засушливым климатом, где естественных осадков недостаточно для получения урожая. Основные культуры, поливаемые этим способом:

• Рис — почти исключительно сплошным затоплением (чековое орошение). В России рис выращивают в Краснодарском крае, Ростовской области, Приморье.
• Хлопчатник — полив по бороздам. Широко распространён в Средней Азии (Узбекистан, Туркменистан, Таджикистан).
• Кукуруза, подсолнечник, соя — бороздковый полив в степных и лесостепных зонах.
• Многолетние травы (люцерна, клевер) — полив напуском по полосам или затоплением.
• Плодовые сады и виноградники — полив по бороздам или в чаши (кольцевые канавки вокруг деревьев).

В России поверхностное орошение занимает значительную долю в орошаемом земледелии Южного федерального округа, Северо-Кавказского федерального округа и Поволжья. По данным Министерства сельского хозяйства РФ, на начало 2020-х годов около 40–50 % орошаемых площадей в стране поливаются поверхностным способом.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Простота и низкая стоимость — не требует сложного оборудования (насосов, дождевальных машин, трубопроводов). Энергозатраты минимальны при самотечной подаче воды.
• Возможность полива больших площадей — при наличии достаточного водоисточника и развитой канальной сети.
• Эффективность для культур с высокой потребностью во влаге — например, для риса, где затопление является агротехническим требованием.
• Промывка засоленных почв — сплошное затопление позволяет вымывать соли из корнеобитаемого слоя.

Недостатки

• Низкий коэффициент использования воды — значительные потери на фильтрацию в каналах, испарение с поверхности воды, сброс в конце борозд.
• Неравномерность увлажнения — в начале борозды или полосы почва увлажняется сильнее, чем в конце. Это может приводить к переувлажнению одних участков и недостатку влаги на других.
• Эрозия почвы — при больших уклонах и расходах воды возникает смыв верхнего плодородного слоя.
• Заболачивание и засоление — при отсутствии или неэффективной работе дренажа подъём уровня грунтовых вод вызывает вторичное засоление почв.
• Трудоёмкость — требуется ручная или механизированная нарезка борозд, полос, чеков, а также регулировка подачи воды.
• Ограничения по рельефу — метод неприменим на крутых склонах (более 0,02–0,03) и на участках со сложным микрорельефом.

Современное состояние и перспективы

В XXI веке поверхностное орошение постепенно вытесняется более эффективными способами полива — дождеванием, капельным и внутрипочвенным орошением. Однако в развивающихся странах (Индия, Пакистан, Бангладеш, страны Африки) оно остаётся основным из-за низкой стоимости и доступности. В России и странах СНГ на оросительных системах, построенных в советское время, проводится реконструкция: замена земляных каналов на лотковые и трубопроводы, внедрение автоматизированных водораспределителей, комбинирование поверхностного полива с дождеванием.

Ведётся работа по повышению КИВ поверхностного орошения за счёт:

• точного выравнивания полей (лазерная планировка);
• применения коротких борозд и переменных расходов;
• использования гибких поливных шлангов вместо временных оросителей;
• внедрения систем автоматического управления подачей воды (телеметрия, контроллеры).

Тем не менее, для рисоводства и промывных поливов на засоленных землях поверхностное орошение остаётся безальтернативным методом.

Интересные факты

• В Древнем Египте для подъёма воды из Нила на поля использовали шадуфы — рычажные устройства с ведром, что позволяло орошать участки, расположенные выше уровня реки.
• В Китае до сих пор сохранились и используются оросительные системы, построенные более 2000 лет назад, например, система Дуцзянъянь (провинция Сычуань), работающая по принципу самотечного поверхностного орошения.
• Крупнейшая в мире оросительная система — Индская (Пакистан) — орошает около 16 млн гектаров, преимущественно поверхностным способом (полив по бороздам и затопление).

Источники

• Костяков А. Н. Основы мелиорации. — М.: Сельхозгиз, 1960.
• Маслов Б. С., Минаев И. В. Мелиорация и водное хозяйство. Орошение. — М.: Агропромиздат, 1985.
• Шумаков Б. Б., Бурлака В. В. Оросительные мелиорации. — М.: Колос, 2001.
• Рекс Л. М. Поверхностное орошение: теория и практика. — М.: Россельхозакадемия, 2008.
• Данные Министерства сельского хозяйства РФ (официальный сайт, раздел «Мелиорация»).