Орошение представляет собой искусственное увлажнение почв с целью повышения ее плодородия. Орошение обязательно проводится на территориях с засушливым климатом, где испарение значительно превышает количество атмосферных осадков, а также используется в зонах неустойчивого и избыточного увлажнения (Ленинградская, Московская области и др.). Оросительная мелиорация создает благоприятный для растений водный режим, регулирует тепловой режим почвы, способствует внесению в почвенный слой минеральных солей; все это, в конечном итоге, повышает урожайность сельскохозяйственных земель.
Основой для назначения оросительных мелиораций является водный баланс территорий. За основной показатель водного баланса принимают индекс сухости (Кс), который отражает отношение величины испаряемости (расходная статья) к величине выпавших атмосферных осадков (приходная статья).
По индексу сухости можно обосновывать необходимость проведения оросительных мероприятий в отдельных регионах России:
1. Кс < 1 – территории относится к зоне достаточного увлажнения (например, северо-западные области России), в пределах которых для повышения урожайности влаголюбивых культур в отдельные засушливые годы следует проводить орошение.
2. Кс = 1¸2 – зона неустойчивого увлажнения (лесостепные районы Европейской части России). В отдельные наиболее засушливые годы может ощущаться недостаток влаги и орошение здесь применяется периодически.
3. Кс = 2¸3 – зона недостаточного увлажнения (Поволжье, Ростовская область, Предкавказье). Здесь засухи повторяются через 2-3 года и создаются крупные оросительные системы в сотни тысяч гектаров.
4. Кс > 3 – засушливая зона; требуется проведение постоянного орошения в течение всего вегетационного периода.
Важной проблемой орошаемого земледелия является борьба с засолением и ослонцеванием почв. Засоление почв значительно снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Для борьбы с засолением почв, помимо орошения, необходимо предусматривать комплекс мелиоративных мероприятий по снижению уровня и опреснению грунтовых вод путем строительства дренажа на орошаемых территориях [3].
В практике орошения выделяют вегетационные (в период вегетации растений), влагозарядковые (для создания запасов влаги в невегетационный период), предпосевные (непосредственно перед посевом), послепосевные (непосредственно после полива) и промывные (для удаления солей из почвы) поливы.
Поливы проводятся по определенному для каждой сельскохозяйственной культуры режиму орошения, под которым понимают совокупность сроков, норм и числа поливов [10].
Поливная норма это количество воды, подаваемое на 1 га площади, занятой сельскохозяйственными культурами, за один полив. Оросительная норма – количество воды, которое дают сельскохозяйственной культуре за весь оросительный период; она равна сумме поливных норм. Поливная и оросительная нормы выражаются в кубических метрах на 1 га площади (м3/га). Число поливов определяется делением величины оросительной нормы на поливную норму. Количество воды, израсходованное растениями на единицу урожая, называется коэффициентом водопотребления.
Водопотребление на орошение зависит от ряда факторов, прежде всего климатических, гидрогеологических условий, состава почв и т.д. Например, для полива хлопка в условиях Средней Азии поливная норма составляет 6000 - 8000 м3/час (общее число поливов 5 - 6), для риса – 8000 -10000 м3/час, садов - 1000 – 4000 м3/час [11].
Оросительная сеть представляет собой комплекс инженерных сооружений для полива сельскохозяйственных культур. Она включает в себя головной узел (источник воды для орошения), магистральный канал (для подвода воды от головного узла), распределительные каналы (для отвода воды от магистрального канала и подачи ее в группы хозяйств, отдельные хозяйства или крупные угодья), оросительные каналы (для подачи воды непосредственно на орошаемое поле) и временную оросительную сеть (для полива растений путем нарезки канав).
Способы орошения - способы подачи и распределения воды на орошаемое поле. Выбор того или иного способа орошения определяется видом орошаемой сельскохозяйственной культуры, климатом, рельефом и гидрогеологическими условиями территории.
Основными способами полива являются поверхностные самотечные способы, хотя недостатком их являются значительные потери оросительной воды. Из самотечных способов выделяют полив сплошным затоплением территории, поливы по полосам и бороздам.
Полив затоплением – один из древнейших способов поверхностного орошения. Он проводится путем сплошного затопления территории паводковыми водами и проводится для выращивания отдельных влаголюбивых культур, например, риса, а также для промывки засоленных грунтов.
Полив по бороздам является лучшим из поверхностных способов полива. Он применяется для орошения пропашных культур – кукурузы, хлопчатника, свеклы, картофеля, овощных, а также плодовых и виноградников. До полива на поверхности орошаемой площади нарезают поливные борозды. Наиболее распространены проточные борозды, способствующие увеличению производительности полива. Проточные борозды располагаются вдоль уклона местности, длина их составляет 100–500 м, глубина – 10–25 см; расход воды, поступающий в проточную борозду, составляет 0,1–2,5 л/с. При этом поливе сохраняется комковатая структура почвы, после полива не образуется сплошная корка, обеспечиваются хорошие условия аэрации почвы.
Полив по полосам привлекаются для орошения многолетних трав, зерновых культур, то есть тех культур, которые покрывают территорию «сплошным ковром». Каждая полоса отделяется от другой земляными валиками; ширина полосы, по которой ведется напуск воды, составляет 3.6–7.2 м, длина - до 500 м. При нарезке полосы проходятся под уклоном (0.002 < J < 0.01), благодаря чему вода самотеком движется по орошаемой поверхности. При этом способе полива имеют место большие потери воды на инфильтрацию, нарушается структура почв; после полива образуется твердая корка, препятствующая доступу воздуха в почву.
Как полив по бороздам, так и полив по полосам требует хорошей трассировки местности.
Полив дождеванием нашел наиболее широкое применение в степной зоне, где требуемые поливные и оросительные нормы сравнительно малы. Такой способ полива эффективен на сильнопросадочных и хорошо дренируемых грунтах, в районах со сложным рельефом и дефицитом воды для полива. Осуществляется полив дождеванием с помощью специальных передвижных или стационарных дождевых установок. Заметим, что в бывшем СССР по данным на 1980 год поливом методом дождевания было охвачено 34,4% всех орошаемых земель.
При орошении сельскохозяйственных земель имеет место подъем уровней грунтовых вод – как результат повышенной инфильтрации. Подъем уровней может вызвать заболачивание территорий, а в условиях жаркого климата и интенсивного испарения возможно и засоление сельскохозяйственных земель. В процессе орошения необходимо поддерживать уровень подземных вод на определенной глубине – глубине, исключающей развитие вторичного засоления почв. Эта глубина называется критической глубиной, а ее величина зависит, прежде всего, от климатических условий. Так, из опыта проведения оросительной мелиорации на хлопковых полях критическая глубина для степной зоны составила 1.2-–1.3 м, а для пустынь и полупустынь – 1.6–2.1 м [14].
Для поддержания требуемой критической глубины попутно с орошением осуществляется горизонтальный, вертикальный и комбинированный дренаж территории.
Наиболее часто привлекается горизонтальный дренаж закрытого типа (в виде гончарных или пластмассовых труб). Горизонтальный дренаж может быть постоянным, действующим в течение всего периода эксплуатации оросительной системы, и временный. Временный дренаж создается только на период освоения сильнозасоленных земель (1-3 года) и работает совместно с постоянным дренажем.
Вертикальный дренаж привлекается в виде скважин большого диаметра (1000–1200 мм) с гравийным фильтром. Глубина скважин зависит от гидрогеологических условий и задаваемой критической глубины. Откачиваемая вода в зависимости от химического состава может быть использована для орошения. Сильноминерализованные дренажные воды сбрасываются в коллекторную сеть и отводится за пределы орошаемого массива.
Комбинированный дренаж включает в себя горизонтальные дрены, вдоль которых пробурены скважины. Последние пробуриваются в проницаемый слой, подстилающий слабопроницаемые покровные отложения. Вода из скважин поступает в дрену самотеком. Глубина скважин обычно не превышает 15–25 м.
