Снижения минерализации коллекторно-дренажных вод биологическим способом и использования их в орошаемом земледелии

Актуальность и востребованность темы диссертации. В последние годы в мире увеличиваются площади земель подверженные деградации в сельском хозяйстве, в частности, 56 процентов земель ухудшается под действием процесса водной эрозии, 28 процентов от ветровой эрозии, 12 процентов за счет уменьшения в почве питательных элементов, засоления, загрязнения и 4 процента из-за процессов уплотнения, заболачивания и просадки1. В результате этого и в связи с дефицитом воды в 80 странах мира, каждый год 7 млн. гектаров посевных площадей выходят из сельскохозяйственного оборота, что создает проблему продовольственной безопасности в мире.
В Республике проводятся комплексные мероприятия по улучшению мелиоративного состояния орошаемых земель, повышению плодородия почв, эффективному использованию и изысканию дополнительных источников воды в условиях дефицита их. В результате восстановлены и отремонтированы коллекторно-дренажные сети протяженностью 38863 км, 52 шт мелиоративные насосные станции и 1344 шт колодцы вертикального дренажа, внедрены водосберегающие технологии полива: капельное орошение на площади 13,2 тыс. га, полив с применением мобильных гибких поливных труб на площади 18,0 тыс га и полив по экранированным пленкой бороздам на площади 16,8 тыс га., которые обеспечили улучшения мелиоративного состояния орошаемых земель на площади 1 млн. 200 тыс га. В Стратегии действий по пяти приоритетным направлениям развития Узбекистана в 2017—2021 годах предусмотрено дальнейшее улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель, развитие сети мелиоративных и ирригационных объектов, широкое внедрение в сельскохозяйственное производство интенсивных методов, прежде всего современных водо- и ресурсосберегающих агротехнологий. В этом направлении большое значение имеет расширение научных исследований по использованию орошения сельскохозяйственных культур коллекторно-дренажных вод путем смешивания их речной водой, и их влияния на мелиоративное состояние земель, а также внедрение их результатов в производство.
В практике орошаемого земледелия в мире (США, Китай, Индия, Израиль и др.) за счет применения в условиях дефицита воды научнообоснованных режимов орошения, использования коллекторно-дренажных и сбросных вод в качестве дополнительных источников воды, достигнуты экономия речных вод и повышения урожайности сельскохозяйственных культур на 10-15%. В связи с этим научные исследования посвященные снижению негативных последствий нарастающего дефицита воды в Республике путем использования коллекторно-дренажных вод с минерализацией сниженной биологическим способом в орошаемом земледелии.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПП-1958 от 19 апреля 2013 года “О мерах по дальнейшему улучшению мелиоративного состояния орошаемых земель и рациональному использованию водных ресурсов”, Стратегией действий по пяти приоритетным направлениям развития Узбекистана в 2017—2021 годах утвержденной Указом Президента Республики Узбекистан У П-4947 от 7 февраля 2017 года и другими нормативно-правовыми документами, принятых в этом направлении.
Целью исследований является изучение в условиях Бухарского региона снижение минерализации коллекторно-дренажных вод с помощью водных растений Ряска малая (Lemna minor), Пистия (Pistia stratiotes), Азолла (Azolla caroliniana) и разработка научно-практических рекомендаций по орошению хлопчатника улучшенными коллекторно-дренажными водами.
Научная новизна исследования:
впервые в коллекторно-дренажных водах Бухарской области в лабораторных условиях определены рост, развитие, образование биомассы водных растений Ряска малая (Lemna minor), Пистия {Pistia stratiotes) и Азолла (Azolla caroliniana)',
определены воздействие водных растений Ряска малая (Lemna minor), Пистия {Pistia stratiotes) и Азолла {Azolla caroliniana) на питательные вещества коллекторно- дренажных вод и эффективность снижения их минерализации;
в малых бассейнах вдоль коллекторов с высокой минерализацией были определены рост и развитие водного растения Ряска малая (Lemna minor) и её влияние на минерализацию коллекторно-дренажных вод;
определено влияние орошения коллекторно-дренажной водой биологически сниженной минерализацией на рост, развитие и урожайность хлопчатника сорта “Бухара-6”
Заключение
1. Орошаемые земли Бухарской области составляют 275,1 тыс. га, из них
170.1 тыс. га (61,8 %) земель с минерализацией грунтовых вод 1-3 г/л, 96,3 тыс га (35%) земель с минерализацией грунтовых вод 3-5 г/л, 8,5 тыс га (3,1 %) земель с минерализацией грунтовых вод 5-10 г/л и 1,2 тыс га (0,45 %) земель с минерализацией грунтовых вод более 10 г/л.
2. Для сельскохозяйственных нужд Бухарской области в год используется 4,1-4,3 млрд м3 водных ресурсов. Каждый год с орошаемых территорий области с помощью коллекторно-дренажных систем выводится
2.1 млрд м3 воды. В годы острого дефицита водных ресурсов можно повторно использовать 61,0%, а также 5,23% отводимых коллекторно-дренажных вод смешивая с речной водой использовать в орошаемом земледелии, что снижает негативные последствия дефицита водных ресурсов.
3. При выращивании в лабораторных условиях водного растения “Lemna minor' в дренажной воде с минерализацией 3-5 г/л были достигнуты самые хорошие результаты: количество хлора уменьшилось до 28 %, а количество сухого остатка до 18 %. При выращивании водных растений Pistia stratiotes и Azolla caroliniana установлены уменьшение в дренажных водах количества хлора до 19 % и 11 %, и сухого остатка до 10 % и 6 %.
4. В результате выращивания водного растения “Lemna minor" в лабораторных условиях коэффициент опреснения по сухому остатку составил 1,14-1,23 в дренажной воде с минерализацией 1-3 г/л, 1,28-1,29 в дренажной воде с минерализацией 3-5 г/л и 1,07-1,12 в дренажной воде с минерализацией более 5 г/л. Коэффициент опреснения по хлор иону составил 1,11-1,14 в дренажной воде с минерализацией 1-3 г/л , 1,33-1,39 в дренажной воде с минерализацией 3-5 г/л и 1,08-1,10 в дренажной воде с минерализацией более 5 г/л.
5. В лабораторных условиях в дренажной воде с минерализацией 1-3 г/л (1 вариант) за 120 часов покрытие поверхности воды водным растением “Lemna minor" составило 0,203-0,208 м2, в дренажной воде с минерализацией 3-5 г/л (2 вариант) оно составило 0,238-0,240 м2, что на 0,035 м2 больше, чем в первом варианте. Во втором варианте масса водного растения “Lemna minor" составила 238-251 грамм, что на 20-22 грамма больше чем в первом варианте.
6. В начале опыта количество хлора в дренажной воде бассейна, где выращивалось водное растение “Lemna minor" составляло 0,374 г/л, то к концу опыта оно снизилось на 22% и составило 0,291 г/л. Количество сухого остатка в начале опыта было 3,9 г/л, а к концу опыта оно составило 2,8 г/л и снизилось на 28%. При выращивании водного растения “Lemna minor" в воде открытой дрены, коэффициент опреснения дренажной воды по сухому остатку солей равен 1,29-1,39, а по хлор иону 1,26-1,29.
7. Рост и развитие хлопчатника связан с качеством оросительной воды. Если 1 августа во втором варианте, при орошении хлопчатника речной водой с добавлением биологически очищенной дренажной воды, высота главного стебля хлопчатника составила 88,1 см, количество симподиальных ветвей 13,3 шт, количество плодоэлементов 16,6 шт. и количество коробочек 6,2 шт, то в третьем варианте, при орошении речной водой напрямую смешанной с дренажной, высота главного стебля хлопчатника, количество симподиальных ветвей, количество плодоэлементов и коробочек были соответственно на 0,6 см; 0,5; 1,2; 0,6 шт. меньше, чем во втором варианте. В четвертом варианте, при орошении хлопчатника биологически очищенной дренажной водой, высота главного стебля хлопчатника составила 87,5 см, количество симподиальных ветвей 12,6 шт, количество плодоэлементов 15,8 шт и количество коробочек 5,6 шт, что соответственно на 5,1 см, 3,0; 4,4; 0,8 шт больше, чем показатели пятого варианта, где поливы проведены дренажными водами.
8. При определении влияния минерализации дренажных вод на массу хлопка-сырца одной коробочки, выяснилось, что при орошении хлопчатника с биологический очищенной дренажной водой (4 вариант) масса хлопка-сырца одной коробочки составил 5,0 гр, что на 0,6 гр больше, чем при орошении дренажной водой (5 вариант).
9. При орошении хлопчатника речной водой с добавлением биологически очищенной дренажной воды (2 вариант), средняя урожайность составила 37,8 ц/га, удельная чистая прибыль 840847 сум/га, уровень рентабельности 38,9 %, что на 3,7 ц/га больше урожайности хлопчатника, 250042 сум/га удельной чистой прибыли и 11,6 % уровня рентабельности, чем при орошении дренажными водами.
10. При орошении хлопчатника биологически очищенной дренажной водой (4 вариант), урожайность составила 32,3 ц/га, удельная чистая прибыль 356592 сум/га, уровень рентабельности 16 %, что на 4,2 ц/га больше урожайности хлопчатника и на 16 % уровня рентабельности, чем при поливе хлопчатника дренажными водами (5 вариант).
11. В годы сильного дефицита воды в целях снижения негативных последствий его, а также на землях, куда затруднена доставка речной воды, использование дренажных вод с минерализацией (3-5 г/л) для орошения хлопчатника сорта Бухара-6 путем снижения их минерализации с помощью водного растения “Lemna minor”, обеспечивает урожай хлопка-сырца 32,3 ц/га и уровень рентабельности-16,0 %.
12. Использование дренажных вод с минерализацией (3-5 г/л) для орошения хлопчатника сорта Бухара-6 путем снижения их минерализации с помощью водного растения “Lemna minor ”и смешанной с речной водой в равных количествах обеспечивает урожай хлопка-сырца 37,8 ц/га и уровень рентабельности-38,9 %.
13. Создаются возможности получения биогаза используя водное растение Lemna minor, как биоорганический отход, а также получение биоудобрения - продукта переработки использованного при снижении минерализации дренажных вод водного растения.