Russian Federation
The work is devoted to cotton productivity and water consumption under traditional and drip irrigation. Cotton is one of the main technical crops grown in Turkmenistan, which requires a large water consumption, so in this article the introduction of drip irrigation in cotton production is considered. The results are based on the analysis of statistical data and materials on agriculture of Turkmenistan of the current five years, as well as mathematical calculations and formulas. As a result of calculations on the volume of water for cotton irrigation, practical conclusions are made and solutions to the mentioned problems are proposed. Based on the results of the calculations, it is revealed that water consumption up to 30% less under drip irrigation than with the traditional method of irrigation, whereas water loss is minimized. Due to using of drip irrigation the amount of total water consumption for cotton growing in the country makes up (without losses) 7,78% of the water resources of Turkmenistan. The difference in water consumption and volume of yields between the two methods of irrigation is clearly visible. The use of drip irrigation system can influence positively on the increase of agricultural productivity. The use of drip irrigation has a beneficial effect on the condition and quality of the soil, which is mainly dependent on the used irrigation systems, the properties of used irrigation water and soil conditions. Restoration of the existing infrastructure of irrigation canals and the introduction of drip irrigation saves water resources not only in Turkmenistan but also in other Central Asian countries, and has a positive impact on the ecological situation in the Aral Sea basin.
Central Asia, Amu Darya river basin, drip irrigation, traditional irrigation, cotton growing.
Почвенные и водные ресурсы являются одними из самых важных природных ресурсов любой страны и основным фактором развития сельскохозяйственного производства для удовлетворения потребностей населения в продуктах питания. Рациональное использование этих ресурсов в социально и экономически развитом обществе очень важно.
Возросший недостаток водных ресурсов, связанный с приростом населения, развитием орошаемого земледелия и индустрии, а также переход с ирригационного режима спуска воды из главных резервуаров на энергетический стали причиной ряда кризисных явлений в странах бассейна реки Амударьи. Основные факторы кризиса мелиорации орошаемых земель в странах Центральной Азии объясняются снижением плодородия почв, их засолением, нехваткой воды для орошения, а также загрязнением водных источников дренажно-сбросными сточными водами. Учитывая указанное выше, можно сделать вывод, что ради улучшения эффективности и рационального использования оросительной воды в сельскохозяйственном производстве методы полива нуждаются в усовершенствовании.
В настоящее время для Туркменистана характерно заметное сокращение использования водных источников в сельскохозяйственных целях, с одной стороны, вследствие постоянных угроз засухи, а с другой – в результате увеличения объема воды, идущей на бытовые и промышленные нужды, в связи с ростом населения. Кроме того, в условиях увеличения народонаселения страны необходимо повысить эффективность систем полива и землепользования. Обновление уже существующих систем орошения и введение новых технологий как в Туркменистане, так и в других странах бассейна реки Амударьи будет не только способствовать более экономичному использованию водных ресурсов, но и поможет в решении проблемы засоления почв. Поэтому для сохранения экологического баланса, а также для обеспечения устойчивого развития сельского хозяйства стран Амударьинского бассейна следует рационально использовать земельные и водные ресурсы.
По причине снижения уровня воды в реках Аральского бассейна и нерационального забора воды для оросительных целей в последние несколько лет ежегодный приток воды в Аральское море уменьшился с 60 до 6–15 км3, а в особо маловодные годы – до 2–3 км3 [10, 13].
По данным NASA за 2014 г., акватория Аральского моря значительно сократилась, а выдуваемые ветром соли с высохшего дна моря вызвали широкомасштабные загрязнения почвы и воды, что неблагоприятно отражается на состоянии биологических ресурсов, экосистемы и здоровья населения. На рисунке 1 красной линией указаны пределы моря до 1960 г. [1].
Рисунок 1 – Снимок Аральского моря в середине августа 2014 г.
Рисунок 2 – Высохшее дно Аральского моря [9]
Туркменистан обладает значительными земельными ресурсами. Его территория составляет 49 120,9 тыс. га [11, 16]. К сельскохозяйственным угодьям относятся 39 927 тыс. га, или 81% территории, из них пастбища занимают 38 196,2 тыс. га, или 95,7%, орошаемые земли – пашня и многолетние насаждения – 1695,5 тыс. га, или 3,5% [2]. Орошаемые земли представляют собой важнейший источник существования сельского населения и с них получают основную массу продовольствия для населения и сырья для промышленности. Поэтому экономическое развитие сельского хозяйства Туркменистана напрямую зависит от размера поливных площадей, их качества и эффективности использования.
Водные ресурсы Туркменистана почти полностью (98%) формируются из трансграничных источников. Как показано в таблице 1, главным источником поверхностных вод для поливаемых земель Туркменистана является река Амударья. Нормы забора воды установлены и закреплены в ряде межгосударственных соглашений стран Центральной Азии. Согласно этим соглашениям, из Амударьи Туркменистану ежегодно выделяется 22,15 млрд куб. м воды, при водности года не менее 90%-ной обеспеченности [14–16]. В более засушливые годы объем водозабора определяется решением Межгосударственной координационной водохозяйственной комиссией (МКВК), в состав которой входят министры водного хозяйства стран Центральной Азии [3].
Таблица 1 Водные ресурсы Туркменистана [3]
Сельское хозяйство, главным образом хлопководство для внутреннего потребления и в целях экспорта, является ведущим сектором экономики Туркменистана. По сравнению с нефтью и
газом доходы от продажи хлопкового волокна и хлопчатобумажных изделий составляют относительно небольшую долю в экспорте Туркменистана (примерно 4% в 2011 г.), в то же время 15% от валового внутреннего продукта [4–6].
Из технических культур в Туркменистане выращивают преимущественно хлопок, требующий большого расхода воды, поэтому в этой статье мы анализируем внедрение капельного орошения в производство хлопка (см. рисунок 3).
Рисунок 3 – Процент площадей технических культур в Туркменистане (2011 г.)
По данным Государственного комитета Туркменистана по статистике, в 2011 г. было засеяно 556,4 тыс. гектаров и произведено 1096,5 тыс. т хлопка [5]. Таким образом, средняя урожайность хлопка по всей стране составляет 1,97 т/га. Исследования, проведенные в научно-исследовательском институте хлопка в Туркменистане, показали, что при использовании капельного орошения возможно сокращение расхода воды и повышение урожайности хлопка. Результаты анализа показаны в таблице 2.
Таблица 2 – Результаты по видам орошения [7]
Как видно из таблицы 2, при первом варианте полив производился по бороздам, то есть традиционным способом, а 2–4 варианты – с использованием капельного орошения. В результате этого анализа можно сказать, что при капельном орошении, расходуя воду на 1000–2000 м3/га меньше, чем при традиционном способе полива, возможно получение достаточно хороших урожаев.
Рисунок 4 – Полив полей по бороздам [8]
Рисунок 5 – Внедрение капельного орошения в хлопководстве
Определим расход воды и урожайность хлопка при традиционном и капельном орошении по всей стране.
При традиционном орошении. Предположим, что общая площадь хлопководства составляет 556,4 тыс. га и при нормальных условиях в Туркменистане на один гектар хлопкового поля тратится 5000 м3 воды. Получим количество воды, необходимое для орошения
, (1)
где Q – общий расход воды; S – площадь, q – расход воды по единице
Q = S * q = 556400 га * 5000 м3/га = 2782*106 м3,
а при урожайности хлопка 4,75 т/га можно собрать со всей территории:
Y = S х у, (2)
где Y – общая урожайность, S – площадь, y – урожайность по единице
Y = S * y =556400 га * 4,75 т/га = 2642900 т.
Сумма общего расхода воды для хлопководства страны составляет (без учета потерь) 11,12% от всех водных запасов Туркменистана. Однако результаты исследования Всемирного банка показывают, что потери оросительной воды в Центральной Азии достигают 79% (в основном за счет фильтрации воды из необлицованных земляных каналов, проложенных внутри отдельных хозяйств и между хозяйствами, а также испарения), тогда как общий показатель по развивающимся странам региона составляет около 60% [12].
При капельном орошении. Аналогичным образом определим общий расход воды и полученный урожай по формуле 1 и 2:
Q = S * q = 556400 га * 3500 м3/га = 1947,4 * 106 м3,
Y = S * y =556400 га * 5,79 т/га = 3221556 т.
При использовании капельного орошения объем общего расхода воды для хлопководства страны составляет, если не учитывать потери, 7,78% водных запасов Туркменистана. Здесь разница по расходу воды и урожайности между двумя способами орошения хорошо заметна.
Установка для подачи воды на капельное орошение состоит из насосного агрегата, гидроциклона, двухступенчатых напорных фильтров с кварцевой загрузкой, растворной емкости для введения раствора в виде азотных или фосфорных удобрений (см. рисунок 6).
Рисунок 6 – Производственная установка для системы капельного орошения
В связи с тем что исходная вода из источника содержит минеральные и органические загрязнения, в схему установки для задержания крупных примесей включен напорный гидроциклон, а мелкие частицы улавливаются на напорных фильтрах. Это обеспечивает надежность работы системы, предотвращает засорение насадок, диаметр которых 0,3–0,5 мм.
По результатам работы можно сделать следующие выводы.
Исходя из результата расчетов, приведенных выше, можно сказать, что при капельном орошении расходуется воды до 30% меньше, чем при традиционном способе орошения, а потери воды сводятся к минимуму.
Применение системы капельного орошения благотворно повлияет на урожайность сельскохозяйственной продукции.
Использование капельного орошения оказывает благоприятное влияние на состояние и качество почвы, которое в основном зависит от применяемых систем орошения, свойства используемой поливной воды и почвенных условий.
Восстановление инфраструктуры ирригационных каналов и внедрение капельного орошения позволит сэкономить водные ресурсы не только в Туркменистане, но и в других странах Центральной Азии и благоприятно отразится на экологической обстановке в бассейне Аральского моря.
1. Tayler, J.L. All Dried Up / [Text] / J.L. Tayler // American Scholar. - 2016. -№ 1. - Рp. 6-11.
2. Stanchin, I. Potencial rosta dohodov sel´skogo naselenija Turkmenistana na osnove al´ternativnyh sel´skohozjajstvennyh kul´tur [Potential of growth of income of the rural population of Turkmenistan based on alternative crops] [Text] / I. Stanchin, C. Lerman, D. Sedik // Issledovanija po politike perehoda sel´skogo hozjajstva [Research on the transition of agriculture policies]. - 2011. - Vol. 1. - 75 p. (in Russian)
3. Sostojanie okruzhajushhej sredy Turkmenistana [The environmental situation of Turkmenistan]. Programma OON po okruzhajushhej srede i Ministerstvo ohrany prirody Turkmenistana [United Nations Environment Programme and the Ministry of Nature Protection of Turkmenistan] [Text]. - Ashgabat, 2008. - 145 p. (in Russian).
4. Foreign Investment Climate [Text]. - Turkmenistan Country Review, 2013. - Рp. 85-87.
5. Staticheskij ezhegodnik Turkmenistana [Static Yearbook of Turkmenistan]. Gosudarstvennyj komitet Turkmenistana po statistike [State Statistics Committee of Turkmenistan] [Text]. - Ashgabat, 2012. - 355 p. (in Russian)
6. Pomfret, R. Resource management and transition in Central Asia, Azerbaijan and Mongolia [Text] / R. Pomfret // Journal of Asian Economics. - 2012. - Vol. 23. - Iss. 2. - Рp. 146-156.
7. Berdimyradov, D. Yyllyk hasabat [Tekst] / D. Berdimyradow // Türkmenistanyñ Mary welaýatynyñ Ýolöten şäherindaki pagtaçylyk institudy. - Ýolöten, 2013. - 6 р. (in Turkmen)
8. A cotton season: 7 week [Electronic resource] // URL: http://cottonaustralia.com.au/blog/article/week-7-slow-progress.
9. Aral´skaja katastrofa [The Aral Sea catastrophe] [Electronic resource] // URL: http://www.priroda.su/item/969. (in Russian)
10. Kulmedov, B. Istoricheskoe i gidrogeologicheskoe znachenie reki Amudar´ja dlja Aral´skogo morja [Historical and hydrogeological importance of Amu Darya river for the Aral sea] [Text] / B. Kulmedov, V.I. Shherbakov // Inzhenernye sistemy i sooruzhenija [Engineering Systems and Structures]. - 2014. - Nо. 3 (16). - Pp. 28-33. (in Russian)
11. Kulmedov, B. Ispol´zovanie kapel´nogo oroshenija sel´skohozjajstvennyh zemel´ v bassejne reki Amudar´ja [The use of drip irrigation of agricultural land in the Amu Darya basin] [Text] / B. Kulmedov, V.I. Shherbakov // Materialy VIII Мezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Materials of the VIII International scientific-practical conference]. - Sochi, Krasnaja Poljana, TEHNOVOD. - 2014. - Рp. 29-33. (in Russian)
12. Illarionova, F.F. Ustojchivoe ispol´zovanie vodnyh i pochvennyh resursov v Bassejne reki Amudar´ja [Sustainable use of water and soil resources in the Amudarya River Basin] [Text] / F.F. Illarionova // Sbornik po nailuchshej praktike ispol´zovanija tehnologij po racional´nomu prirodopol´zovaniju v Tadzhikistane, Turkmenistane i Afganistane [The collection of best practices in the use of technologies for environmental management in Tajikistan, Turkmenistan and Afghanistan]. - Dushanbe: OOO «Kontrast», 2012, - 120 p. (in Russian)
13. Indoitu, R. Dust emission and environmental changes in the dried bottom of the Aral Sea [Text] / R. Indoitu [et al.] // Aeolian Research. - 2015. - № 17. - Рp. 101-115.
14. Dursun, Y. Orta Asya’daki saatli bomba su sorunu [Text] / Y. Dursun // Bölgesel rapor - Ankara: Truva yayınları. - 2012. - 169 р. (in Turkish)
15. Thevs, N. Water consumption of agriculture and natural ecosystems at the Amu Darya in Lebap Province, Turkmenistan [Text] / N. Thevs [et al.] // Environmental Earth Sciences. - 2015. - Vol. 73. - № 2. - Рp. 731-741.
16. Valdez, R. Biodiversity, genetic diversity and protected areas in Turkmenistan [Text] / R. Valdez [et al.] // Journal Of Sustainable Forestry. - 1999. - Vol. 9. -№ 1/2. - 73 p.
