Автореферат (1151664), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

W_л = С_л Р_л - А_л Р_л². (7)

Эффективность использования атмосферных осадков в значительной степени зависит от эвапотранспирации на глубокоразрыхленных почвах, что связано не только с увеличением биологической массы растения, но и с доступностью ему почвенной влаги, нижний уровень которой определяется агрономически ценными макроагрегатами размером 0,25…10,0 мм.

Глубокое механическое рыхление почвы оказывает существенное влияние не только на структуру почвы и ее агрегатный состав указанного размера, но и на содержание других фракций, которые определяют формирование влагозапасов и их доступность растению. Оценка последействия структурных мелиораций осуществлялась по дифференциальной пористости (методика А. А. Роде, 1965) на капилляриметрах. Влага из образцов почвы удалялась дифференцированно по диапазонам (ступеням) разряжения. В процессе проведения лабораторных исследований установлено, что отток влаги из образцов почвы поверхностного тридцатисантиметрового слоя на разрыхленных участках увеличился при разряжении 0,01 МПа на 27,4 %, а суммарный - на 20,1%. При этом наблюдалось смещение верхнего предела влагоемкости почвы в сторону увеличения по наименьшей влагоемкости (f _нв) на 4,7 %, а по капиллярной влагоёмкости (f _кв) - на 16,8 %. Некоторое увеличение капиллярной влагоемкости объясняется увеличением пор диаметром 100 - 30 мкм, которое характеризуется соотношением 1 : 1,13. Увеличение капиллярной и снижение наименьшей влагоемкости сопровождается увеличением на 20 % продуктивных влагозапасов. При сравнении этих характеристик водоудерживающей способности почвы для разрыхленного поверхностного слоя и для неразрыхленных подстилающих горизонтов эти соотношения более значимы. Так, отток влаги до наименьшей влагоемкости из образцов горизонтов ненарушенной структуры меньше на 46,7 %. Значительно ниже и абсолютные значения характеристик: капиллярная влагоёмкость меньше на 8,7 %, а наименьшая влагоемкость больше на 5,4 %. Изменение наименьшей и капиллярной влагоемкостей сопровождалось соответствующим изменением продуктивных запасов влаги, что, в свою очередь, отражалось на условиях роста растений, поливном режиме и в целом на эффективности орошения.

Изучение количественных соотношений между водообеспечением культуры водой, ее урожайностью и эффективностью использования водных ресурсов было начато автором в 1974 г. Первые эксперименты были заложены в условиях юга Центральных Каракумов при возделывании кукурузы и люцерны на эоловых песках, а затем (1990 - 1991 гг.) продолжены на юге Западной Сибири - люцерны на орошаемых разрыхленных (на 0,5 м) южных черноземах (В.П. Максименко, 1986; В.П. Максименко и А.Б. Балкизов, 1993, 2000). Методикой исследований предусматривалось определение влияния предполивного уровня влагозапасов в расчетном слое почвы на формирование биологической массы культур, эвапотранспирацию с орошаемого поля и эффективность использования водных ресурсов при орошении дождеванием. Изучение элементов водного баланса осуществлялось с помощью больших лизиметров, заряженных почвой естественного сложения. Дневная поверхность лизиметра составляла 0,785 м² , высота монолита – более 2 м. Контроль за влажностью почвы велся с использованием нейтронных влагомеров. Эксперименты позволили выявить количественное соотношение между суммарным испарением за вегетационный период и урожайностью культур. В первых опытах с кукурузой (1974 г.) увеличение урожайности с 45,9 до 65,3 т/га сопровождалось изменением суммарного испарения соответственно с 10200 до 16040 м³/га. В 1976 г. при формировании зеленой массы кукурузы в 42,0 и 65,6 т/га израсходовано 6000 и 10330 м³/га. Аналогичные изменения наблюдались и в последующих опытах с люцерной, когда увеличение урожайности с 73,0 до 105,7 т/га соответствовало увеличению суммарного испарения с 8600 до 13660 м³/га. Затраты воды существенно отличались как для одной и той же культуры в разные по метеорологическим условиям годы, так и в зависимости от ее вида.

По существующим методикам многими авторами эта зависимость аппроксимировалась линейными уравнениями. Однако анализ удельных затрат воды на единицу продукции, характеризующих комфортность произрастания культуры в изменяющихся условиях водного питания, свидетельствует о том, что они сохраняли тенденцию уменьшения с увеличением уровня увлажнения до определенного предела, а затем вновь начинали увеличиваться. Такой характер связи отражает тот факт, что условия произрастания растений при принятых возрастающих уровнях водообеспечения были неодинаковыми. Судя по имеющимся изменениям, в установленном диапазоне предполивных влагозапасов было как недостаточное, так и избыточное обеспечение растений влагой. Поэтому утверждать, что между изучаемыми факторами существует линейная зависимость, не совсем корректно.

В работах С. К. Колотовой (1931), В. Р. Вильямса (1946), А. Н. Костякова (1961), С. И. Долгова (1969) показано, что действие воды на развитие растений протекает по волнообразной кривой. Анализ полученных экспериментальных данных относительно удельных затрат воды на единицу продукции также свидетельствует о нелинейной зависимости между изучаемыми факторами. В связи с тем что орошение применяется с целью получения планируемой урожайности сельскохозяйственных культур, нами выполнен регрессионный анализ зависимости урожайности культур от уровня их влагообеспечения, а также зависимости удельных затрат воды на единицу продукции от суммарных затрат воды, использованных для получения планируемой продуктивности культур. Расчеты, выполненные в абсолютных значениях, позволили аппроксимировать зависимости квадратичными уравнениями типа:

У_i = c + bW_i - aW_i² (8)

и ε_i = c - bW_i + aW_i², (9)

где Уi – урожайность сельскохозяйственной культуры, ц/га; Wi – затраты воды на формирование урожайности сельскохозяйственной культуры (Уi), м³/га; ε_i - затраты воды на единицу продукции, м³/ц; а, b и c – соответствующие коэффициенты. Их значения изменяются в зависимости от вида культуры, напряженности метеорологических и почвенных условий, то есть в каждом конкретном случае они будут разные. Чтобы выявить влияние только водного фактора на развитие растений, нами за критерий оценки был выбран вариант с наименьшими затратами воды на единицу продукции. Значения суммарного водообеспечения и урожайности культуры в других вариантах оценены по отношению к значениям выбранного оптимального варианта. По полученным относительным значениям был выполнен аналогичный регрессионный анализ, который показал, что существует закономерность, в соответствии с которой как для кукурузы, так и для люцерны рассматриваемую зависимость можно аппроксимировать одним квадратичным уравнением:

_i = 0,705 - 0,577_i + 0,942_i², (10)

где _i = W_i / W_opt ; _i = У_i / У_opt ; W_i – суммарные затраты воды (м³/га) за вегетационный период с поля, занятого культурой , и полученной соответствующей урожайностью У_i (ц/га); W_opt – суммарные затраты воды (м³/га), соответствующие урожайности У_opt (ц/га), сформировавшейся с наименьшими затратами воды на единицу продукции (ε_i, м³/ц).

Апробация полученной закономерности была продолжена в 1990 - 1991 гг. в условиях юга Западной Сибири при возделывании люцерны на глубоко-разрыхленных южных черноземах. Как и в предыдущих опытах, наблюдалась четкая тенденция уменьшения суммарного водопотребления при снижении уровня предполивных влагозапасов в почве и увеличения при росте урожайности. Наибольшее значение суммарного водопотребления люцерны зафиксировано в варианте с предполивной влажностью почвы 90 % НВ в 1990 г. (10003 м³/га) и на варианте 85 % НВ – в 1991 г. (10219 м³/га), а самое низкое - на варианте 65 % НВ. Регрессионный анализ, выполненный по той же методике, позволил получить типичные кривые, отражающие закономерность изменения урожайности культуры (рис. 6, 1) и затрат воды на единицу продукции (рис. 6, 2) от водообеспечения в абсолютных (рис.6, а) и относительных значениях (рис. 6, b):

_i = - 3,38 + 7,16_i - 2,84_i² ; r_ух = 0,91. (11)

έ_i = 3,11 – 3,57β_i + 1,56β_i²; r_ух = 0,89. (12)

Анализ данных и полученных зависимостей показал, что основным ограничивающим критерием оптимизации водного режима глубокоразрыхленных южных черноземов следует считать урожайность сельскохозяйственной культуры, достигаемую при поддержании предполивной влажности на уровне 70…75 % НВ. Режим орошения, ориентированный на поддержание такого уровня влажности почвы, обеспечивает наименьшие затраты воды на единицу продукции, расход оросительной воды снижается на 10…20 %, а урожайность сельскохозяйственных культур уменьшается лишь на 4…8 % по сравнению с максимально возможной.

Уравнения (10, 11 и 12) действительны в пределах 0,7    1,5 и 0,6    1,3. При этих граничных условиях для расчета режима орошения можно использовать следующие зависимости:

Зависимость суммарного водопотребления от урожайности культуры:

α_i = С_α - B_αη_i + A_αη_i², (13)

где α_i = E_уi/E_opt; η_i = У_i /У_opt; Е_уi - суммарное водопотребление при урожайности У_i, м³/га; Е_opt - суммарное водопотребление при урожайности У_opt (ц/га), соответствующей наименьшим затратам воды на единицу продукции, м³/га; зависимость урожайности культуры и затрат воды на единицу продукции от водообеспечения:

η_i = C_η + B_ηb_i - A_ηb_i², (14)

d_i = C_d - B_db_i + A_db_i², (15)

где b_i=W_i/W_opt; d_i=e_i/e_opt; У_i - урожайность (ц/га), соответствующая водообеспечению W_i (м³/га); У_opt - урожайность (ц/га), соответствующая водообеспечению W_opt (м³/га) при минимуме затрат воды на единицу продукции, получена при поддержании оптимального уровня предполивной влажности почвы в слое активного влагообмена; е_i - затраты воды на единицу продукции (м³/ц), соответствующие водообеспечению W_i; е_opt - минимальные затраты воды на единицу продукции, полученные при изменяющемся уровне водообеспечения на фоне равенства других факторов жизни растений. A, B и C - корреляционные коэффициенты (с соответствующими индексами), определяемые для почвенно-климатического региона. В случае их отсутствия можно использовать методику расчета оросительной нормы (М_i), устанавливаемой на основе водного баланса по формуле:

M = E_гр - W + H + q, (16)

Рис. 6. Зависимость урожайности культуры (1) и затрат воды (2) на единицу продукции от водообеспечения (W) в абсолютных (a) и относительных (b) единицах

где W - продуктивные запасы влаги в расчетном слое почвы, м³/га; Н - атмосферные осадки, м³/га; +q - влагообмен на нижней границе расчетного слоя почвы, м³/га; E_гр = К_opt  Е₀ – эвапотранспирация с поля с глубоким рыхлением почвы, м³/га; Е_о – рассчитывается по методике Н.В. Данильченко с соавторами (2000), м³/га ; К_opt – коэффициент, учитывающий необходимость снижения затрат воды для обеспечения водного режима почвы, при котором достигаются минимальные затраты воды на единицу продукции;  - коэффициент, учитывающий изменение потока влаги из разрыхленной почвы и устанавливаемый как отношение эвапотранспирации (E_гр, м³/га) с участков глубокого рыхления почвы к эвапотранспирации (E_п, м³/га) с участков районированной технологии подготовки почвы:

 = E_гр / E_п . (17)

Коэффициент () является интегральным показателем и, учитывая влияние глубокого рыхления почвы, в значительной степени зависит от биологических особенностей культуры и фазы ее развития:

 = f (C), (18)

где C - показатель, учитывающий фазу развития культуры, устанавливается как отношение _i / T; _i - продолжительность периода от посева до даты определения суммарного испарения, сут.; T – продолжительность вегетации сельскохозяйственной культуры, сут.

В диссертации приведены значения коэффициентов для почвенно-климатического региона южных черноземов, полученные водобалансовыми исследованиями на участках, обработанных рыхлителем РГ-0.5 на глубину 0,5 м.

Технологические процессы орошения в значительной степени зависят не только от условий формирования водного режима почвы, но и от ее впитывающей способности. Эксперименты по изучению изменения впитывающей способности почвы проводились одновременно на участках вспашки и глубокого рыхления деградированных южных черноземов как методом залива площадок, так и моделированием процесса полива дождеванием. Анализ кривых изменения водопроницаемости свидетельствует о том, что на участках, не подвергнутых глубокому рыхлению почвы, интенсивность впитывания воды в почву была значительно меньше. На контрольном варианте скорость впитывания изменялась от 1 мм/мин в начале затопления до 0,5 мм/мин в конце первого часа наблюдений; стадия фильтрации отмечена после 4 часов опыта и зафиксирована равной 0,39 мм/мин. На участке под паром скорость впитывания в первый час опытов изменялась от 1,3 до 0,9 мм/мин, через четыре часа опытов составляла 0,6 мм/мин. В то же время на варианте с глубоким рыхлением скорость впитывания в первую минуту была равной 5,8 мм/мин, к концу первого часа снизилась до 3,73 мм/мин, через четыре часа составила 2,6 мм/мин. Поэтому при прочих равных условиях величина достоковой нормы зависела от структурного состояния почвы. Исследованиями Ю. В. Алферова (1987, 1989) установлено, что на участках глубокого рыхления при поливе дождеванием достоковая норма была больше, чем на участках отвальной вспашки в 1,5, соответственно уменьшаясь к концу вегетационного периода в 2…2,4 и 2,3…4 раза. Влияние глубокого рыхления почвы на достоковую норму прослеживается в течение первых двух лет после его проведения.

Шестая глава посвящена анализу результатов опытно-производственной проверки применения технологии комплексной мелиорации уплотненных деградированных орошаемых южных черноземов юга Западной Сибири. Качественные и количественные зависимости влияния агротехнических мероприятий и доз органических удобрений на водно-физические и агрохимические свойства почвы, динамику гумуса и продуктивность травостоя культуры-мелиоранта, а также оценка эффективности использования солнечной энергии в получении растениеводческой продукции и повышении плодородия почв определены по данным многофакторного эксперимента. Апробировались следующие варианты мелиоративных мероприятий: I – вспашка на глубину 0,18…0,22 м (П); II – вспашка, глубокое рыхление РГ-0.5М на 0,4…0,5 м (ПР); III - вспашка, глубокое рыхление РГ-0.5М с внутрипочвенным внесением животноводческих стоков КРС (ПРС); IV – вспашка, глубокое рыхление РГ-0,5М, внесение птичьего помета (ПРПП). На этих фонах размещено шесть вариантов по дозам органических удобрений: 1 – без удобрений; 2 – 40; 3 - 60; 4 - 80; 5 – 100 и 6 - 120 т/га перепревшего навоза КРС. Органические удобрения и птичий помет внесены под основную обработку почвы. Размещение вариантов с органическими удобрениями осуществлено рендомизировано в соответствии с рекомендациями Б. А. Доспехова для культур сплошного сева.

Характеристики

Список файлов диссертации