Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Общая характеристика и сельскохозяйственная оценка природных условий западного прикаспия 14
1.1. Агроэкологическая оценка геоморфологических, литологических и климатических условий территории 14
1.2. Состояние развития агроэкологического формирования орошаемых земель и перспективы увеличения производства зерна в регионе 18
ГЛАВА 2. Научные основы и современное состояние оптимизация приемов повышения продуктивности мелиорированных земель 22
2.1. Анализ режима орошения и водопотребления кукурузы 22
2.2. Особенности водопотребления и режима орошения культурных растений на засоленных почвах 36
2.3. Водно-солевой режим почв и грунтов при различной глубине залегания фунтовых вод 41
2.4. Научное обоснование программирования урожая 44
2.5. Фотосинтетическая деятельность растений кукурузы в условиях орошения 61
ГЛАВА 3. Задачи, условия и методика проведения исследований 66
3.1. Почвенно-климатическая характеристика района проведения исследований 66
3.2. Задачи исследований 78
3.3. Методика проведения исследо ваний 83
ГЛАВА 4. Оптимизация режим орошения и водопотребления кукурузы при различных гидрологических условиях почвы 88
4.1. Водный режим почвы и глубина увлажнения при поливах 88
4.2. Характер контура увлажнения и поправочные коэффициенты поливных норм 95
4.3. Динамика влажности почвы, поливные и оросительные нормы кукурузы на зерно при различных режимах орошения и глубины залегания грунтовых вод 99
4.4. Суммарное водопотребление кукурузы при различных режимах орошения 110
4.5. Сравнительная характеристика экспериментально установленных величин суммарного испарения в сопоставлении с расчетными 124
4.6. Биологические коэффициенты определения элементов режима орошения кукурузы 128
4.7. Изменение гидрологических и солевых условий почвы в зависимости от режимов орошения 134
4.7.1. Динамика уровня и минерализации грунтовых вод при различных режимах орошения 134
4.7.2. Влияние гидрологических условий на солевой режим почвогрунта и грунтовых вод 141
4.8. Рост, развитие и продуктивность кукурузы в зависимости от режима орошения и глубины залегания грунтовых вод 160
4.8.1. Влияние режима орошения на фитометрические показатели Растений 160
4.8.2. Рост и развитие корневой системы 168
4.8.3. Урожай зерна кукурузы, его структура и качество 171
4.9. Изменение агрохимических свойств почвы под действием гидрологических факторов 176
4.9.1. Динамика нитратного азота в почве 177
4.9.2. Динамика содержания подвижного фосфора и обменного калия 180
ГЛАВА 5. Программирование урожаев 185
5.1. Факторы получения программированных урожаев в условиях орошения 185
5.2. Формирование сухой биомассы при различных уровнях минерального питания 192
5.3. Динамика нарастания ассимиляционной поверхности листьев 194
5.4. Оптимизация водного и пищевого режимов почвы при выращивании запланированных урожаев кукурузы на зерно 203
5.5. Фотосинтетические потенциалы и использование солнечной радиации посевами кукурузы 207
5.6. Вынос элементов питания кукурузой на зерно в зависимости от расчетных норм удобрений 214
ГЛАВА 6. Приемы возделывания кукурузы на зеленый корм при орошении 218
6.1. Разработка способов посева кукурузы на зеленый корм 220
6.2. Норма высева семян кукурузы на зеленый корм при сплошном рядовом посеве 222
6.3. Урожайность зеленой массы кукурузы сплошного посева при разных сроках уборки 223
ГЛАВА 7. Подбор предшественников и размещение кукурузы в звене севооборота 227
7.1. Научное обоснование размещения кукурузы по различным предшественникам 227
7.2. Засоренность посевов кукурузы по различным предшественникам и при бессменном возделывании 231
7.3. Пораженность растений кукурузы болезнями при чередовании и бессменном посеве 223
7.4. Фотосинтетическая деятельность посевов, урожайность и качество зерна кукурузы по различным предшественникам 235
ГЛАВА 8. Ресурсосберегающие приемы повышения продуктивности адаптивных гибридов кукурузы 249
8.1. Биологические урожаи гибридов кукурузы по продолжительности вегетационного периода при различных КПД ФАР, ц/га 250
8.2. Оптимизация водного режима различных биологических групп гибридов кукурузы 251
8.3. Особенности фотосинтетической деятельности гибридов кукурузы 252
8.4. Продуктивность и качество зерна гибридов кукурузы при разных условиях минерального питания 255
ГЛАВА 9. Экономическая и энергетическая эффективность оптимизации приемов технологий возделывания кукурузы 262
9.1. Экономическая и энергетическая оценка эффективности различных режимов орошения кукурузы на зерно 262
9.2. Экономическая эффективность и энергетическая оценка приемов программирования урожая кукурузы 265
9.3. Агроэкономическая и энергетическая оценка эффективности размещения кукурузы по различным предшественникам 268
9.4. Экономическая и биоэнергетическая эффективность возделывания адаптивных гибридов кукурузы 270
Производственные опыты
- Агроэкологическая оценка геоморфологических, литологических и климатических условий территории
- Особенности водопотребления и режима орошения культурных растений на засоленных почвах
- Водный режим почвы и глубина увлажнения при поливах
- Факторы получения программированных урожаев в условиях орошения
Введение к работе
По площадям орошаемых земель Западные Прикаспия занимает одно из первых мест в Российской Федерации. В условиях Дагестана площадь орошаемых земель превысила 350 тыс. га. После завершения строительства Сулакского, Терского и С амурского гидроузлов станет возможным обеспечить поливами в ближайшие 20 лет около 500 тыс. га орошаемых земель. Важнейшей задачей сельского хозяйства при этом будет увеличение производства зерна и кормов. В прошлом эта проблема решалась в основном за счет расширения посевных площадей, в настоящее время основной путь увеличение производства зерна и кормов — рост урожайности за счет существенного улучшения использования мелиорированных земель.
Кукуруза - одна из основных зерновых культур Дагестана. Площадь ее посева составляет 50 тыс. га. Наличие достаточных термических и водных ресурсов позволяет получать на этих землях многим хозяйствам оптимальные урожаи зерна и зеленой массы культуры, однако средний урожай по республике не превышает 15-17 ц/га зерна и 100-120 ц/га зеленой массы. Одной из главных причин низкой урожайности является в той или иной степени засоленность орошаемых земель, близкое расположение к поверхности почвы минерализованных фунтовых вод.
Отсутствие научно-обоснованных режимов орошения, бессистемное использование поливной воды создают на таких почвах условия ухудшающие их мелиоративное состояние.
Одним из важнейших путей, в этой связи, повышения продуктивности мелиорированных земель и увеличения объема производства зерна и зеленой массы кукурузы является внедрение в практику орошаемого земледелия технологии получения запланированных урожаев, которое предусматривает комплекс взаимосвязанных агротехнических мероприятий, сохраняющих почвенное плодородие и оптимальное экологическое состояние окружающей среды. Разработке теоретических основ и практических приемов оптимиза б ции водного режима почвы поливами, динамике уровня грунтовых вод и водно-соле во го режима почв, разработке приемов получения запланированных урожаев, сортов и гибридов, а также сочетанию факторов повышения продуктивности и качества зерна кукурузы были подчинены исследования, положенные в основу настоящей диссертационной работы.
На основе многолетних исследований и производственных испытаний, проведенных в 1990-1999 годы, в предлагаемой к защите диссертации дается обоснование использования гибридов и сортов кукурузы с широкой агроэкологическои адаптивностью, разработка технологии их выращивания и совершенствование теоретических и практических основ повышения урожайности и качества зерна.
Вопросами изучения режима орошения кукурузы в условиях Дагестана занимались М.П. Склярова (1968), Ш.М. Меджидов (1972). Кроме того, следует указать на исследования М.К. Залова и Н.Ю. Кельбиева, выполненные в Дагестанском НИИСХ совместно с сотрудниками отдела земледелия в 1962-1965 гг.
Большая заслуга в изучении и разработке научно-обоснованных севооборотов и технологий возделывания зерновых культур и в т.ч. кукурузы в орошаемых условиях в период с 1969 по 1982 гг. принадлежит доктору с.-х. наук, профессору Г.Н, Гасанову.
Однако, разработанные ими рекомендации пригодны лишь для благоприятных по мелиоративным условиям почв и не могут решать проблемы для районов с засоленными почво-грунтами.
Недостаточно проводились исследования по таким вопросам, как подбор гибридов и сортов. Мало изучались вопросы минерального питания, нормы высева, способы посева и густоты стояния растений, а также технология получения запланированных урожаев на основе применения рассчитанных доз удобрений. Учитывая это, нами были исследование следующие проблемы: 1. Изучить водный режим орошаемых участков при близком уровне грунтовых вод;
2. Определить влияние различных режимов орошения на динамику влажности почвы, установить суммарное водопотребление кукурузы и долю участия в нем грунтовых вод при различных режимах орошения;
3. Дать сравнительную характеристику экспериментально установленных величин суммарного испарения в сопоставлении с расчетными;
4. Установить биологические и биофизические коэффициенты;
5. Изучить влияние различных режимов орошения на водно-солевой режим почв грунтов и динамику грунтовых вод;
6. Установить влияние различных режимов орошения на рост и развитие надземной и подземной частей растений кукурузы;
7. Изучить динамику питательных веществ в почве в зависимости от уровня влагообеспеченности почвы;
8. Научно и практически обосновать приемы получения 50, 60, 80 ц/га зерна кукурузы по сумме температур и приходу фотосинтетически активной радиации (ФАР);
9. Разработать системы удобрений, мортов и гибридов кукурузы, обосновать дозы удобрений и коэффициенты использования питательных веществ из почвы и удобрений на запланированный уровень урожайности в пределах 60-100 ц/га;
10. Изучить реакцию кукурузы на силос и зеленый корм на нормы высева семян, способы посева и сроки уборки;
11. Дать комплексную оценку различным гибридам и сортам по урожаю и качеству зерна в зависимости от уровня минерального питания;
12. Определить влияние различных предшественников на продуктивность зерна кукурузы;
13. Рассчитать экономическую и энергетическую эффективность режимов орошения и технологии возделывания различных гибридов и сортов кукурузы; 4. Определить эффективность расчетных доз минеральных удобрений для получения запланированных урожаев кукурузы.
Научная новизна результатов исследования состоит в том, что: впервые для орошаемых земель Западного Прикаспия дано теоретическое обоснование, разработан и исследован оптимальный режим орошения кукурузы для мелиоративно-неблагоприятных почв, обеспечивающие получение оптимальных урожаев культуры;
для различных уровней урожайности установлены численные значения биологических и биоклиматических коэффициентов, которые предложены использовать для прогноза расхода воды растениями кукурузы за неделю, месяц, оросительный сезон составлением прогностической, корректирующей и оперативно-текущей программ управления водным режимом почвы;
определены параметры продуктивности различных сортов и гибридов кукурузы;
выявлена эффективность минеральных удобрений при разном режиме влажности и возможность в полевых многофакторных опытах равнинной зоны Дагестана получения 50-60-80 ц/га зерна различных гибридов; определены чистый энергетический доход, коэффициент энергетической эффективности, биоэнергетический коэффициент посева и энергетическая себестоимость зерна кукурузы в зависимости от режима орошения и уровня азотного и фосфорного питания.
Основные положения, выносимые на защиту: водно-солевой режим почвы в условиях с близким залеганием грунтовых вод и засоленности почвы;
режим орошения и водопотребления кукурузы на зерно в зависимости от глубины залегания уровня групповых вод;
динамика уровня и минерализации грунтовых вод в зависимости от режимов орошения; солевой режим почв грунтов в зависимости от режимов орошения и уровня грунтовых вод;
численные значения биологических и биоклиматических коэффициентов для прогноза расхода влаги;
теоретическое и экспериментальное обоснование продуктивности различных сортов и гибридов кукурузы в зависимости от фонов минерального питания;
влагообеспеченности и уровня минерального питания на получение запланированных урожаев, структуру и качество зерна — в различных почвенных условиях зоны;
обоснование оптимальных норм высева семян, способов посева и сроков уборки кукурузы на зеленый корм в условиях орошения; научно-практическое обоснование влияния различных предшественников на фитосанитарное состояние посевов кукурузы, фотосинтетическую деятельность растений и продуктивность культуры;
экономическая и энергетическая эффективность возделывания кукурузы на зерно;
производственная проверка результатов исследований при выращивании различных сортов и гибридов кукурузы на зерно.
В результате проведения полевых исследований получены данные, характеризующие изменение водно-солевого режима почв и грунтовых вод и высоты капиллярного поднятия грунтовых вод на солончаковатых тяжелосуглинистых почвах. Установлена закономерность динамики влажности почвы при различных уровнях грунтовых вод. На основании литературных данных составлено уравнение, по которому можно вывести биологические коэффициенты для кукурузы на зерно. Разработаны биологические и биофизические коэффициенты в качестве элементов режима орошения. Решен вопрос влияния различных режимов орошения и уровней залегания грунтовых вод в ЙОДНОМ балансе почвы. Дана сравнительная характеристика суммарных испарений, полученных экспериментально, с теоретическими величинами. Эти результаты могут быть использованы при решении вопроса мелиорации засоленных, с близким залеганием уровня грунтовых вод земель, а также при проектировании оптимальных режимов орошения кукурузы на зерно в аналогичных условиях.
Доказана возможность получения запланированных урожаев 50, 60, 80 ц/га на основе внесения расчетных норм удобрений в течение вегетации, поддерживая влажность на уровне 70-75-80% НВ. Дана сравнительная характеристика продуктивности гибридов и сортов кукурузы различной скороспелости. Кроме того, научно и практически обосновано влияние различных предшественников на продуктивность культуры.
Установлены зависимости между:
- фотосинтетическим потенциалом посевов и урожайностью кукурузы;
- урожаем кукурузы и степенью засоленности почвы и минерализацией грунтовых вод;
- фотосинтетическим потенциалом и чистой продуктивностью фотосинтеза посевов;
- густотой стояния растений и суточным приростом биомассы на 1 гектар.
Теоретическая и практическая значимость работы. Предложены производству оптимальные режимы орошения кукурузы на зерно для неблагоприятных и благоприятных в мелиоративном отношении орошаемых земель, позволяющие хозяйствам АПК Западного Прикаспия сэкономить поливную воду на 30% и увеличить урожайность зерна кукурузы на 20-25 ц/га, при наименьших экономических и энергетических затратах.
Разработанный метод управления водным режимом почвы с использованием биологических и биоклиматических коэффициентов испарения и прогнозов обеспечивает поддержание влажности активного слоя почвы в установленных для получения планируемых урожаев пределах оптимальности.
Практический интерес представляет разработка технологии получения запланированного урожая зерна кукурузы на уровне 40-60-80 ц/га. Разработана технология возделывания сортов и гибридов кукурузы, обеспечивающая повышение урожайности высококачественного зерна в среднем на 45-50 %, рекомендованы производству наиболее целесообразные дозы минеральных удобрений, способствующие не только увеличению урожайности, но и повышению качества зерна.
Работы автора по внедрению в республике интенсивных технологий возделывания основных зерновых культур, новых гибридов кукурузы отмечены почетным званием «Заслуженный агроном Республики Дагестан», несколькими грамотами.
Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по возделыванию кукурузы по интенсивной технологии в Дагестане (1986), научно-обоснованной системы ведения сельскохозяйственного производства Дагестана (1978, 1983, 1998 гг.). Основные положения диссертации изложены в книгах «За высокие урожаи кукурузы», Махачкала, 1975 г. (54 стр.); «За высокие урожаи», Махачкала, 1985 г. (105 стр.); «За высокие урожаи кормовых культур», Махачкала, 2000 г. (94 стр.); «Ресурсосберегающие приемы технологии возделывания кукурузы» Махачкала, 2002 (44 стр.).
Научные разработки автора нашли применение в хозяйствах Казбе-ковского, Кизилюртовского, Кизлярского, Хунзахского, Хасавюртовского районов Республики Дагестан и, в свое время, в Шалинском районе Чеченской республики. Внедрение оптимальных режимов орошения и научно-обоснованных норм удобрений в кукурузосеящих хозяйствах Дагестана способствуют переходу к ресурсосберегающей системе орошаемого земледелия, защите почв от вторичного засоления и заболачивания. Это обеспечит снижение себестоимости кукурузы на зерно и зеленую массу, повысит рентабельность кукурузоводческих хозяйств, будет иметь большое значение в деле общего оздоровления экологической обстановки в орошаемых условиях Западного Прикаспия.
Апробация работы. Основные результаты наших исследований были доложены на республиканских научно-производственных конференциях: «Индустриализация, специализация и концентрация производства - основа дальнейшего развития сельского хозяйства», Махачкала, 1977 г.; научно-практической конференции молодых ученых Дагестана, Махачкала, 1977 г.; конференции, посвященной итогам географических исследований в Дагестане, Махачкала, 1978 г.; конференциях: «природно-ресурсный и экономический потенциал горных и предгорных регионов России», Владикавказ, 1996 г.; «Состояние и перспективы развития животноводства Дагестана», Махачкала, 1996 г.; «Состояние и перспективы развития земледелия в Дагестане», Махачкала, 1996 г.; «Наука и социальный прогресс», Махачкала, 1997 г.; «Проблемы развития крестьянских хозяйств Дагестана», Махачкала, 1998 г.; «Проблемы земельных отношений в Республике Дагестан», Махачкала, 1998 г.; «Общественное и личное в аграрном секторе экономики Республики Дагестан», Махачкала, 1998 г.; Международных научно-практических конференциях: «Проблемы генетики, селекции и интенсивной технологии сельскохозяйственных культур», Душанбе, 1987; «Медико-биологические проблемы экономической безопасности АПК», Сергиев Посад, 1996 г.; «Использование аридных земель», Астрахань, 2001 г., «Растительные ресурсы и биотехнология в агропромышленном комплексе» Владикавказ, 1999; «Современные аспекты биологизации и экологизации земледелия» Орел, 1999; «Экологические безопасные технологии в сельскохозяйственном производстве XXI века» Владикавказ, 2000; «Современные проблемы формирования агропромышленного комплекса» Владикавказ, 2003; «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки с.х. продукции» а также ежегодных отчетных конференциях профессорско-преподавательского состава Дагестанской ГСХА с 1978 по 2001 гг.
Все исследования, именовании которых написана настоящая диссертационная работа, выполнены лично автором, а отдельные вопросы сотрудниками кафедры растениеводства, кормопроизводства, генетики и селекции
Дагестанской ГСХА под его руководством и при его участии. Анализ по оп t
ре делению солевого режима почв и грунтовых вод, химического состава почв и растений, а также по качеству зерна выполнены в агрохимической и аналитической лабораториях Дагестанского НИИСХ и в аналитической лаборатории кафедры земледелия, мелиорации и агрохимии Дагестанской ГСХА.
Исследования являлись составной частью тематического плана Дагестанского НИИСХ (1971-1976 гг.); госбюджетной темы Дагестанского СХИ (1980-1995 гг.), а с 1996 по 2000 годы составной частью инвестиционной госбюджетной темы академии, выполненной под руководством и при участии автора. Тема в 1996 году прошла Всероссийский конкурсный отбор, заняла призовое место и намечалось инвестировать по первой категории значимости.
Агроэкологическая оценка геоморфологических, литологических и климатических условий территории
Территория Западного Прикаспия по своим природным условиям делится на три зоны: горная, предгорная, равнинная и включает в себя административные районы Дагестана и Чеченской Республики Южного Федерального округа РФ.
Горная зона Республики Дагестан имеет отметки выше 1000 м над уровнем моря и охватывает территорию площадью 2,12 млн. га. Пашня на всей территории горной зоны размещена на склоновых землях. Невозможность применения орошения, расчлененность рельефа и мелкоконтурность полей, где затруднена возможность применения механизации, не позволяют вести здесь интенсивное земледелие. В экономике этой зоны важную роль играют земли, выделенные им на равнине и используемые как главный источник получения зерна и кормов. Так, из 122,2 тыс. гектар пашни, находящейся в пользовании хозяйств этой зоны, лишь #0,4 тыс. находится в горах. Остальные 81,8 тыс. гектаров расположены на равнине и преимущественно являются орошаемыми.
Предгорная зона от 200 до 1000 м над уровнем моря занимает 0,84 млн. га площади или 15,8% территории Дагестана. В пользовании хозяйств этой зоны находится 15% сельскохозяйственных угодий и 22% пашни республики. Однако, и они имеют орошаемые земли на территории равнины, где возможно орошение и более интенсивное использование пашни.
В пределах равнинного Дагестана СУ. Керимхановым с соавторами (1967) выделены три почвенно-климатические подзоны: Северная полупустынная (Терско-Кумская полупустыня), Северная равнинная (Терско-Сулакская дельтовая равнина) и Южная равнинная.
Климат Терско-Кумской полупустыни сухой континентальный. Среднегодовая температура составляет 11, среднемесячная температура самых холодных зимних месяцев (январь-февраль) 2,3-3,1 мороза, а летних (июль-август) 24,1-25,4. Продолжительность безморозного периода равна 196 дням, сумма положительных температур 4211. Сумма средних суточных температур воздуха за период с температурой выше 5 и 10 составляет 4076 и 3770 соответственно. Даты перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 - 1 марта и 15 декабря. В течение года выпадает по средним многолетним данным 292 мм осадков. Гидротермический коэффициент в апреле -0,8, мае-июне - 0,6, июле-октябре - 0,4-0,5. Летом отмечаются частые и продолжительные засухи. Относительная влажность воздуха в мае-августе месяцах опускается до 40-43%.
Северная равнинная подзона охватывает территории основных районов с развитым зерновым хозяйством: Хасавюртовского, Бабаюртовского, Кизил юртовского, Кизляре кого и часть Тарумовского. Лето здесь жаркое и сухое, зима холодная (приложение 3).
Годовое количество осадков возрастает с севера на юго-восток от 307 до 480 мм, а сумма положительных средних температур воздуха выше 5 при этом снижается от 4051 до 3830-3961. Из общего количества осадков около 70% выпадает за вегетационный период сельскохозяйственных культур.
Величина испарения воды с поверхности почвы достигает 800-900 мм, что свидетельствует о значительном повышении расхода воды над ее поступлением. Относительная влажность воздуха в период формирования урожая озимых хлебов - май-июнь составляет соответственно: в Кизляре 50 и 49%, в Бабаюрте и Хасавюрте 52-50%. За каждый из этих месяцев в среднем 5 дней бывают с атмосферной засухой или суховеями. По показателям гидротермического коэффициента территория района относится к засушливой и очень засушливой подзонам.Южная равнинная подзона включает территории Ленинского, С-Стальского, Дербентского, Магарамкентского, Касумкентского и Табасаранского районов.
Среднегодовая температура воздуха составляет 10,6-12,6. Продолжительность безморозного периода 210-248 дней. Сумма положительных среднесуточных температур воздуха выше 5 и 10 соответственно 3783-4367 и 3457-3917.
В течение года выпадает 350-420 мм осадков, из которых на вегетационный период приходится 45-50%. Гидротермический коэффициент равен 0,7-0,8.
Почвы. Территория равнинного Дагестана неоднородна по почвенному покрову. В пределах Терско-Кумской полупустыни СУ. Керимхановым (1976) выделены пять почвенных районов: 1. Район бугристых песков, представленный преимущественно слабозадер-нелыми и подвижными песками. В массиве этих песков встречаются луго-во-болотные почвы. По механическому составу они супесчаные, реакция почвенного раствора нейтральная рН = 7,2. Содержание гумуса 0,2-0,7%, содержание плотного остатка верхнего (0,5 м) слоя почвы достигает 0,33-0,40%. 2. Район светло-каштановых и лугово-каштановых солончаковых почв. В северной половине распространены светло-каштановые супесчаные почвы, засоленность их выражена слабо и возрастает с севера на юг. 3. Район солончаков с преобладанием среднесуглинистых разностей. Глубина залегания грунтовых вод в пределах от 0,5-1,5 до 2-2,5 м. 4. Район Бажиганских песков, в отличие от других песков здесь не выражено засоление верхних слоев почвы (плотный остаток не превышает 0,15%). Очень бедны они питательными веществами. 5. Район слабозакрепленных песков и солончаков. Рельеф района характеризуется чередованием бурунов с межбурунными понижениями. В почвенном покрове солончаке встречаются в комплексе с лугово-каштановыми почвами. В Терско-Сулакской равнине выделяются четыре почвенных района: 1. Район аллювиально-луговых и лугово-каштановых засоленных почв, охватывающий Юго-Восточную часть Тарумовского и основную часть Киз-лярского районов. Почвы этого района содержат 2 : 2 6% гумуса, но слабо обеспечены доступными элементами питания растений, характеризуются относительно лучшими водно-физическими свойствами. 2. Район лугово-болотных почв, солончаков и приморских песков. Он тянется вдоль побережья Каспийского моря и включает восточные окраины Кизлярского, Бабаюртовского и часть Кизилюртовского районов. Лугово-болотные почвы сочетаются с солончаками. Уровень залегания минерализованных (до 2,5-3,0 г/л) грунтовых вод - 0,5-1,2 м. 3. Район луговых и лугово-каштановых почв, охватывающий значительную часть Бабаюртовского и Кизилюртовского, а также восточную часть Хасавюртовского района. Значительная часть почв этой территории представлена засоленными разностями. Грунтовые воды слабо и средне минерализованы и залегают на глубине 1,5-2,0 м. 4. Район темно-каштановых и лугово-каштановых почв, включающий запад ную часть Хасавюртовского района, является наиболее благоприятным для ведения сельского хозяйства. По механическому составу почвы здесь тяжелосуглинистые или глинистые, содержание гумуса составляет 3,0 5,2%. Грунтовые воды слабо минерализованы или являются пресными и залегают глубже 7-10 м.
Особенности водопотребления и режима орошения культурных растений на засоленных почвах
Вопросы водообмена и водоснабжения сельскохозяйственных растений на засоленных почвах до настоящего времени изучены недостаточно. Объясняется это тем, что действие солей на растения двойственно по своей природе. С одной стороны, скопление солей в почве, повышая осмотическое давление почвенного раствора, сильно снижает доступность воды для корней, а с другой - некоторые соли действуют на растения как специфические яды (Б.Н. Строганов, 1973).
Основными причинами отрицательного действия солей на растения являются нарушения: водного режима растений, их пищевого режима и процесса фотосинтеза.
Под влиянием засоленности почвы нарушаются эти функции, а также нормальное водоснабжение растений. По данным Н.А. Максимова (1962), В.А, Новикова (1943) отрицательные свойства имеющихся в почве солей сводятся прежде всего к повышению осмотического давления почвенного раствора, затрудняющего набухание и прорастание семян. Исследования Л.П. Розова (1932, 1956) показали, что соли связывают в почве некоторое количество воды. А.А. Роде (1965) считает, что под влиянием засоления почвы уменьшается количество доступной для растений воды. Скопление даже безвредных солей повышает осмотическое давление почвенного раствора, нередко приводит почву к физиологической сухости и вследствие этого затрудняется водоснабжение растений. При этом наблюдается такое явление, когда при достаточной влажности почвы растение не в состоянии полностью обеспечить себя водой (Б.П. Строганов, 1962).
По данным B.C. Шардакова (1957), водоудерживающая сила засоленной почвы изменяется от содержания в ней как солей, так и воды; сильно засоленная почва при высокой степени увлажнения имеет водоудерживающую силу в 17 атм., тогда как почвы при такой же степени увлажнения, но слабо-засоленные удерживают воду с силой 11 атм.
Если содержание воды в почве резко снижается, то при сильном засолении водоудерживающая сила почвенного раствора возрастает до 143 атм., а на слабозасоленной почве она составляет около 35 атм. (В.П. Строганов, 1962).
Л.Ф. Федоровский (1950), повышая осмотическое давление почвенного раствора хлористым натрием, сернокислым натрием наблюдал резкое снижение поступления воды в органы растения.
Согласно Д.Г. Виленскому (1930), вредное действие солей заключается в их токсичности и в создании физиологической сухости почвы. В.А. Бу-рыгин (1942) считает, что на засоленных почвах с периода набухания семян и до созревания водный режим угнетенных растений резко отличается от водного режима нормально произрастающих растений. Так, В.А. Новиков (1960) указывает, что после поглощения семенами незначительного количества воды коллоидные ткани набухают и дальнейшее поглощение воды для достижения «влажности развития всходов» (86-93%) не представляется возможным, так как осмотическое давление клеточного сока в семенах становится меньше, чем почвенного раствора.
В.А. Бурыгин (1942) приходит к выводу, что на засоленных почвах повышается общее содержание воды в листьях хлопчатника и снижается интенсивность транспирации, что автор склонен рассматривать как защитное приспособление, обеспечивающее регуляцию концентрации клеточного сока.
Под влиянием засоления почвы нарушается ход биологических процессов у растений, но отрицательные свойства засоленных почв не исчерпываются только высоким осмотическим давлением. Соли при их высоком содержании в почвенном растворе снижают плодородие почвы, угнетают растения (А.А. Шахов, 1956).
Анализ литературных данных свидетельствует о том, что результаты исследований многих авторов, проведенных с различными культурами, не позволяют установить строгую закономерность в изменениях водообмена растений, произрастающих в условиях засоления.
Б.В. Федоров (1967) пишет: «нельзя принимать границу допустимой предполивной влажности для всех почв одинаковой, равной 70% НВ. Ее необходимо дифференцировать не только по водно-физиологическим константам, но и по подверженности почв засолению».
На орошаемых землях, подверженных засолению, необходимо регулировать концентрацию почвенного раствора и содержание солей в корнеобитаемой слое. В течение вегетационного периода солеустойчивость растений изменяется: наиболее чувствительны они к засолению в начале вегетации и в фазу цветения. Эти особенности необходимо учитывать при назначении сроков и норм поливов (X. Дрегне, В.Р. Волобуев, 1967; С.С. Пирузян, 1959).
При разработке мероприятий, улучшающих водоснабжение растений на засоленных почвах, предусматривается снижение водоудерживающей силы почвы разбавлением концентрации солей в почвенном растворе и максимальное удовлетворение растений водой в течение всего вегетационного периода. Учитывая это, С.Н. Рыжов (1948, 1957) и др. рекомендуют на засоленных почвах в течение вегетационного периода поддерживать повышенную влажность почвы в корнеобитаемой зоне, чего можно достичь путем частых поливов небольшими нормами и поливами при более повышенной влажности почвы.
Водный режим почвы и глубина увлажнения при поливах
При разработке поливных режимов наиболее сложным является вопрос глубины увлажнения, т.е. определение расчетного слоя почвы с учетом почвенно-гидрологических условий и биологических особенностей кукурузы.
Глубина увлажнения при поливах, в основном, определяется мощностью корневой системы. Для растений достаточно ли увлажнить корнеоби-таемый слой почвы или же надо его промочить на глубину максимального проникновения корневой системы,пока остается неясным.
Многие ученые (А.С. Кружилин, 1977 и др.) глубину увлажнения связывают с активным слоем почвы, в котором расположены до 80% корней.
Учитывая зависимость глубины проникновения корневой системы от влажности почвы, О.Г. Грамматикати (1966, 1974), с целью создания резервных запасов влаги, указывает на необходимость увлажнять при поливах слой почвы в 2-3 раза превышающий корнеобитаемый, К такому же мнению приходит и КС. Петинов (1974).
А.Н. Костяков (І951) указал на необходимость при установлении глубины увлажнения учитывать особенности почвенных условий, т.е. она должна быть меньше глубины залегания соленосного горизонта и капиллярной каймы фунтовых вод.
Наши наблюдения за влажностью почвы до начала поливов показали тесную взаимосвязь между грунтовыми водами и влажностью на тяжелосуглинистых солончаковатых почвах.
При УГВ до 1,3 м от поверхности почвы иссушение ее отмечается до глубины 40 см, где размещается основная масса корней (80-90%). В более глубоких слоях почвы, из-за отсутствия корней, влажность изменяется мало, тогда как в 0-40 см слое снижалась резко. Следовательно, максимальная глубина зоны иссушения при УГВ 1,3 мив наших опытах соответствует 0-60 см.
Из рисунка 2 видно, что при глубине залегания грунтовых вод 1,8 м максимальный расход влаги идет из слоя 60-80 см, глубже влага остается не потребленной, и этим слоем практически ограничивается влагообмен почвы с атмосферой. Исходя из этого, можно считать, что при УГВ 1,8 м зона иссушения на тяжелосуглинистых почвах занимает слой 0-100 см. Запасы влаги в почве, накопленные в активном слое за осенне-зимний и весенний периоды за счет подпитывания почвы грунтовыми водами и ранне-весенних атмосферных осадков, создали растениям кукурузы вполне оптимальные условия для их роста и развития до появления 5-7 листьев. Однако из-за сильных иссушающих весной ветров, влажность почвы в слое 6-8 см (глубина заделки семян) была недостаточной для получения дружных всходов, несмотря на то, что в целом в слоях 0-60 и 0-100 см она превышала 80-85% НВ. В период вегетации кукурузы влага из почвы расходуется на испарение и транспирацию, которая компенсируется частично грунтовыми водами, и, в основном, поливной водой. Необходимо отметить, что за годы исследований (1974-1976) наименьшее количество осадков выпадало в первую половину вегетации кукурузы от посева до цветения. Осадки во второй половине вегетации также не могли оказывать существенного влияния на водный режим почвы из-за неравномерности выпадения и незначительности их количества. Это подтверждают и данные по высоте капиллярного поднятия грунтовых вод при различной глубине их залегания. Грунтовые воды при неглубоком их залегании могут быть вовлечены во влагообмен с подпахотным и пахотным слоями. Если они слабо минерализованы или пресны, то это явление благоприятное, а при средней или сильной их минерализации необходимо препятствовать поднятию грунтовых вод и их капиллярной каймы к поверхности почвы. А чтобы регулировать этот процесс важной задачей является изучение капиллярных свойств почвы (А.П. Бирюкова, 1962; Н.А. Качинский, 1947; А.А. Роде, 1963; С.Н. Рыжов, 1957, 1960; В.Н. Турбин, 1977). Эти же авторы установили, что высота капиллярного поднятия влаги зависит от механического состава почвогрунтов, их засоленности, глубины залегания грунтовых вод. А.А. Роде (1965), В.Н. Турбин (1977) показали, что в песчаных грунтах мощность капиллярного увлажнения невелика и измеряется несколькими сантиметрами, а в суглинистых и глинистых достигает 2-3 м. В опытах А.С. Гордийчука (1971), на торфяной почве при уровне грунтовых вод 120-160 см высота капиллярного поднятия влаги составляла 87-110 см. В условиях Голодной степи, на тяжелых по механическому составу почвах, С.Н. Рыжов (1960) наблюдал при глубине грунтовых вод 1,0-1,5 м одинаково незначительную высоту капиллярного поднятия влаги - около 40-50 см. По данным СУ. Керимханова (1976), на луговых слоистых почвах Дагестана верхняя граница капиллярной каймы проходит на глубине 25-30 см от поверхности почвы. Для тяжелосуглинистых и солончаковатых почв Дагестана данные по высоте капиллярного поднятия грунтовых вод почти отсутствуют, хотя практическое значение их для обоснования водного режима очевидно. Наши исследования по определению высоты капиллярной каймы в опыте № 1 показывают, что в зависимости от расположения грунтовых вод — на 1,2 или 1,8 м от поверхности почвы верхняя граница капиллярной каймы практически не меняется и устанавливается на уровне 40-60 см от поверхности, т.е. не доходя до зоны активного расположения корневой системы. При этом влажность пахотного слоя почвы при уровне 1,2 м выше на 3-5 %, по сравнению с влажностью при УГВ на глубине 1,8 м. Таким образом, минимальная высота капиллярного поднятия (рис. 4.1.2) составила 80 см - при УГВ на уровне 1,2 м (120-40 см), а максимальная 120 см при их глубине 1,9 м (180-60 см). При более высокой степени засоления почвы (до 1,2%) и уровне грунтовых вод 1,8 м, капиллярная кайма смещается вниз - до 80 см. Снижение высоты капиллярного поднятия на среднезасоленном участке при расположении фунтовых вод на уровне 1,8 м можно объяснить не только десукцией и внутрипочвенным испарением, так как данное явление наблюдалось и в период когда не было десукции и при слабом испарении. Причиной тому, по всей вероятности является наличие в лосе 0-60 см соленосного горизонта, что затрудняет передвижение капиллярной влаги при залегании грунтовых вод на уровне 1,8 см на среднезасоленном участке, и, следовательно, использование их растениями,
В ранневесенний период, а также после вегетационных поливов подпирающее действие грунтовых вод, при залегании их на уровне 1,2-1,8 м, распространяется до самой поверхности почвы (рис. 4.1.2). Однако поднявшаяся таким образом капиллярная кайма, затем под влиянием интенсивного испарения и десукции корней, быстро исчезает и опускается до своего нижнего уровня (40-80 см).
Факторы получения программированных урожаев в условиях орошения
Как показано на рис. 4.2.2 и в приложении 10 контур промачивания, после применения поправочного коэффициента, расширяется и вся корневая система кукурузы оказывается в зоне оптимального увлажнения и процесс соленакопления на гребнях борозд уменьшается до минимального, глубина же промачивания при этом не превышает расчетную.
Таким образом, при поливе кукурузы, выращиваемой на засоленных, с близким уровнем минерализованных грунтовых вод почвах по бороздам, с применением невысоких расчетных поливных норм, происходит процесс не-доувлажнения корнеобитаемого слоя в поверхностных горизонтах почвы, по причине которой происходит аккумуляция солей в возвышенных частях поливных борозд. Применение поправочных коэффициентов к поливным нормам позволяет достичь оптимального увлажнения почвы и снизить процесс вторичного засоления.
Рационализацию режима орошения любой сельскохозяйственной культуры можно рассматривать с точки зрения удовлетворения физиологической потребности растений и с агротехнической, когда за счет комбинированного сочетания агротехнических приемов и водоснабжения достигается увеличение урожайности при более экономном расходовании поливной воды. Исходя из этого одним из основных вопросов наших исследований является разработка рационального режима орошения кукурузы на зерно в условиях близкого залегания грунтовых вод и засоленности почвы.
Для установления оптимального режима орошения при близком залегании минерализованных грунтовых вод, слабой и средней степени засоленности почвы, нами в течение 1974-1976 гг. велись наблюдения за динамикой влажности почвы.
При изучении этого вопроса поливы назначались согласно методике при нижнем пороге предполивной влажности почвы 70 и 80% НВ (табл. 4.3.1, приложение 11).
Согласно показателям предполивной влажности почвы устанавливали и поливные нормы. Но поскольку теоретические поливные нормы не всегда сходятся с фактическими (последние намного больше), для уточнения фактически поданных норм полива пользовались водосливами.
Данные по динамике влажности почвы в слоях 0-60 и 0-100 см показали, что за счет подпитывания почвы грунтовыми водами и атмосферными осадками, она ко времени посева на всех вариантах опытов была выше 80% НВ. В дальнейшем по мере повышения температуры воздуха, испарения и транспирации - влажность в почве понижалась (табл. 4.3.1, рис. 4.3.1-4.3.4).
В зависимости от принятой схемы полива кукурузы на зерно и природных условий, меняется количество поливов и их распределение по месяцам в течение вегетации. В 1974 г. за вегетационный период кукурузы выпало всего 83 мм осадков, из которых 30 мм - в течение 3 дней июля и 33 мм - 2-4 сентября. Остальное количество осадков выпало за 15 дней с интервалами от 1 до 10 дней, т.е. по 2 мм на каждый дождливый день. Такие осадки, разумеется, не могли оказать существенного влияния на водный режим почвы, и влажность ее на всех вариантах опытов целиком зависела от определенных поливов и используемых грунтовых вод. В 1974 г. вторая половина мая характеризовалась быстрым нарастанием температуры (21,2С), снижением относительной влажности воздуха (до 64,3%). За месяц выпало всего 5 мм осадков. И в опыте № 1, на варианте с расположением грунтовых вод до 1,5 м влажность почвы в слое 0-60 см к 10 июня опустилась до 80,7% НВ. В связи с этим, на варианте с предполивной влажностью 80% НВ был дан полив с нормой 402 м3/га (табл. 4.3.2). Второй полив с нормой 462 м /га на этом варианте проводили 14 июля, когда влажность почвы опустилась до 79,6% НВ; кукуруза в этот период находилась в фазе цветения, когда у растений наблюдается максимальное среднесуточное водопотребление. Третий полив был проведен 21 августа с нормой 464 м /га, в фазе молочной спелости. Пред поливная влажность была 80,5% НВ. После третьего полива до уборки влажность постепенно снижалась от 96,6 до 80,6% НВ. А на вариантах с порогом предполивной влажности почвы 70% НВ за вегетацию были даны 2 полива. Первый - 27 июня, сроки же второго совпадали с таковыми третьего полива на вариантах с назначением поливов при 80% НВ. Поливные нормы при этом были выше: первый полив дли с нормой 569, а второй - 586 м/га. На этом же опыте в варианте с порогом влажности 80% НВ и расположением грунтовых вод глубже 1,5 м первый полив был проведен, когда влажность в метровом слое почвы опустилась до 79% НВ, с поливной нор-мой 715 м /га, второй - 80,6% НВ и третий - 80,2% НВ с поливными нормами 686 и 687 м3/га. В варианте, где предполивная влажность почвы 70% НВ, первый полив был дан при влажности в метровом слое 71,0% НВ с поливной нормой 876 м /га, второй полив при 73,3% НВ, с нормой 861 м /га. В опыте № 2 первый полив в варианте с порогом влажности 80% НВ и при близком залегании грунтовых вод провели 9 июня в фазе 10 листьев - в начале критического периода кукурузы. Влажность почвы в это время опустилась до 80,7% НВ. Поливная норма составила 411,8 м3/га. Второй полив был дан при влажности 81,0% НВ с поливной нормой 420 м3/га, третий при 80,8% НВ с поливной нормой 412 м3/га.
