Содержание к диссертации
Введение
1. Водопотребление и продуктивность картофеля в условиях орошения (обзор литературы) 10
1.1. Изменение мелиоративного состояния почв под влиянием орошения 10
1.2. Биологические и сортовые особенности роста и развития картофеля 18
1.3. Режим орошения и водопотребление картофеля 25
1.4. Методы регулирования гидротермического режима сельскохозяйственных культур 31
1.5. Обоснование направления исследований 36
2. Условия и схема постановки опыта, методика научных исследований 40
2.1. Агроклиматические ресурсы Нижнего Поволжья и метеорологические условия в годы исследований 40
2.2. Водно-физические и агрохимические свойства почв опытного участка 46
2.3. Условия и схема постановки опыта 49
2.4. Агротехника возделывания картофеля 51
2.5. Методика исследований 57
3. Влияние орошения на водно-физические и агрохимические свойства почв 62
3.1. Плотность сложения 62
3.2. Влагоемкость 66
3.3. Водопроницаемость 668
3.4. Агрохимические свойства почв 72
4. Поливной режим и водоштребление картофеля 75
4.1. Динамика влажности почвы, поливные и оросительные нормы 75
4.2. Основные закономерности и особенности водопотребления при разной урожайности картофеля 100
4.3. Эффективность использования водных ресурсов посадками картофеля 115
4.4. Связь суммарного водопотребления картофеля с метеорологическими показателями 119
5. Продуктивность картофеля при различных уровнях влагообеспеченности 121
5.1. Особенности роста и развития растений 121
5.2. Динамика накопления биомассы и формирование урожая 128
5.3. Структура урожая и его качество 151
6. Экономическая эффективность технологии регулирования гидротермического режима посадок картофеля 158
Выводы 164
Предложения производству 165
Список литературы 166
- Биологические и сортовые особенности роста и развития картофеля
- Агроклиматические ресурсы Нижнего Поволжья и метеорологические условия в годы исследований
- Плотность сложения
- Динамика влажности почвы, поливные и оросительные нормы
Введение к работе
Актуальность исследований. Орошение в засушливых регионах Российской Федерации является одним из базовых факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, придающих сельскому хозяйству необходимую устойчивость развития. Нестабильность сельскохозяйственного производства России и низкая продуктивность объясняются сложными природными условиями. Около 80% земледельческой территории страны расположено в засушливой зоне, где вероятность сухих лет изменяется от 2 до 96%, засушливых - от 11 до 50%, полузасушливых - от 24 до 40%.
Картофель принадлежит к числу важнейших продовольственных культур. В Нижнем Поволжье, где сумма среднесуточных температур выше 10 С составляет 3200 - 3800 С, а продолжительность вегетационного периода 165 -170 дней, возможно возделывание картофеля ранне-, средне- и позднеспелых сортов. За период возможной вегетации с 10 мая по 15 сентября сумма приходящей фотосинтетически активной радиации (ФАР) составляет около 11 — 10 кДж/га. Это значит, что при КПД использования ФАР 1% картофель формирует урожайность клубней 15, при 1,5% - 22,7 т/га, при 2% - 30,2 т/га, при 2,5% -37,8 т/га. Главным сдерживающим фактором реализации потенциала продуктивности этой культуры является незначительное и неравномерное количество выпадающих осадков в течение вегетационного периода. Кроме того, для региона характерно постоянное или периодическое воздействие засух и суховеев, что приводит к заметному снижению, а порой к полной гибели урожая. Поэтому весьма актуально решение вопросов оптимизации роста и развития растений картофеля как важнейшей составляющей наиболее полного использования генетического потенциала культуры на орошаемых землях. Решение этих задач в условиях нарастающего водного дефицита должно основываться на рациональном расходовании поливной воды, что может быть достигнуто как за счет регулирования водного режима почвы, так и микроклиматических условий посадок, что весьма актуально для засушливых условий Нижнего Поволжья.
5 В условиях ограниченности водных ресурсов, дальнейшее повышение эффективности орошаемого земледелия возможно только с привлечением последних достижений научно-технического прогресса в области оросительных мелиорации и смежных областях науки и техники, направленных на рациональное использование поливной воды с получением гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур, в том числе картофеля.
Метод увеличения отражательной способности посева (альбедо) является одним из основных в области регулирования гидротермического режима сельскохозяйственных культур и позволяет непосредственным воздействием на величину приходящей солнечной радиации управлять тепловым и водным режимами растений путем нанесения на листовую поверхность белящего вещества. Уменьшение радиационного баланса посева путем увеличения его отражательной способности ведет к перераспределению долей составляющих радиационного баланса и, естественно, к изменению показателей фитоклимата посева. Это способствует снижению эвапотранспирации, ведущей к уменьшению водопотребления и дневной депрессии фотосинтеза, что способствует повышению продуктивности растений.
С целью совершенствования водосберегающей технологии возделывания картофеля и научного обоснования параметров на основе методов математического моделирования, необходимо проведение дополнительных исследований, направленных на выявление влияния изменения отражательной способности на параметры фитоклимата, водопотребление и показатели продуктивности культуры, для получения товарной продукции клубней картофеля высокого качества.
Исследования выполнены в рамках ГНТП «Ресурсосберегающие мелиоративные системы» (1991 - 1995 гг.), «Мелиорация и водное хозяйство» (1996 -2000 гг.).
Цель исследований - повышение эффективности возделывания картофеля при орошении, обеспечивающее при поддерживании необходимого водного и питательного режимов получения 30 — 35 т/га клубней картофеля.
6 В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи: - анализ сложившейся практики возделывания картофеля на орошаемых зем лях, определение тенденции развития научно-технического прогресса в об ласти разработки технологий орошения в сочетании с регулированием пара метров фитоклимата при сохранении почвенного плодородия; - определение влияния длительного орошения на изменение водно- физических свойств почвы и показатели почвенного плодородия; обоснование выбора культуры и направления исследований по совершенствованию технологии снижения водных нагрузок при возделывании картофеля на орошаемых землях на основе анализа динамики изменения агрометеорологических показателей региона; определение влияния изменений отражательной способности посадок картофеля на динамику суммарного водопотребления в различные по условиям увлажнения годы и биоклиматические коэффициенты испарения по межфазным периодам роста и развития культуры, которые могут быть использованы для управления водным режимом активного слоя почвы; обоснование диапазона регулирования термического режима посадок картофеля рассматриваемым методом; определение показателей продуктивности картофеля в процессе формирования урожая клубней в зависимости от водного режима почвы и показателей гидротермического режима посадок; оценка влияния изменения отражательной способности посадок картофеля на урожай и качество клубней; определение показателей экономической эффективности и обоснование экологических ограничений в технологическом процессе возделывания картофеля при рациональном использовании водных ресурсов.
Объект исследований. Диссертационная работа основана на теоретических, лабораторных и полевых исследованиях выполненных в Волгоградском комплексном отделе ВНИИГиМ, Российском университе дружбы народов и на производственных посадках картофеля в ОПХ «Орошаемое» Городищенского района Волгоградской области.
Методология исследований. В диссертационной работе использованы методы системного анализа, в том числе статистические методы, и полевой эксперимент для проверки теоретических положений, выполненный в соответствии с методическими требованиями. Обработка экспериментальных данных осуществлена методом математической статистики.
Научная новизна. На основании многолетних исследований, выполненных в многофакторных полевых опытах, разработана технология возделывания картофеля на орошаемых светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья. На основе анализа агроклиматических ресурсов региона, исследований и биологических особенностей культуры, определены новые подходы к обоснованию поливного режима картофеля в сочетании с регулированием гидротермического режима способом увеличения альбедо посадок. Установлены особенности водопотребления картофеля и формирования водного режима, определены численные значения биологических коэффициентов испарения в зависимости от режима орошения при регулировании параметров фитоклимата. Новизна принятых направлений и полученных результатов исследований подтверждена патентом Российской Федерации № 2192731.
Основные положения, выносимые на защиту: - оценка изменения водно-физических свойств и почвенного плодородия орошаемых земель; - особенности и закономерности формирования водопотребления картофеля, роста и развития растений, повышения продуктивности посадок при регули ровании гидротермического режима; - закономерности формирования фитоклимата посадок и разработка на их основе водосберегающей технологии орошения картофеля в сочетании со способом увеличения альбедо посадок; — экономическое обоснование технологии возделывания картофеля в услови ях регулирования гидротермического режима..
Практическая значимость работы состоит в оригинальной разработке и практической реализации водосберегающей технологии возделывания картофеля, позволяющей получать до 35 т/га клубней при экономии оросительной воды на 15-17% при сохранении почвенного плодородия по сравнению с общепринятой технологией возделывания культуры.
Полученные результаты исследований могут быть использованы проектными и производственными организациями при проектировании и эксплуатации гидромелиоративных систем нового поколения, нормирования водопо-требления для целей орошения.
Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследований по совершенствованию технологии возделывания картофеля в условиях орошения в ОПХ «Орошаемое» Городищенского района Волгоградской области на площади 20 га подтвердила возможность получения в жаркие и засушливые годы товарной продукции клубней картофеля до 35 т/га при экономии оросительной воды на 15 - 17%. Рекомендации по технологии возделывания картофеля в сочетании с приемами регулирования параметров фитоклимата одобрены НТС управления мелиорации: и водохозяйственного строительства Комитета по сельскому хозяйству и продовольствию администрации Волгоградской области и предложены к внедрению в хозяйствах области независимо от форм собственности;
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы одобрены секцией научно-технического совета Волгоградского комплексного отдела ВНИИГиМ (1996...2003 гг.), НТС управления мелиорации и водохозяйственного строительства Комитета по сельскому хозяйству и продовольствию администрации Волгоградской области (1998 - 2000 гг.), сек-
9 цией мелиорации ВНИИГиМ (2000 г.). Результаты исследований ежегодно докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава ВГСХА (1997 - 2002 гг.), на Всероссийской конференции «Экология, здоровье и природопользование», посвященной 200-летию Саратовской губернии, на Всероссийской конференции «Защитное лесоразведение и мелиорация земель в степных и лесостепных районах России» (Волгоград, 1998 г.), на юбилейной конференции, посвященной 75-летию ВНИИГиМ «Современные проблемы мелиорации и пути их решения» (1999 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Вековой опыт и перспективы агролесомелиорации аридных ландшафтов на юге Российской Федерации» (2000 г.), на V региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 21-24 ноября 2000 г.), на научно-практической конференции «Природообустройство сельскохозяйственных предприятий» (МГУП, Москва, 24 - 27 апреля 2001г.), Всероссийском совещании «Проблемы мелиорации и орошаемого земледелия; юга России» (Ростов-на-Дону, 15-6 июня 2001 г.), международной научно-практической конференции «Проблемы научного обеспечения экономической' эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях» (посвященной 100-летию со дня рождения М.Н. Багрова, ВГСХА, Волгоград, 2001 г.), «Агролесомелиорации в XXI веке: проблемы, пути их решения, перспективы» (посвященной 70-летию ВНИИАЛМИ, Волгоград, 24 - 27 сентября 2001 г.), «Мелиорация в XXI веке» (ВНИИОЗ, Волгоград, 5 - 7 сентября 2002 г.).
Полевые и лабораторные исследования ежегодно апробировались методическими комиссиями ГНУ ВНИИГиМ.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 работах. Получен патент РФ на изобретение № 2192731.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит 182 страницы машинописного текста, 20 рисунков, 51 таблицу, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству. Библиография включает 201 наименование, в том числе 9 иностранных авторов.
Биологические и сортовые особенности роста и развития картофеля
Картофель - важнейшая сельскохозяйственная культура, широкое распространение которой обусловлено, прежде всего, ее высокой потенциальной урожайностью и содержанием в клубнях питательных компонентов: углеводов, белков, аминокислот, витаминов, минеральных солей и др.
Кроме того, картофель обладает диетическими и лечебными свойствами, а также высокими вкусовыми качествами. Из картофеля изготавливают более ста различных блюд, в том числе промышленные полуфабрикаты: свежезамороженные клубни, крекеры, сухое картофельное пюре, хрустящий картофель и др..
Картофель широко известен как культура разностороннего использования, 40 - 45% картофеля используется на продовольствие. Недаром его называют «вторым хлебом». До 50 - 55% его идет на кормовые и технические цели. В связи с большим содержанием крахмала в клубнях картофеля, он является важным сырьем для ряда отраслей перерабатывающей промышленности. При современной технологии производства из 1 тонны картофеля можно получить 160 - 190 кг крахмала, столько же патоки, до 80 кг глюкозы. В последнее время картофель все шире используется на корм скоту. В вареном и измельченном виде его применяют для сдабривания грубых кормов. По переваримости органического вещества кормовой картофель занимает первое место среди растительных кормов. Усваиваемость его животными достигает 85 - 96%. Даже при средних урожаях картофель дает с единицы площади больше кормовых единиц, чем травы и зерновые культуры, уступая лишь кукурузе. Немаловажную роль играет картофель в общей системе земледелия, где он хороший предшественник многих, особенно зерновых культур, отзывчивых на удобрения и мелиорацию. Возможны повторные посадки, и даже монокультуры. Посадки картофеля на продовольственные цели широко распространены в нашей стране, где возделывается достаточно большой набор сортов данной культуры, относящихся в основном к виду Solanum tuberosum семейства пасленовых (Solana). Как показывают многочисленные исследования [38, 112 и др.], картофель — растение умеренного климата, однако при определенных условиях может произрастать и на севере, и далеко на юге. При этом необходимо помнить, что не во всех почвенно-климатических условиях растения данной культуры нормально развиваются и накапливают высокий урожай клубней [30]. На рост и урожайность картофеля влияют различные природные факторы, в том числе наличие света, тепла, воды, питательных веществ, воздуха. Отсутствие любого из этих факторов приводит к гибели растения, а недостаток сказывается и на биологическом состоянии и на урожайности культуры [191]. При возделывании картофеля в южном регионе, в частности, в условиях Нижнего Поволжья, на урожайность данной культуры большое негативное влияние оказывают высокая температура почвы и воздуха, а также недостаточная обеспеченность атмосферными осадками. В.В. Винер еще в 1905 году писал, что урожай картофеля ранних спелых сортов с амплитудой 90% от среднего и 165% от наименьшего урожая и среднеспелых с амплитудой соответственно 86% и 141% зависит большей частью от метеорологических условий, а от внесения удобрений и хорошей обработки почвы повышение урожая возможно только до 50%. В работе по дальнейшему подъему урожайности картофеля почвенные условия до сих пор занимают второе место после погодных [114]. Т.В. Балицкая и А.Г. Лорх [112] весь период вегетации картофеля условно разбивают на три этапа. Первый - всходы - бутонизация, когда главным образом формируется вегетативная масса ботвы, а прирост клубней остается незначительным. Второй - прекращение роста ботвы. Этот этап характеризуется наиболее интенсивным приростом клубней (бутонизация - цветение). Третий - прекращение прироста ботвы - ее естественное увядание. На заключительном третьем этапе роста и развития картофеля прирост клубней еще продолжается, но менее интенсивно, чем в предшествующий период. Продолжительность первого периода у ранних и средних сортов составляет 40 дней, второго - 36 и третьего - примерно такая же. Следовательно, первый и второй периоды являются наиболее важными в создании условий для формирования высокого урожая клубней. К завершению второго периода формируется до &5% конечного урожая. Поэтому условия роста и развития в первых двух периодах способствуют закладыванию основы и реализации возможностей создания определенного уровня урожайности картофеля [112]. Размножается картофель в основном клубнями. Размещенные по всему клубню почки способны медленно расти и развиваться при температуре не ниже 3...5 С. Однако образование ростков начинается при температуре выше 5...6 "С. Поэтому проращивание клубней ведется при температуре не ниже 6 С. Высаживать картофель в почву целесообразно, когда почва прогреется до 7...8 С. При температуре ниже 3...5 С и выше 31 "С рост и развитие почек на клубнях останавливается, а пребывание картофеля в течение нескольких дней при температуре минус 1...1,5 С и плюс 35 С ведет к повреждению почек и клубней [138]. Температурными условиями определяется скорость дальнейшего роста и развития картофеля. По данным А.Г. Лорха [113], картофель при температуре 10...12 С дает всходы на 25...27-ой день, при 14..Л6 С - на 18...22-ой, при 18...25 С-на 12...13-ЫЙ, при 27...28 С - на 16.,.17-ый день. Посадка проращенными клубнями способствует получению всходов на.б... 10 дней раньше [133, 138, 139]. Максимальные приросты ботвы наблюдаются при температуре 17...22 С. При температуре выше 42 С рост надземной массы картофеля прекращается. Для цветения наиболее благоприятная температура 18...21 С. Более высокие температуры вызывают сбрасывание цветков и бутонов. Оптимальная температура почвы для клубнеобразования 11...17 С. При температуре ниже 6 и выше 23 С прирост клубней резко сдерживается, а при +26...29 С клубнеобразование прекращается [138]. Для завершения цикла вегетации сумма среднесуточных температур воздуха для ранних и средних сортов картофеля должна составлять в среднем 1000... 1400 С, а для поздних-1400.,. 1600 С. Не менее лимитирующим фактором, особенно в южном картофелеводстве, является влагообеспеченность растений. Как отмечают Н.С. Бацанов, В.И, Якушкина, Н.Я. Чмора [30, 191], Б.А. Писарев [134] потребность растений в воде не одинакова в различные периоды роста и развития. В начале прорастания почек и образования ростков расход влаги целиком покрывается за счет материнского клубня [139]. По мере накопления вегетативной массы потребность картофеля в воде возрастает, достигая наибольшей величины в период от начала цветения до прекращения роста ботвы [71, 79, 112]. Продолжительная почвенная засуха во время цветения растений картофеля ведет к резкому снижению урожая [51, 138, 174].
Агроклиматические ресурсы Нижнего Поволжья и метеорологические условия в годы исследований
Нижнее Поволжье (в пределах Волгоградской, Астраханской областей и Республики Калмыкия) является крупным регионом Российской Федерации с площадью сельскохозяйственных угодий 18,8 млн. га, в том числе пашни -6,9 млн. га. [162],
Согласно климатическому районированию Волгоградская область отнесена к Восточно-европейской континентальной области. Центральная и северозападные части территории входят в теплую, и недостаточно влажную степную зону с гидротермическим коэффициентом (ГТК) 0,8 - 0,6; южная часть и заволжские районы относятся к очень теплой и умеренно сухой сухостепной и полупустынной зонам с ГТК 0,6-0,4 [2].
Территория Нижнего Поволжья располагает большими радиационными (7,24 - 20,08 10 кДж/га фотосинтетически активной радиации - ФАР) и тепловыми ресурсами ( t 5 С = 2900 - 4000; 11 10 С = 2700 - 3600), продолжительным периодом вегетации (155-183 дней), но имеет низкую естественную влагообеспеченность (Е Р = 243 - 470 мм при испаряемости 800 -1200 мм) [2].
В Волгоградской области среднегодовое количество осадков изменяется от 270 - 300 мм (Заволжье и правобережная часть Прикаспийской низменности) до 400 - 470 мм (в Западных и Северо-западных районах). Однако имеющиеся ресурсы тепла обеспечивают испарение с открытой водной поверхности, в течение года 800-850 мм влаги, что в 2 раза больше, чем выпадает с атмосферными осадками. Все это свидетельствует о том, что климатические условия области характеризуются резким недостатком влаги и резкой засушливостью теплого периода года [162].
По данным В.И. Филина [173] за 1955... 1995 гг. приход ФАР в апреле -октябре изменяется от 161,7 до 199,6 кДж/см 2. В 60% случаев отклонения ФАР по годам от средней величины за приведенный период находились в пределах ±5% и в 80% случаев - ±7,5 %, что подтверждает высокую стабильность радиационного режима в конкретном географическом пункте.
В то же время разница в ресурсах интегральной солнечной радиации и ФАР между Волгоградом и пунктами, расположенными на северной и южных границах Нижнего Поволжья составляет от - 6,0% до + 5,5% соответственно- В связи с этим имеется возможность вполне корректного интерполирования полученных в Волгограде данных радиационного режима и показателей фотосинтетической деятельности агрофитоценозов во всем рассматриваемом регионе [2].
Учитывая большую продолжительность солнечного сияния в апреле -октябре (около 1808 ч), территория Нижнего Поволжья исключительно благоприятна для формирования высоких урожаев всех культур при наличии других факторов жизни растений. Ресурсы ФАР не являются фактором, лимитирующим урожайность, как в богарном, так и в орошаемом земледелии.
Климатические условия Волгоградской области отличаются резкой кон-тинентальностью, которая нарастает с северо-запада на юго-восток. Это отражается на увеличении годовой амплитуды температуры воздуха на 2-3 С (в Урюпинске - Елани она составляет 31 - 32 С, в Эльтоне - Ленинске 33 -34 С), уменьшении годовой суммы осадков на 150 - 200 мм. Абсолютный минимум температуры воздуха отмечен в северных районах (Даниловка, Рудня) --41 С; абсолютный максимум температуры приходится на июль - август и составляет +45 С (Быково, Эльтон, Верхний Баскунчак). Годовая амплитуда экстремальных температур воздуха достигает 80 - 86 С [2].
Продолжительность периода с суховеями за теплый период насчитывает 55-60 дней. Число засушливых дней с относительной влажностью воздуха в вечерние часы 30% и ниже за год составляет 60 и более дней 42 Среднегодовая относительная влажность воздуха изменяется в пределах 64 - 72%. Наиболее высокая относительная влажность воздуха (свыше 80%) наблюдается в зимние месяцы. В апреле она резко понижается, а в течение мая - августа остается ниже 60%.
Продолжительность безморозного периода составляет от 148 — 163 дней в северных районах и 163 — 175 дней в центральной и южных частях Волгоградской области [173]. Переход среднесуточных температур воздуха через 5 С по всей территории отмечается в первой половине апреля, а осенью - в конце октября - начале ноября. Продолжительность периода с t 5 СС изменяется от 190 до 205 дней (X t = 2900 - 3550 С), переход температуры воздуха через 10 С весной в южной части приходится на 17 — 22 апреля и на конец третьей декады апреля в северных районах. Осенью среднесуточная температура воздуха повсеместно переходит через 10 С в первой половине октября. Продолжительность периода с t 10 С в Волгоградской области составляет 155 - 170 дней с суммой температур 2700 - 3400 С.
Вероятность сухих и засушливых лет на территории области увеличивается по мере снижения показателя увлажнения: от 68% на севере до 99% в полупустынной зоне на светло-каштановых почвах.
Сухостепная зона каштановых почв, где проводились наши исследования, характеризуется следующими агроклиматическими показателями: среднегодовая температура воздуха + 7,2 С; среднемесячная температура января -8 С, июля +23,0 - 23,5 С; даты перехода температур воздуха через +5 СС (начало и конец вегетации) - 5 апреля и 26 октября; продолжительность периода с температурой выше +10 С - 170 дней (с 20 апреля по 6 октября); продолжительность безморозного периода - 168 - 173 дня; сумма температур выше +10 С - 3100 — 3250 С; годовая сумма осадков 365 -420 мм; гидротермический коэффициент 0,7 - 0,4; число суховейных дней 9-24 при вероятности очень интенсивных суховеев - 95% [2].
Плотность сложения
В почве жидкая фаза представлена водой. Водонасыщенность почвы является предельным количеством воды, которое может удерживаться между частицами твердой фазы. В естественных полевых условиях полная водонасыщенность почвенного профиля всегда меньше количества воды, которое почва может удержать в лабораторных условиях. Полевая наименьшая влагоемкость, т.е. содержание воды в капиллярных промежутках, представляет воду, которая в основном усваивается растениями. Объем этой воды всегда меньше объема капиллярной пористости, так как часть объема некапиллярных промежутков с защемленным воздухом остаются не занятыми водой. Установлено, что для оптимальных водных условий при хороших условиях аэрации отношение капиллярной пористости к некапиллярной должно быть равно единице. Эта величина является основной для разработки показателя условий влажности почвенного профиля. Кроме того, для этого используется также количество физиологически наиболее легко усвояемой воды в почвенном профиле, которое равно 0,8 величины запаса воды при полевой влагоемкости минус 1,34 - 1,50 значения максимальной гигроскопической воды. Предполагается, что отношение физиологически усвояемой воды к аэрации плюс 0,2М для оптимальных условий также должно быть равно единице, где М- запас воды в полевых условиях, выраженный в мм для выбранной мощности почвенного слоя [123].
Так как показатель водных условий в проводимых исследованиях колебался в пределах от 0,6 до 0,69, то, следовательно, состояние жидкой фазы почвы можно оценить как недостаточное (гидрофобное) по Николаеву А.В. (1975 г.). Это указывает на то, что почва плохо удерживает воду между частинами, которые обладают небольшими поверхностными силами, не обеспечивающими удержание влаги в больших количествах.
По данным кафедры почвоведения Волгоградской сельскохозяйственной академии (Герасимов Ю.А.), отношение некапиллярной и капиллярной скважности равно 1/10:1/15. Это указывает на то, что капиллярная порозность почв каштанового типа превышает некапиллярную в 10 - 15 раз, что является весьма неблагоприятным для водного режима почв и произрастания сельскохозяйственных культур. По данным скважности можно судить о структуре почвы. Минимальная скважность указывает на отрицательные свойства иллювиального горизонта - отсутствие рыхлости, слабую водопроницаемость, капиллярное поднятие воды и другие. Максимальная гигроскопичность почв каштанового типа колеблется в пределах от 6,10 до 10,01%. Средние величины влажности завядания колеблются от 12,35 до 20,27%.
Почву рассматривают как трехфазную систему. Поэтому без исследования воздушной фазы анализ физических показателей почвы является неполным. Показатель состояния воздушной фазы почвы понимается как отношение величины общей пористости к величине запаса воды при полевой влагоемкости.
Показатель условий состояния воздушной фазы почвы не может быть меньше единицы Он характеризует состояние минимальной аэрации воды при количестве воды в профиле, равном величине предельной полевой влагоемкости. Хорошее развитие растений обуславливается величиной аэрации, равной приблизительно 15 - 20% от объема почвы. Для почв каштанового типа максимальный показатель состояния воздушной фазы почвы равен 1,71. Следовательно, состояние условия аэрации большое или аэрофильное.
Физические условия проявления почвенного плодородия могут быть установлены только на основе взаимоотношений между твердой, жидкой и газообразной фазами почвы. Показатель физических условий проявления почвенного плодородия есть отношение показателя водно-воздушных условий к показателю структурного состояния твердой фазы почвы. Он отражает, какая часть водно-воздушных условий соответствует единице структурных условий. Чем удовлетворительнее вод но-воздушные условия, чем более агрономически ценна структура почвы, тем выше показатель физических условий проявления почвенного плодородия. К сожалению, для почв каштанового типа показатель физических условий проявления почвенного плодородия равен 0,072. Это указывает на то, что фактические условия проявления почвенного плодородия очень плохие.
Следовательно, ни одно основное, отдельно взятое физическое свойство почвы не может охарактеризовать физические условия проявления почвенного плодородия. Только комплекс основных физических свойств, соответствующий одной из трех почвенных фаз (твердой, жидкой, газообразной) в своей совокупности может дать общее представление об условиях циркуляции в почвенном профиле почвенного раствора с содержащимися в нем питательными веществами и об интенсивности протекания в профиле биологических процессов, наличие и интенсивность которых в почвенном профиле является одной из основ почвенного плодородия.
Одним из важнейших показателей при мелиоративной оценке почв в целях определения режимов и норм орошения, способов и техники поливов является водопроницаемость почв. Она во многом определяет глубину промачива-ния. Из всех водно-физических показателей именно она подвержена наибольшему изменению во времени и по поверхности почвы.
Кроме рассмотренных физических свойств светло-каштановых слабосолонцеватых почв, нами определялась водопроницаемость почв в богарных и орошаемых условиях. Водопроницаемость определялась по горизонтам профиля почвы. Определение проводилось в трехкратной повторности прибором Нестерова, Площадь учетного кольца составляла 400 см2. Залитие проводилось с поверхности горизонта, для чего слой почвы вышележащего горизонта снимался лопатой.
Как показывают данные (таблица 3.3), водопроницаемость пахотного горизонта неорошаемого участка значительная и равна 9 мм/мин. за первый час промачивания, в дальнейшем водопроницаемость быстро понижается. Резкое снижение водопроницаемости наблюдается и по горизонтам. Такое снижение водопроницаемости почв каштанового типа свидетельствует о неблагоприятных водно-физических свойствах почв, в частности о плохой структуре этих почв.
Динамика влажности почвы, поливные и оросительные нормы
В 1996 году запасы влаги в слое почвы 0,3 м составили 59,9 мм или 75% НВ, в активном слое 0,6 м - около 72% НВ (рис. 4.3 - 4.4).
Более высокое количество выпавших осадков в 1996 году по сравнению с 1995 годом, более высокая влажность воздуха способствовали снижению испаряемости и расхода влаги. Однако характер распределения осадков в течение вегетации привел к тому, что значительная часть влаги стекала в нижние слои почвы и становилась недоступной посадкам картофеля. Это обстоятельство не позволило сократить оросительную норму адекватно выросшему количеству выпавших осадков.
Так, на варианте с режимом увлажнения почвы не ниже 70% НВ в слое до 0,6 м снижение влажности до предполивного уровня происходило 8 раз. Продолжительность периода от посадки до первого полива на этом варианте составила 15 дней. Продолжительность межполивных периодов в течение вегетации изменялась от 9 до 14 дней. Достаточно равномерно выпадавшие осадки позволили снизить поливные нормы относительно поливных норм 1995 года. Проведение поливов было равномерным, и в среднем межполивной период составил 12 дней. Последний полив был дан за 20 дней до уборки картофеля.
В варианте с большей предполивной влажностью активного слоя почвы (80% НВ в слое 0,6 м) количество поливов в 1996 году увеличилось до И, несмотря на то, что оросительная норма уменьшилась до 3300 мэ/га. Первый полив был дан на 13 день после посадки. Продолжительность межполивных периодов равнялась 6—12 дням. Последний раз влажность почвы снижалась до предполивного уровня за 17 дней до уборки урожая.
На делянках с интенсивным режимом орошения при поддержании влажности почвы на уровне 80% НВ в слое 0,3 м по фазу цветения включительно и в слое 0,6 м после фазы цветения и до конца вегетации запасы влаги ак 87 тивного слоя почвы снижались до предполивного уровня в 1996 году 12 раз. Первое снижение влажности почвы до 80% НВ было отмечено 11 мая и на шестой день после посадки, а последнее 14 августа в фазу клубнеобразования картофеля. Продолжительность межполивных периодов колебалась от 13 дней при пополнении почвенных влагозапасов естественными осадками до 6 дней в сухую и ветреную погоду.
Свойства белящего вещества снижаются в результате смыва его при проведении вегетационных поливов, выпадении атмосферных осадков, в результате развития растений, под воздействием ветра и других факторов. Из-за увеличения выпадения атмосферных осадков (осадки выпадали достаточно равномерно и в небольших количествах) в 1996 году смыв известесодержащей суспензии происходил чаще, чем в 1995 году, поэтому для увеличения альбедо растений побелка проводилась четыре раза.
В варианте с увеличенной отражательной способностью посадок картофеля и предполивной влажностью 70% НВ в слое 0,6 м за период вегетации было проведено 7 поливов. Первая побелка была проведена после второго полива, последняя после шестого. Межполивной период после нанесения побелки в среднем увеличился на три дня по сравнению с первым вариантом опытов.
При возрастании нормы влажности до 80 % НВ (0,6 м) и увеличении. альбедо посадок картофеля снижение запасов почвенной влаги до 80% происходило 10 раз. Межполивной период после нанесения известесодержащей суспензии увеличился в среднем на І день в сравнении с вариантом вторым.
В варианте с увеличенным альбедо растений при промачивании дифференцированно активного слоя почвы (0,3 - 0,6 м) первая побелка была проведена после третьего полива. Всего за вегетационный период было проведено 11 поливов с межполивным периодом, колеблющимся от 7 до 14 дней. По сравнению с аналогичным вариантом опытов, только не предполагающим применения побелки, межполивной период после нанесения белящего вещества увеличился на два дня.
ss
Характерной особенностью вегетационного периода 1997 года была высокая обеспеченность атмосферными осадками. В результате, к моменту посадки картофеля запас влаги в тридцатисантиметровом слое почвы составлял 77,4 мм, что соответствовало 97% НВ. При увеличении активного слоя почвы до 0,6 м влажность почвы увеличивалась до 99% НВ, а запасы почвенной влаги возрастали до 163,7 мм.
На варианте с режимом увлажнения почвы не ниже 70% НВ в слое до 0,6 м снижение влажности до предполивного уровня происходило 7 раз. Продолжительность периода от посадки до первого полива на этом варианте составила 7 дней. Однако на седьмой день после проведения первого полива началось обильное выпадение осадков, вследствие чего временной интервал, когда влажность почвы не опускалась ниже 70% НВ, увеличился до 19 дней. После проведения второго полива, на четвертый день, также прошли сильные проливные дожди. За сутки выпадало от 25 мм до 50 мм атмосферных осадков. Вследствие этого, продолжительность периода между вторым и третьим поливами составила 29 дней. Далее до конца вегетации продолжительность межполивных периодов изменялась от 7 до 15 дней.
В варианте с большей предполивной влажностью (80% НВ) активного слоя почвы количество поливов в 1997 году сократилось до 9. Первый полив был дан на пятый день после посадки. Второй полив был проведен через шесть дней. Однако выпавшие в период с 24 мая по 30 мая и с 6 июня по 30 июня осадки определили увеличение продолжительности периода до третьего полива 18 дней, а продолжительность периода между третьим и четвертым поливами — 28 дней. Далее до конца вегетации продолжительность межполивных периодов изменялась от 5 до 10 дней.
На делянках с интенсивным режимом орошения при поддержании влажности почвы на уровне 80% НВ в слое 0,3 м, после цветения в слое 0,6 м запасы влаги активного слоя почвы снижались до предполивного уровня в 1997 году 11 раз. Первое снижение влажности почвы до 80% НВ было отмечено 10 мая, т.е. на второй день после посадки, а последнее - 18 августа в фазу клубне 89 образования. Продолжительность межполивных периодов колебалась от 20 дней при пополнении почвенных влагозапасов естественными осадками до 6 дней в сухую погоду.
Вариант с увеличенным альбедо растений при поддержании влажности почвы выше 70% НВ потребовал в 1997 году проведения 6 поливов. В данном варианте нанесение известесодержащей суспензии на листовую поверхность посадок картофеля происходило 3 раза. Первая побелка проводилась после второго полива, но смыв ее с нанесенной поверхности обильно выпавшими осадками заставил провести повторную побелку накануне третьего полива. Продолжительность межполивных периодов в данном: варианте изменялась от 30 до 12 дней, что на прямую зависело от погодных условий.
