Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы и перспективы возделывания овощных культур при орошении 9
1.1 Эффективность возделывания овощных культур на орошаемых землях , 9
1.2 Требования моркови к водному и пищевому режимам почвы 17
1.3 Нормирование орошения с использованием комплексной гидрометеорологической информации 22
Выводы 40
2 Программа, методика и объект исследования 42
2.1 Рабочая гипотеза 42
2.2 Программа и методика экспериментов 45
2.3 Почвенно-климатические условия объекта изучения 54
3 Экспериментальные исследования водного и пищевого режимов почвы при выращивании моркови 64
3.1 Режимы орошения посевов моркови 64
3.2 Суммарное испарение и урожайность при различном уровне влаго-обеспеченности посевов моркови 69
3.3 Влияние дифференцированных по фазам развития моркови режимов орошения на урожайность и суммарное испарение 75
3.4 Пищевой режим почвы и урожайность моркови 84
Выводы 95
4 Обоснование методов расчета суммарного испарения и дифференцированных режимов орошения моркови 96
4.1 Биологические коэффициенты суммарного испарения и оценка их изменчивости з
4.2 Закономерности влияния гидрометеорологических условий и влажности почвы на суммарное испарение и урожайность 102
4.3 Комплексная характеристика гидрометеорологических условий 110
Выводы 118
5 Информационно-методические основы повышения точности нормирования дифференцированных режимов орошения моркови 119
5.1 Оценка точности расчетных методов определения суммарного испарения моркови 119
5.2 Методика нормирования дифференцированных режимов орошения моркови с использованием гидрометеорологической и воднобалан-совой информации 123
5.3 Эффективность реализации дифференцированных режимов орошения моркови 134
Выводы 142
Заключение 143
Предложения производству 145
Список использованных источников
- Нормирование орошения с использованием комплексной гидрометеорологической информации
- Программа и методика экспериментов
- Влияние дифференцированных по фазам развития моркови режимов орошения на урожайность и суммарное испарение
- Закономерности влияния гидрометеорологических условий и влажности почвы на суммарное испарение и урожайность
Нормирование орошения с использованием комплексной гидрометеорологической информации
В.М. Шорин, СИ. Новоселов, Г.А. Зыкова [5] привели результаты исследований по выявлению эффективности применения различных доз удобрений для получения запланированных урожаев. Оценили влияние органоминеральной системы на повышение окупаемости удобрений.
А.И. Столяров [6, 9] в результате исследований установил, что наибольшее влияние на урожай овощных культур и картофеля на луго-во-черноземной почве при орошении оказывало внесение азота и фосфора. Калийные удобрения были эффективны только в сочетании с азотными и фосфорными удобрениями. Под влиянием удобрений повышался общий биологический урожай, и выход хозяйственно-ценной части. Так, при внесении N90P90K90 кг/га д.в. (действующего вещества) содержание хозяйственно-ценной части урожая в общем, биологическом урожае повышалось на 3,2 - 6,9 %. При внесении повышенной дозы азота (N135 кг/га д.в.) увеличивалось накопление биомассы у всех культур, однако содержание хозяйственно-ценной части в общем, биологическом урожае снижалось. При внесении повышенной дозы фосфора (Рш кг/га д.в.) увеличивался удельный вес корневой системы в целом. Под влиянием повышенных доз удобрений увеличивался расход питательных элементов на образование 100 ц товарной продукции.
А.И. Столяров, А.С. Михайлов [8] исследовали влияние разных доз и сочетаний удобрений на урожай и качество моркови.
Органическое удобрение вносилось из расчета 30 т на гектар. Доза минеральных удобрений 45, 90 и 135 кг действующего вещества NPK на гектар. Максимальная прибавка получена при внесении повышенной дозы фосфорного удобрения. Уменьшение дозы калийного удобрения до 45 кг действующего вещества, а также увеличение этой дозы до 135 кг снизило прибавку урожая.
Согласно выполненные исследованиями опыт работы овощных хозяйств рекомендуются следующие дозы минеральных удобрений под овощные культуры на орошаемых полях Северного Кавказа: средние дозы N - 150 кг/га, Р2О5 - 80 кг/га д.в. возможные диапазоны изменения норм в зависимости от плодородия почв N - 60-200; Р205 - 60-120 [10-31].
Рекомендуемые дозы минеральных удобрений под овощные культуры на фоне навоза для орошаемых почв Украины в кг/га д.в. для южных черноземов N - 60-120; Р205 - 60-90; К20 - 30-60; для обыкновенных черноземов N- 60-120; Р205 - 60-90; К20 - 30-60 [32-49].
Н.К. Балябо, Е.А. Зверева [50] установили влияние влажности почвы на эффективность удобрений и урожайность овощных культур.
Доза удобрений N120P90K60 кг/га д.в. повышает урожай на 24,4; 36,2 и 45,8 %, а доза N180P135K90 — на 30,2; 45,3 и 61,1 % соответственно по вариантам влажности. Применение более высоких доз не дает прибавку урожая при влажности почвы 60 % от наименьшей влагоёмкости (НВ), а при влажности почвы 80 % НВ урожай увеличивается от внесения N240P180K120 кг/га д.в. на 73,1 % и от N300P225K150 - на 78,4 %. Даже при высокой влажности почвы наблюдается четкая закономерность снижения эффекта с возрастанием дозы. Увеличение дозы на N60P45K30 кг/га д.в. по сравнению с N120P90K60 кг/га д.в. обеспечило прибавку урожая на 15,3; 12,0 и 5,3 % соответственно. Урожай лимитируется каким-то другим фактором.
В условиях дерново-подзолистых легкосуглинистых почв [51-55] отмечают прибавки урожайности овощных культур от вносимых доз удобрений при орошении в пределах 223-501 ц/га, или 106-182 %, а только от поливов 5-28 %. Вносимые дозы удобрений при орошении по разному оказывают влияние на урожайность овощных культур. Так внесение двойных доз минеральных удобрений N36oPi8oK24o кг/га д.в. под капусту, N180P180K240 кг/га д.в. под морковь повышало урожайность на 78-128 ц/га без полива и на 74-120 ц/га с поливом. Следует отметить, что действие равновеликих доз удобрений (N150P75K180; навоз 15 т/га + 75Рз7,5К9о; навоз 30 т/га) на урожай овощных культур было различным. Так, внесение N150P75K180 кг/га д.в. способствовало росту урожая капусты на 39-74 ц/га, как без полива, так и с поливом по сравнению с другими равновеликими дозами, а урожайность моркови по этим вариантам была практически одинаковой.
Сарана СВ. [56, 57] разрабатывал водосберегающий режим орошения моркови в сочетании с различными дозами минерального питания, для получения запланированного урожая, при рациональном использовании трудовых, материальных и энергетических ресурсов.
Наиболее оптимальным вариантом на светло-каштановых почвах является вариант с дифференцированным предполивным порогом влажности по фазам развития моркови, по схеме 85-70-70 % НВ. Оросительные нормы соответственно составили 4400-2500 м/га. Максимальная урожайность корнеплодов моркови получена при влажности почвы 85 % НВ в сочетании с нормой внесения N150P120K90 кг/га д.в. - 59 т/га, коэффициент водопотребления - 99 м7т. В ряде работ [58-73] предлагается поддерживать дифференцированный порог предполивной влажности почвы (таблица 1). Таблица 1 — Оптимальная предполивная влажность почвы
Программа и методика экспериментов
Большое распространение получили методы, где учет климатических условий осуществляется за счет использования среднесуточных температур воздуха и ее различными модификациями с учетом продолжительности дня, радиационного баланса, суммарной радиации, влажности воздуха. Следует иметь в виду, что на точность методов влияет изменчивость биоклиматических коэффициентов культур, входящих в зависимости из-за того, что суммарное испарение может изменяться в широких диапазонах в климатических условиях с одинаковыми значениями температуры воздуха и длины дня. Даже в условиях одного региона в зависимости от влагообеспеченности конкретного года, величины испарения и испаряемости могут различаться на 10-30 % при почти одинаковых температурах.
В ряде расчетных методов влияние метеорологических условий учитывается более надежно на основе метода теплового баланса орошаемого поля. Однако, поливные нормы и в этих методах определяются с помощью эмпирических коэффициентов.
Недостаточная точность эмпирических параметров ведет к ошибкам в расчетах режима орошения до 30 %. Кроме этого, формулы получены для зоны оптимально увлажненной почвы, а влияние снижения влажности почвы на депрессию испарения не учитывается.
Ряд методик расчета основан на уравнениях связи составляющих теплового и водного балансов. Эти уравнения — результат аналитической аппроксимации эмпирических связей, полученных в естественных условиях, между составляющими водного (осадки и испарение ЕТ) и теплового (испаряемость Ew, определяемой тепловыми ресурсами). Но в данных формулах присутствуют эмпирические коэффициенты, а не учет их изменчивости при изменении условий влагообеспеченности может приводить к существенным ошибкам. Ограничивает их применение недостаточная надежность учета, с помощью биоклиматических коэффициентов культур, биологических особенностей водопотребления растений при расчете суммарного испарения и испаряемости, но испарение в этом случае принимается одинаково пропорциональным влагозапасам почвы во все фазы развития растений, что неиверно с точки зрения физиологии растений. На различных этапах онтогенеза избыток или недостаток влаги по-разному сказывается на приросте биомассы и интенсивности испарения сельскохозяйственных культур. Для повышения точности расчетов требуется оценка изменчивости коэффициентов влияния биологических особенностей культур на их водопотребление. Также следует учитывать тот факт, что прямая пропорциональность между влагозапасами и водопотреблением часто нарушается в природе [54,55]. Принятие такой зависимости между влагозапасами и водопотреблением и отсутствие данных о возможных изменениях по фазам развития растений может привести к значительным ошибкам. При малых запасах влаги в почве водопотребление занижается, при оптимальных — результаты получаются удовлетворительными.
В идеале использование биологических кривых (биологических коэффициентов испарения культур) для нормирования орошения — наиболее обоснованный и универсальный метод. Он учитывает основ- \ ные факторы, определяющие величину водопотребления сельскохозяй- і ственных культур, их биологические особенности, погодные условия и і влагозапасы почвы. Биологические кривые должны строиться по экспериментальным данным о водопотреблении, испаряемости, влагозапасах почвы и фазах развития растений в два этапа. На первом этапе строится семейство кривых, показывающих зависимости коэффициентов культур от влажности почвы по отдельным фазам развития растений. Затем строятся кривые, максимальные ординаты которых в процессе онтогенеза представляют собой собственно биологические кривые водопотреб-ления растений. В этом случае биологические кривые становятся зо-нальными, устойчивыми количественными характеристиками интенсивности водопотребления сельскохозяйственных культур, сложившимися в процессе адаптации данной культуры к условиям ее формирования. Такие кривые по определению и физическому смыслу являются универсальными, неизменными по территории. На практике, однако, попытки получения таких кривых не увенчались успехом. При этом биологические коэффициенты становятся зональными — биоклиматическими, изменчивыми во времени и пространстве [167].
Исследования Э.А. Струнникова подтверждают изменчивость биоклиматических коэффициентов, описываемую степенной зависимостью, с изменением показателя степени от нуля до единицы. Изменчивость биоклиматических коэффициентов, как пространственная, так и временная, объясняется рядом причин: созданием в среде растений своеобразного фитоклимата, динамикой испарения с поверхности почвы при различном ее увлажнении, особенностями процесса испарения в контрастных климатических зонах, резкими изменениями погоды в одной и той же климатической зоне. С целью повышения точности расчетов для различных почвенно-климатических условий- необходимо рассчитать семейство региональных кривых водопотребления основных культур. Существенное значение имеет при этом изучение закономерностей изменчивости биологических коэффициентов во времени, поскольку погодные условия в отдельных климатических зонах страны имеют резкие колебания во времени и пространстве.
Влияние дифференцированных по фазам развития моркови режимов орошения на урожайность и суммарное испарение
Зима отличается развитием циклонической деятельности, где циклоны, сопровождающиеся западными ветрами с выпадением осадков, чередуются с холодными антициклоническими вторжениями с их устойчивым восточным ветром.
Самый холодный месяц — январь. Средняя температура воздуха в январе здесь изменяется от -12 С на северо-востоке до -5 С на юго-западе. В Предкавказье они изменяются от 0 до -5 С. В высокогорных условиях зима очень суровая. Период с устойчивыми морозами начинается в декабре и продолжительность его от 100-110 дней на северо-востоке, до 50-60 дней на юго-западе. Соответственно максимальная глубина промерзания изменяется от 100-150 до 30-50 см.
Весна в северных районах наступает в конце марта. Отличительной чертой весны является частая изменчивость синоптических процессов и быстрая смена воздушных масс. Это самый короткий сезон года. Период от даты устойчивого перехода температуры воздуха через 0 С до даты устойчивого перехода через 15 С изменяется от 40-50 дней на северо-востоке до 60-75 дней на равнинах Предкавказья. На большей части территории это происходит в первой половине мая.
Начинается лето, жаркое и пыльное. Продолжительность летнего периода колеблется от ПО до 145 дней. В летний период погода формируется за счет трансформации воздушных масс в медленно движущихся азорских и арктических антициклонах, чему в значительной мере способствует большой приток солнечной радиации.
Средние суммы температур выше 10 С, определяемые в 3500, 3600 С и даже более наблюдаются в Прикаспии. В равнинной части территории они колеблются в пределах 2800-3500 С.
Средняя продолжительность безморозного периода колеблется от 150 на севере рассматриваемой территории до 180-195 дней на равнинах Предкавказья и 180-200 дней на Черноморском побережье Кавказа. Как видно из вышеприведенных показателей характерным для региона является длительный безморозный период, большая сумма положительных температур. На всей территории наблюдается удовлетворительный температурный режим для возделывания сельскохозяйственных культур.
В то же время, при хорошей обеспеченности теплом, увлажнение территории крайне не достаточное и неравномерное, что связано с большим разнообразием природных ландшафтов.
Количество выпадающих осадков колеблется от 200-250 мм за год на востоке, до 400-500 мм и более на западе. Лучшие условия увлажнения создаются на Кубано-Приазовской низменности, где выпадает 500-600 мм осадков. Южнее в Причерноморской зоне предгорий их количество увеличивается до 800-900 мм за год.
Обеспеченность территории осадками, по сезонам, имеет свои особенности. Как в холодный, так и в теплый периоды осадки выпадают при западных, юго-восточных и северо-западных воздушных потоках. Количество осадков имеет тенденцию к уменьшению с запада и юго-запада на восток и северо-восток.
Основное количество осадков (60-75 %) выпадает в теплый период. Так, например, если в низовьях р.Дон в зимний период выпадает до 150-170 мм, то в теплый 250-300 мм, а на Северо-Осетинской равнине — 700 мм, на Черноморском побережье Кавказа — 400-600 мм.
Наряду с осадками важным элементом увлажнения является влажность воздуха, которая оказывает такое же сильное влияние на рост и развитие растений, как и влажность почвы. Засухи и суховеи различной интенсивности и продолжительности наблюдаются ежегодно и часто наносят большой ущерб сельскому хозяйству. Начиная с 1981 года, наибольшее распространение получило фи 59 зико-географическое районирование, выполненное в Московском Государственном университете под руководством Н.А. Гвоздецкого (1969), которое дополнено исследованиями ученых ЮжНИИГиМа, данными по степени природной увлажненности, выполненной по методике Н.В. Данильченко (1965), на основании и по материалам Юж-НИИГиМ и СтавНИИГиМ.
Физико-географическое районирование выполнено на основе принципа, учитывающего всю совокупность природных условий территории, зональные факторы формирования географической среды в их современном состоянии. Коэффициент природной увлажненности (Ку) в исследованиях ЮжНИИГиМ определялся по формуле Ky=(lP0 + Wn)/E0, (2.5) где Ку- коэффициент природной увлажненности; Р0- средняя многолетняя сумма осадков за биологически активный период года, т.е. за период с температурой более +5 С, мм; Wn- активные влагозапасы в слое 1,0 м на начало периода, мм; Е0- испаряемость за расчетный период, определяемая по формуле Н.Н. Иванова % 0,0018(25 + t)2 -(і00-а). В соответствии с районированием по степени природной обеспеченности на территории Северного Кавказа выделено 6 зон (таблица 8). Орошаемые земли Северного Кавказа расположены в основном в IV - VI климатических зонах.
Закономерности влияния гидрометеорологических условий и влажности почвы на суммарное испарение и урожайность
Оптимальные для данной культуры условия минерального питания способствуют, прежде всего, благоприятному протеканию фотосинтетических процессов, от которых, главным образом, зависит образование биомассы. Особая роль среди питательных элементов принадлежит азоту [12-16].
Опытные данные по минеральному питанию моркови на обыкновенных черноземах немногочисленны. В основном для ее возделывания рекомендуют плодородные, богатые азотом почвы. Вследствие принадлежности к С4 - растениям «аспартатного» типа, морковь хорошо отзывается на высокие дозы минеральных удобрений, внесенных под предшествующую культуру. Вынос азота, фосфора и калия растениями составляет на 1 тонну урожая для моркови: N - 3,2 кг; Р2О5 - 1,2 кг; К20 - 5,0 кг.
По данным ВИУА для черноземной зоны рекомендуется (навоз, 40 т/га; минеральных удобрений, кг/га д.в.): под морковь: азот - 60... 120; фосфор - 60...90; калия - 60... 150 кг/га д.в.
Почвы опытного участка, на котором проводились исследования, были недостаточно обеспечены питательными веществами. В пахотном слое количество их было: легкогидролизуемого азота - 2,8...4,0 мг; подвижного фосфора- 2,2...4,2 мг; обменного калия -18...30 мг на 100 г почвы. На опытных участках в качестве калийных удобрений применяли хлористый калий, в качестве фосфорных удобрений - суперфосфат двойной гранулированный, в качестве азотных удобрений - аммиачную селитру. Фосфорные и калийные удобрения вносили осенью под зяблевую вспашку, азотные - весной под первую культивацию.
Комплексное регулирование в течение вегетационного периода водного, пищевого и теплового режимов почвы, позволяет получать высокие и стабильные урожаи моркови.
Исследование, направленные на совершенствование технологий возделывания, базируются на знании потребностей растений в основных питательных элементах. Оптимальные, для сельскохозяйственных культур, ус 86 ловия минерального питания способствует оптимизации фотосинтетической деятельности и продуктивности процесса.
Выращиваемая на черноземах морковь, характеризуется повышенной отзывчивостью на калий, достаточно высокой требовательностью к фосфору и пониженной - к азоту.
Фосфорные удобрения повышают устойчивость растений к завяда-нию и ускоряют созревание урожая, тогда как азотные удобрения способствуют развитию вегетационной массы растения, удлиняют вегетационный период, но при недостатке влаги в почве могут привести к снижению урожая. Калийные удобрения повышают сопротивляемость болезням.
Наши исследования были направлены на изучение формирование питательного режима почвы при возделывании моркови, а также влияния разных доз удобрений на урожайность, при оптимальной и пониженной влаго-обеспеченности.
Система удобрений под морковь состояла из основного удобрения, фосфорные и калийные удобрения - осенью под зяблевую вспашку, азотные - весной под первую культивацию. Такое распределение удобрений, согласно зональным системам земледелия обеспечивает наиболее благоприятные условия пищевого режима почвы для роста и развития растений.
Для изучения NPK в почве на посевах моркови в течение вегетационного периода велись наблюдения за их изменением в пахотном (0...30 см) и подпахотном (30... 60 см) слоях почвы.
Наблюдения за динамикой подвижного фосфора на посевах моркови показали среднюю обеспеченность почв фосфором. Как следует из показателей, содержание подвижного фосфора в пахотном слое больше, чем в подпахотном слое. Почвы участков по содержанию обменного калия относятся к высоко обеспеченным. Из показателей динамики питательных веществ следует, что запасы легкогидролизуемого азота были средние. Затем по мере роста и развития растений моркови в середине вегетационного пе 87 риода содержание его уменьшилось на всех вариантах опыта. Так к концу вегетации наблюдалось уменьшение его в верхнем 0...20 см слое почвы (рисунок 3.9).
Из полученных показателей по динамике легкогидролизуемого азота следует, что на варианте с оптимальной нормой удобрений к концу вегетационного периода азота остается 6,4 мг на 100 г почвы. В течение вегетации моркови наблюдалось незначительное снижение показателей фосфора (на 3...5 %) по вариантам опыта. Данные по динамике обменного калия показывают, что в течение вегетационного периода происходит незначительное снижение калия в пахотном и предпахотном горизонтах.
Содержание сухих веществ в продуктивных органах моркови при высокой влажности почвы понижается, а применение удобрений приводит к увеличению этого показателя. В корнеплодах моркови содержание сухих веществ колеблется под влиянием орошения и удобрения от 12,2 % до 13,0 %. Орошение снижает их количество на 1,5 %, удобрения увеличивают на 0,5 %.
Хотя при орошении у всех культур содержание сухих веществ в продуктивных органах снижается, но в связи с тем, что орошение значительно повышает урожай, выход сухих веществ с единицы площади при этом значительно выше, чем без орошения.
В целом наблюдения за динамикой питательных веществ в почве показали, что при оптимальном орошении и применении удобрений, происходит более интенсивное усвоение растениями моркови легкодоступных питательных веществ, а, следовательно, и наибольшее снижение содержания питательных веществ в почве.
