Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткая история развития, состояния и изученности проблемы чистых, занятых и сидеральных паров на мелиорируемых землях. 7
Глава 2. Объекты, методика и условия проведения исследований 26
2.1 Объекты исследований. 26
2.2. Условия проведения исследований 33
2.3 Схема опытов и методика исследований 37
Глава 3 Режим орошения и водопотребление сои при различных технологиях подготовки паров. 41
3.1 Режим орошения сои 41
3.2 Составляющие суммарного водопотребления сои 50
3.3 Значения среднесуточного водопотребления сои 56
3.4 Влияние паровых предшественников на режим орошения сои 60
3.3 Урожайность сои 63
Глава 4 Влияние режимов орошения, технологий подготовки паров на плодородие почвы 69
4.1 Динамика роста и развития сои 69
4.2 Структура урожая и оценка качества зерна сои 79
4.3 Влияние видов пара и их подготовки на засоренность посевов сои 81
4.4 Плодородие почвы 87
4.5 Фотосинтетическая деятельность растений сои 93
Глава 5 Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения паров и технологий их подготовки на мелиорируемых землях 104
5.1 Биоэнергетическая оценка 104
5.2 Экономическая эффективность 105
Выводы 113
Рекомендации производству 115
Спосок использованной литетатуры 116
Приложения 129
- Краткая история развития, состояния и изученности проблемы чистых, занятых и сидеральных паров на мелиорируемых землях.
- Составляющие суммарного водопотребления сои
- Влияние видов пара и их подготовки на засоренность посевов сои
- Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения паров и технологий их подготовки на мелиорируемых землях
Введение к работе
Актуальность работы. Соя является ценнейшей зернобобовой культурой, возделываемой в Амурской области. В последние десятилетия производство сои снижено. Причинами этого является резкое сокращение площадей возделывания, низкая урожайность, а так же дефицит удобрений, связанный с нехваткой денежных средств в хозяйствах области на их приобретение. Почвенно-климатические условия южной зоны Приамурья благоприятствуют производству сои. В связи с тем, что посевные площади в перспективе изменятся незначительно, основной объем прироста производства сои должен быть получен за счет повышения продуктивности пашни. Континентальность климата с муссонным характером распределения осадков, недостаток влаги в первой половине вегетационного периода и переувлажнение почв во второй, предполагают разработку такой системы земледелия, которая бы в этих трудных условиях обеспечивала высокий урожай сельскохозяйственных культур и сохранение почвенного плодородия. Особая роль в выполнении этой сложной, но реальной задачи, принадлежит научно-обоснованным режимам орошения сои в сочетании с приемами паровых мелиорации, эффективно решающих задачу сохранения и воспроизводства почвенного плодородия, борьбы с сорными растениями, накопления элементов питания в почве и рационального их использования растениями.
Цель исследований. Разработка режимов орошения сои и обоснование парового предшественника, обеспечивающих воспроизводство плодородия мелиорированных земель в условиях муссонного климата южной зоны Приамурья.
Задачи исследований:
установить особенности и динамику водопотребления сои, формирование водного режима почвы при различных режимах орошения;
установить закономерности формирования урожая в зависимости от условий водного режима почвы и паровых предшественников;
определить основные показатели фотосинтетической деятельности растений и закономерности влияния ее на урожай сои;
установить особенности изменения продуктивной влаги и подвижных
форм элементов питания в почве в зависимости от паровых предшественников;
- изучить влияние видов чистого, занятого, сидерального пара на
засоренность посевов, урожайность и качество зерна сои;
- дать биоэнергетическую и экономическую оценку при различных ре
жимах орошения и предложить наиболее оптимальные из них для условий
Амурской области.
Научная новизна. Обоснована и экспериментально подтверждена возможность эффективного возделывания сои на мелиорируемых землях Амурской области в сочетании с чистыми, занятыми и сидеральными парами. Установлены режимы орошения сои, позволяющие получать значительную прибавку урожая.
Основные положения, выносимые на защиту:
обоснование режимов орошения сои в условиях муссонного климата Амурской области;
закономерности формирования урожая в зависимости от уровня условий водного режима и паровых предшественников;
влияние паровых предшественников на засоренность посевов, урожайность и качество зерна сои в условиях Амурской области;
биоэнергетическая и экономическая эффективность при орошении в сочетании с паровыми предшественниками для условий Приамурья.
Практическая значимость. Практическая значимость работы состоит в разработке и реализации водосберегающей технологии орошения сои, а также получении высоких урожаев при экономии водных ресурсов. Проведенные исследования позволили разработать практические рекомендации по использованию паров, обеспечивающих воспроизводство плодородия мелиорируемых земель.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-производственных конференциях профессорско-преподавательского состава ДальГАУ (2001 - 2003 гг.), на межвузовских научно-практических конферен-
циях молодых ученых (г. Благовещенск 2002 - 2003 гг.), на международной научно-практической конференции «Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства» (г. Волгоград, 2004 г.), на III российско-монгольской научной конференции молодых ученых и студентов «Алтай: экология и природопользование» (г. Бийск, 2004 г.).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 статьях.
Объем работ. Работа изложена на 168 страницах основного текста, включая 26 таблиц, 4 рисунка и 6 приложений. Список литературных источников состоит из 170 наименований, включая 9 иностранных авторов.
Автор настоящей работы благодарен своему научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Алексейко Ивану Сергеевичу за ценные советы и научные консультации.
Краткая история развития, состояния и изученности проблемы чистых, занятых и сидеральных паров на мелиорируемых землях.
Южная зона Приамурья является крупнейшим сельскохозяйственным районом Российского Дальнего Востока. В пользовании сельскохозяйственных предприятий различных форм собственности находится более 4,1 млн. га земель, 246 тыс. га земель мелиорированы, в том числе 236,9 тыс. га — осушенных и 9,2 тыс. га — орошаемых, в том числе с двухсторонним регулированием 5,6 тыс. га, из них с закрытым дренажем 2,8 тыс.га. На территории области находится 186 осушительных и 40 оросительных систем. Мелиоративное состояние осушенных земель на площади 166,7 тыс. га (69 %) оценивается как хорошее, земель в удовлетворительном состоянии находится 19,2 тыс.га (8 %). В настоящее время только 35 % мелиорированных земель используется под пашню, (проектное — 81 %), под пастбищами занято 7 % осу-шенных земель (проектное — 4,8 %), под сенокосами - 32 % (проектное -14 %), 41,4 тыс.га, или 17,5 %, осушенных земель переведено в залежь. Основная часть осушительных систем в области имеет статус хозяйственных, имеется 35 межхозяйственных систем. По конструктивным особенностям 68 % систем построены с открытой сетью каналов, 23 % - с закрытой дренажной сетью и 9 % систем - комбинированного типа. Преобладающими являются осушительные системы с открытой сетью каналов. Они составляют 85 % по площади [5]. Осушительные системы приурочены в большей своей части (80 %) ко второй, реже первой (6 %) и третьей (12 %) террасам. В многолетии осадки несколько превышают суммарное испарение, поэтому водный баланс всей территории сдвинут в сторону накопления влаги и стока воды через естественную или искусственную гидрографическую сеть. В то же время весной и в начале лета часто влаги на почвы расходуется больше, чем приносят ее за это в емя дожди, и почвы в этот период сильно пересыхают. Оптимальный водно-воздушный режим почв может быть создан только с помощью гидромелиоративных систем двухстороннего регулирования.
На равнинах и предгорных районах Приамурья почвы развиты на породах тяжелого механического состава и обладают плохой водопроницаемостью. Это затрудняет впитывание влаги и проникновение ее из верхних горизонте в в нижние. Почвы испытывают периодическое переувлажнение, а на пониженных элементах рельефа нередко вообще заливаются водой. Избыток влаги отрицательно сказывается на росте и развитии большинства культурных растений. Наряду с этим весной и в первую половину лета нередко бывают засухи. В отдельные годы влажность почвы снижается настолько, что в почве не оказывается доступной для растения влаги. Создание водного режима почв, благоприятного для возделывания культур, является одной из важных задач мелиоративных мероприятий.
Особенности водного режима тяжелых почв Приамурья определяются, пре? .де всего, их водно-физическими свойствами: достаточно проницаемым гумусовым и слабопроницаемым подгумусовым горизонтами [139, 152]. Большинство почв Приамурья отличаются маломощным гумусовым горизонтом, тяжелым механическим составом и плохими водно-физическими свойствами [131]. Пахотный слой подстилается плотными слабопроницаемыми глинами. В период муссонных дождей в пахотном слое надолго задерживается верховодка. Корневая система растений почти не проникает в подпахотные слои. Маломощный активный слой почвы быстро пересыхает при засухе и переувлажняется при дождях. Ранние культуры в этих условиях чаще всего угнетаются засухой и дают низкие урожаи. Поздние культуры испытывают вредное воздействие сначала засухи, а в период формирования урожая — избытка влаги в почве. В целом для Приамурья, считает Черноухов A.M. (1978), нужна мелиорация земель с двусторонним регулированием водного режима почв [151]. Степанов А.Н. (1976) задачи мелиорации земель в Приамурье определил «...в ликвидации избыточного увлажнения почв во второй половине лета и осенью и в восполнении дефицита влаги в почве весной и в первой половине лета» [139]. Шатохин А.Ф. (1981) на основе анализа тепловлагоресурсов по методу гидролого-климатических расчетов приходит к выводу, что в условиях Амурской области при значительной многолетней и внутригодовой неравномерности режима влагообеспеченности оптимизация водного режима возможна лишь при его двустороннем регулировании. При этом нормы водоот-ведения в целом соизмеряются с оросительными нормами [154]. Одним из оснс .ных элементов технологии орошения сельскохозяйственных культур является техника полива, обеспечивающая наряду с системой земледелия управление факторами жизни растений.
Таким образом, в условиях ограниченных водных ресурсов и деградации почвенного плодородия, поиск путей повышения продуктивности орошаемых земель, экономии и восстановления природных ресурсов и регулирования нагрузок на агроландшафт при выращивании растениеводческой продукции для предупреждения нарушения его устойчивости и деградации представляет в настоящее время крупную народно-хозяйственную проблему, особ нно обострившуюся в последние годы. Орошение в сочетании с другими интенсифицирующими факторами земледелия в значительной степени воздействует на почву, изменяя естественный процесс почвообразования и создавая новые связи между плодородием и продуктивностью возделываемых культур. Целенаправленное управление водным и пищевым режимами почвы, гумусовым ее состоянием, обеспечивающим накопление вещества и энергии, способствует повышению продуктивности сельскохозяйственных культур, росту плодородия почв. В то же время нарушение регламента использования орошаемых земель связано с появлением целого ряда негативных влений (дегумификацией, обесструктуриванием, вторичным засолением и т.д.). Сохранение и повышение плодородия почв с обеспечением наибольшего прироста урожайности выращиваемых культур - основная задача орошаемого земледелия.
Составляющие суммарного водопотребления сои
По своему происхождению соя - растение теплого муссонного климата, характеризующего высокой влажностью в летние месяцы, поэтому для своего развития и реализации потенциальных возможностей требует большого количества тепла и влаги. В настоящее время принято потребность сои в воде и ее продуктивное использование выражать через суммарное водопотребление и коэффициент водопотреления. По многочисленным данным, суммарное водо-потребление сои составляет 3000 - 7000 м /га. Основным элементом расчета режима орошения является определение суммарного водопотребления культуры на транспирацию и испарение почвой за вегетационный период.
Эту величину определяют различными методами, сущность которых заключается в установлении зависимости водопотребления от различных климатических факторов: суммы температур, солнечной радиации, дефицита влажности воздуха, испаряемости и т.д. [103]. Суммарное водопотребление сои (Е) определялось нами по методу водного баланса расчетного слоя почвы, разработанному А.Н. Костяковым. Этот метод благодаря высокой достоверности и универсальности относится к числу эталонных для установления суммарной потребности растений в воде и в течение многих десятилетий является единственным массовым приемом, прш« гняемым в агрономической и мелиоративной практике [14,15,128]. Он основан на использовании уравнения водного баланса орошаемого поля и решении этого уравнения относительно величины Е. Общий вид уравнения водного баланса описывается довольно сложной зависимостью. В конкретных почвенно-гидрогеологических и хозяйственных условиях уравнение значительно упрощается. Точность определения водопо-требления этим методом в большой степени зависит от точности определения входящих в уравнение составляющих. Метод водного баланса рекомендуется при глубоком залегании грунтовых вод. Недостатком этого метода является то, что он дает лишь осред-ненные величины суммарного водопотребления (Е), не выявляя зависимость от биологических, погодных и других факторов жизни растений. Приходная часть водного баланса состоит: из оросительной нормы (Мор); атмосферных осадков (Р); количества влаги, поступившей в активный слой почвы снизу от грунтовых вод при близком их расположении, или капиллярного подпитывания (Ко); использования запасов влагч в почве (Wj-Wz). Расходная часть баланса состоит: из объема воды, расходуемого на транспирацию (Е0) и объема воды, расходуемого на испарение с поверхности почвы (Ei). Частное от деления суммы двух этих величин (Ео + Ej), выраженной в м /га, на продуктивную часть урожая, в тоннах, называют коэффициентом водопотребления (К).
Его устанавливают по обобщенным многолетним опытным данным для конкретных природных и агротехнических условий. Суммарное водопотребление - это произведение коэффициента водопотребления на заданный урожай культуры (У). Если все компоненты водного баланса выразить в м3/га, то суммарное водопотребление представится следующим равенством: Расчеты по вышеизложенным формулам были проведены нами по годам исследований для всех изучаемых режимов орошения. Они сведены в таблицы. Физиологическая потребность растений сои в водном питании обеспечивалась в условиях опыта естественными запасами влаги в предпосадочный период, послепосадочными и вегетационными поливами, атмосферными осадками за период вегетации. Выпадающие осадки не все полезно используются. Часть их испаряется, не "эстигнув поверхности почвы, стекает в понижения и гидрографическую сеть. Коэффициент полезного использования осадков зависит от интенсивно- сти и количества одновременного их выпадения, состояния почвы, растительного покрова. Опытами, установлено, что для вегетационного периода он обычно не превышает 0,7 [15]. У большинства культур основными статьями прихода влаги в водном балансе являются осадки и вегетационные поливы. Между этими величинами существует обратная зависимость: чем больше осадков выпадает, тем меньше требуется вегетационных поливов, и наоборот. Поэтому оросительная норма у одной и той же культуры и даже сорта сильно колеблется по годам. В начале, когда вегетативная масса растений мала и влажная поверхность поля остается открытой для прямых солнечных лучей, в суммарном расходе воды преобладает испарение почвой. По мере увеличения высоты растений, площади листовой поверхности, накопления вегетативной массы, возрастает расход воды на транспирацию. Затем, снижается испарение влаги почвой из-за большего затенения поверхности, подсушивания верхних слоев, снижения интенсивности влагообмена между глубокими слоями почвы. В таких условиях преобладающей становится транспирация растениями. В наших исследованиях основное внимание уделено закономерностям количественных изменений расхода почвенной влаги растениями сои с последующим использованием установленных показателей для управления водным режимом почвы и обоснования потребления воды растениями на фоне паровых предшественников.
Влияние видов пара и их подготовки на засоренность посевов сои
По своему происхождению соя - растение теплого муссонного климата, характеризующего высокой влажностью в летние месяцы, поэтому для своего развития и реализации потенциальных возможностей требует большого количества тепла и влаги. В настоящее время принято потребность сои в воде и ее продуктивное использование выражать через суммарное водопотребление и коэффициент водопотреления. По многочисленным данным, суммарное водо-потребление сои составляет 3000 - 7000 м /га. Основным элементом расчета режима орошения является определение суммарного водопотребления культуры на транспирацию и испарение почвой за вегетационный период. Эту величину определяют различными методами, сущность которых заключается в установлении зависимости водопотребления от различных климатических факторов: суммы температур, солнечной радиации, дефицита влажности воздуха, испаряемости и т.д. [103]. Суммарное водопотребление сои (Е) определялось нами по методу водного баланса расчетного слоя почвы, разработанному А.Н. Костяковым. Этот метод благодаря высокой достоверности и универсальности относится к числу эталонных для установления суммарной потребности растений в воде и в течение многих десятилетий является единственным массовым приемом, прш« гняемым в агрономической и мелиоративной практике [14,15,128]. Он основан на использовании уравнения водного баланса орошаемого поля и решении этого уравнения относительно величины Е. Общий вид уравнения водного баланса описывается довольно сложной зависимостью.
В конкретных почвенно-гидрогеологических и хозяйственных условиях уравнение значительно упрощается. Точность определения водопо-требления этим методом в большой степени зависит от точности определения входящих в уравнение составляющих. Метод водного баланса рекомендуется при глубоком залегании грунтовых вод. Недостатком этого метода является то, что он дает лишь осред-ненные величины суммарного водопотребления (Е), не выявляя зависимость от биологических, погодных и других факторов жизни растений. Приходная часть водного баланса состоит: из оросительной нормы (Мор); атмосферных осадков (Р); количества влаги, поступившей в активный слой почвы снизу от грунтовых вод при близком их расположении, или капиллярного подпитывания (Ко); использования запасов влагч в почве (Wj-Wz). Расходная часть баланса состоит: из объема воды, расходуемого на транспирацию (Е0) и объема воды, расходуемого на испарение с поверхности почвы (Ei). Частное от деления суммы двух этих величин (Ео + Ej), выраженной в м /га, на продуктивную часть урожая, в тоннах, называют коэффициентом водопотребления (К). Его устанавливают по обобщенным многолетним опытным данным для конкретных природных и агротехнических условий. Суммарное водопотребление - это произведение коэффициента водопотребления на заданный урожай культуры (У). Если все компоненты водного баланса выразить в м3/га, то суммарное водопотребление представится следующим равенством: Расчеты по вышеизложенным формулам были проведены нами по годам исследований для всех изучаемых режимов орошения.
Они сведены в таблицы. Физиологическая потребность растений сои в водном питании обеспечивалась в условиях опыта естественными запасами влаги в предпосадочный период, послепосадочными и вегетационными поливами, атмосферными осадками за период вегетации. Выпадающие осадки не все полезно используются. Часть их испаряется, не "эстигнув поверхности почвы, стекает в понижения и гидрографическую сеть. Коэффициент полезного использования осадков зависит от интенсивно- сти и количества одновременного их выпадения, состояния почвы, растительного покрова. Опытами, установлено, что для вегетационного периода он обычно не превышает 0,7 [15]. У большинства культур основными статьями прихода влаги в водном балансе являются осадки и вегетационные поливы. Между этими величинами существует обратная зависимость: чем больше осадков выпадает, тем меньше требуется вегетационных поливов, и наоборот. Поэтому оросительная норма у одной и той же культуры и даже сорта сильно колеблется по годам. В начале, когда вегетативная масса растений мала и влажная поверхность поля остается открытой для прямых солнечных лучей, в суммарном расходе воды преобладает испарение почвой. По мере увеличения высоты растений, площади листовой поверхности, накопления вегетативной массы, возрастает расход воды на транспирацию. Затем, снижается испарение влаги почвой из-за большего затенения поверхности, подсушивания верхних слоев, снижения интенсивности влагообмена между глубокими слоями почвы. В таких условиях преобладающей становится транспирация растениями. В наших исследованиях основное внимание уделено закономерностям количественных изменений расхода почвенной влаги растениями сои с последующим использованием установленных показателей для управления водным режимом почвы и обоснования потребления воды растениями на фоне паровых предшественников.
Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения паров и технологий их подготовки на мелиорируемых землях
Конечной целью введения любого агроприема в сельском хозяйстве при возделывании культур является повышение урожайности и плодородия почвы. Экономическая эффективность в данном случае определяется системой показателей, которая позволяет провести комплексный анализ и сделать достоверные выводы. Совершенствование технологии возделывания сельскохозяйственных культур ведет к интенсификации производства, а вместе с тем к увеличению продукции, росту производительности труда, снижению себестоимости и повышению уровня рентабельности. Необходимым условием высокоэффективного проведения агротехнических мероприятий системы орошаемого земледелия для планирования и организации производства продукции растениеводства является разработка технологических карт. Они позволяют систематически контролировать и полнее выполнять резервы роста производительности труда и снижения себестоимости продукции. Технологические карты регламентируют проведение сельскохозяйственных работ с целью повышения эффективности использования машинно-тракторного парка, других материальных и денежных ресурсов. Составляют их с учетом имеющихся в хозяйстве парка машин, удобрений, средств защиты растений, повторяемости технологических операций, объемов выполняемых работ, нормативных затрат и ресурсов. Для экономической оценки режимов орошения паровых предшественников при возделывании сои были составлены технологические карты по контрольному возделыванию сои (приложение 5, таблица 1), уборке урожая (приложение 5, таблица 2), различными режимами орошения (приложение 5, таблица 3), по паровым предшественникам (приложение 5, таблица 5). При определении оплаты труда для механизаторов и работников ручного труда учитывали тарифный фонд и применяемые в хозяйствах доплаты и премии. Для расчета прямых затрат учитывали стоимость топлива по комплексной цене, включающей стоимость смазочных материалов.
При определении стоимости воды учитывали стоимость управления оросительной системы на подачу ее в точку выдела. Кроме прямых были учтены и косвенные затраты по организации управления производством. Для комплексной оценки экономической эффективности применялась следующая система показателей, рекомендуемая экономическим факультетом Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии: 1. количество произведенной продукции в стоимостном выражении определяли по сложившимся за последние два года ценам реализации; стоимость дополнительно произведенной продукции рассчитывали по каждому режиму орошения в сравнении с контрольным вариантом без удобрений, а также по II и III режиму орошения в сравнении с I режимом; 2. количество продукции, произведенной на 1 чел.-ч, являющееся натуральным показателем производительности труда; 3. валовой доход на единицу затрат труда наиболее точно характеризует производительность живого труда. Валовой доход определяли как разницу между стоимостью продукции и материальными затратами; 4. себестоимость единицы продукции; чистый доход на единицу затрат труда, являющийся стоимостным показателем производительности труда; 5. показатель окупаемости производственных затрат находили как частное от деления стоимости произведенной продукции на ее себестоимость; 6. дополнительный чистый доход на единицу площади; 7. показатель рентабельности чистого дохода на рубль затрат.
Таким образом, были определены прямые затраты как на контрольные технологические операции, так и на все варианты опыта. Нормы выработки и нормативы на материальные затраты были приняты по действующим в производственных условиях сельскохозяйственных предприятий данной зоны. Анализ экономической эффективности производства сои показал, что наименьшие затраты труда по возделыванию сои при I режиме орошения были получены 101,21 чел-ч/га после чистого пара, наибольшие в 125,69 чел-ч/га после занятого, на контроле - 125,23 чел-ч/га (табл. 5.2). Наименьшие затраты труда по возделыванию сои при II режиме орошения были получены 102,53 чел-ч/га после чистого пара, наибольшие в 123,12 чел-ч/га после занятого пара, на контроле - 121,61 чел-ч/га (табл. 5.4). Наименьшие затраты труда по возделыванию сои при III режиме орошения были получены 83,85 чел-ч/га после чистого пара, наибольшие в 113,19 чел-ч/га занятом паре, на контроле — 112,55 чел-ч/га (табл. 5.6). Наименьшие суммарные затраты, при I режиме орошения, получены 8901 руб./га после чистого пара, наибольшие 10951 после занятого пара и 10935 на контроле (приложение 4, таблица 1). Наименьшие суммарные затраты, режим орошения 80% НВ, получены 8954 руб./га после чистого пара, наибольшие 10752 после занятого пара и 10619 на контроле (приложение 4, таблица 2). Наименьшие суммарные затраты, при II режиме орошения, получены 7322 руб./га после чистого пара, наибольшие 9885 после занятого пара и на контроле - 9843 (приложение 4, таблица 3). Суммарные затраты возрастают при всех режимах орошения от чистого пара — сидерального - занятого пара и росте урожая.
