Содержание к диссертации
Введение
Современное состояние вопроса исследований 7
Общая характеристика кукурузы 7
1. Значение кукурузы 7
2. Ботаническая характеристика 9
3. Биологические особенности кукурузы и факторы внешней среды 10
Экологически обоснованный режим орошения кукурузы 16
1. Требования кукурузы к режиму орошения 16
2. Методы определения водопотребления сельскохозяйственных культур 22
3. Корректировка методов определения водопотребления 26
4. Экологическая безопасность режима орошения 32
Влияние основной обработки почвы на урожайность кукурузы 36
Борьба с сорняками в посевах кукурузы 40
Условия проведения опыта 48
Состояние Энгельсской оросительной системы 48
Характеристика почвенных условий опытного участка 49
Климатическая характеристика 52
Погодные условия 54
Схема и методика проведения исследований 59
Схема опыта 59 Методика исследований 60
Агротехника опыта 62
Результаты исследований 64
Рост и развитие кукурузы 64
Агрофизические свойства почвы 66
1 Плотность и структурность почвы 66
2. Пористость почвы 69
Динамика влажности почвы под кукурузой 74
Водопотребление кукурузы 89
Оценка биофизических коэффициентов кукурузы в Заволжье 96
Пищевой режим 105
Засоренность 109
Урожайность зерна кукурузы 113
Эффективность использования влаги кукурузой 117
Энергетическая и экономическая эффективность!20
Выводы 124
Предложения производству 126
Список литературы 127
Приложения
- Биологические особенности кукурузы и факторы внешней среды
- Экологическая безопасность режима орошения
- Характеристика почвенных условий опытного участка
- Пористость почвы
Введение к работе
В условиях сухостепной зоны Заволжья орошение является важнейшим мелиоративным приемом стабилизации сельскохозяйственного производства, т.е. получения устойчивых урожаев зерновых, кормовых, технических и других сельскохозяйственных культур в любые по влагообеспеченности годы.
Эксплуатация орошаемых земель при современном способе ведения поливного хозяйства в условиях дефицита энергетических ресурсов и техногенных средств повышения плодородия почвы приводит к резкому ухудшению агромелиоративного состояния последних и к деградации почвенного плодородия. Наиболее распространенной деградацией почвы в Поволжье является переуплотнение пахотного и подпахотного горизонта.
При этом ухудшаются водно-физические свойства орошаемой почвы, повышается ее плотность, снижается пористость, водопроницаемость, влагоем-кость. В связи с этим увеличиваются непроизводительные потери влаги на испарение, ухудшается воздушный и пищевой режимы. Все это приводит к падению урожайности орошаемых культур на 25-30 % и снижает эффективность поливной воды.
Повышение потерь поливной воды на испарение требует увеличения оросительной нормы. Увеличение оросительной нормы повышает инфильтрацию влаги в глубокие слои, что вызывает подъем грунтовых вод и засоление корнеобитаемого слоя почвогрунта.
Одним из реальных путей выхода из сложившейся ситуации в современных условиях является комплексное применение водосберегающих экологически безопасных режимов орошения в сочетании с другими мелиоративными приемами (механической, химической, биологической и другой мелиорацией). Важную роль в улучшении водно-физических свойств почвы играет глубокое мелиоративное рыхление, позволяющее увеличивать водопрони- цаемость и снижать размеры на непроизводительное испарение поливной воды.
Объектом исследований была выбрана наиболее отзывчивая на орошение и сложение пахотного слоя почвы высокоурожайная культура - кукуруза, возделываемая на зерно.
Цель исследований заключалась в разработке водосберегающего режима орошения сельскохозяйственных культур и изучение эффективности его в сочетании с мелиоративной обработкой почвы для увеличения урожайности кукурузы на зерно, повышения эффективности использования поливной воды и для улучшения эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель.
В задачи исследования входило: выявить воздействие различных режимов орошения и мелиоративной обработки почвы на агрофизические свойства почвы: плотность, общую пористость, пористость аэрации и сложение пахотного слоя; определить влияние мелиоративной обработки почвы на водопроницаемость и водный режим почвы; разработать водосберегающий режим орошения кукурузы, обеспечивающий снижение антропогенной нагрузки на орошаемое поле; выявить влияние различных режимов орошения в сочетании с мелиоративной обработкой на продуктивность зерновой кукурузы; изучить влияние режима орошения и глубины мелиоративной обработки почвы на эффективность использования оросительной воды; исследовать воздействие орошения и мелиоративной обработки на засоренность посевов; определить влияние изучаемых агроприемов на содержание элементов питания в почве; рассчитать биофизические коэффициенты по периодам роста в условиях сухостепной зоны Заволжья; - дать экономическую и энергетическую оценку режима орошения и ме лиоративной глубокой обработки почвы.
Научная новизна заключается в том, что впервые в условиях сухостепной части Заволжья изучено влияние различных режимов орошения на фоне мелиоративной обработки почвы на продуктивность зерновой кукурузы, эффективность использования поливной воды и водно-физические свойства почвы. Определены биофизические коэффициенты кукурузы для условий Поволжья. Выявлены взаимосвязи биофизических коэффициентов с различными факторами. Разработаны экономически, экологически и энергетически выгодные режимы орошения на фоне различных обработок почвы, обеспечивающие высокие урожаи зерновой кукурузы.
Практическая значимость работы состоит в разработке водосберегающего режима орошения, применяемого в сочетании с мелиоративной глубокой обработкой почвы с целью повышения урожаев зерновой кукурузы на 12-15 %, при одновременном снижении поливной воды на единицу урожая на 42,5 % и улучшения водно-физических свойств почвы.
Основные положения, выносимые на защиту: особенности изменения водно-физических свойств и уровня плодородия темно-каштановых почв при использовании различных режимов орошения кукурузы на фоне мелиоративной обработки; характер влияния различных по интенсивности режимов орошения в сочетании их с мелиоративной обработкой темно-каштановых почв на питательный режим, засоренность, величину водопотребления кукурузы и эффективность использования поливной воды; биофизические коэффициенты, рассчитанные по периодам роста кукурузы, с целью выявления степени водосбережения изучаемых агроприемов и определения сроков поливов; - закономерности воздействия разных режимов орошения кукурузы на фоне мелиоративных обработок почвы на продуктивность зерновой кукуру- зы, энергетическую эффективность ее возделывания с целью выявления энергосбережения различных технологических операций при возделывании этой культуры.
Реализация результатов исследований. Производственная проверка проводилась в ОПХ "Новониколаевское" Балаковского района и СПК "Аграрник" Саратовского района.
Внедрение водосберегающих режимов орошения в сочетании с мелиоративной обработкой почвы позволило получить статистически достоверную прибавку урожайности зерна кукурузы 0,5-0,7 т/га.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Региональных и Внутривузовских научных конференциях профессорско-преподавательского состава и молодых ученых (г. Саратов, 2001-2002 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, общим объемом 1,4 п.л., в том числе 0,8 п.л. принадлежит лично автору.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 171 странице компьютерного текста, включает 11 рисунков, 52 таблицы, 30 приложений. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству. Список литературных источников насчитывает 177 наименований, в том числе 7 на иностранных языках.
Биологические особенности кукурузы и факторы внешней среды
Для нормального роста и развития кукуруза требует определенных условий среды, факторов жизни. Причем потребность в различных факторах меняется в зависимости от возраста растений. Для прохождения отдельных стадий развития требуются разные внешние условия. Рост и развитие кукурузы Ф.М. Куперман (1963, 1977) подразделила на 12 этапов органогенеза.
На первом этапе от прорастания семян до всходов у зародыша увеличивается конус нарастания, намечается его дифференциация, в результате которой в последующем разовьются стебель и листовые валики. По данным А.С. Кружилина (1954), этап длится до 10 дней при температуре 15-20С и достаточном количестве воды. Семена прорастают, когда температура почвы на глубине посева достигает 10-12С (Н.Г. Андреев, 1955; P.P. Шоу, 1957; П.И. Сусидко, B.C. Циков, 1978). Общее количество воды, необходимое для прорастания семян, составляет 40-45 % по отношению к их массе в сухом состоянии. Нормальное набухание и прорастание семян происходит при влажности почвы не ниже 18-20 % от массы сухой почвы. На этом и основываются рекомендации высевать кукурузу в засушливых условиях на глубину 8-10 см, где более устойчивое увлажнение (А.П. Царев, A.M. Косачев, Е.П. Денисов, А.П. Солодовников, 1996).
От всходов до образования трех листьев кукуруза проходит второй этап, который длится от 9 до 30 дней в зависимости от сорта или гибрида (А.С. Кружилин, 1954, 1977). При температуре ниже нормы, но при наличии влаги и питательных веществ, образуется больше обычного узлов, междоузлий и листьев. Если же температура для развития нормальная, а условия роста неблагоприятные (дефицит влаги в почве), то число образующихся листьев сокращается. В случае позднего укоренения растений задерживается рост основных листьев и стеблей, замедляется образование метелки и початков, что приводит к снижению урожайности. При наличии благоприятных условий влажности почвы устраняется замедление в стадийном развитии. Прирост биологической массы, как правило, прекращается при средней суточной температуре ниже 10С.
На третьем этапе происходит дифференциация главной оси зачаточного соцветия. При благоприятных условиях (высокая обеспеченность влагой и азотом) увеличивается число члеников соцветия, что в дальнейшем ведет к повышению числа колосков в початке (Э. Рассел, 1955; Г. Посыпанов, В. Долгодворов, Г. Коренев, 1997).
При прохождении четвертого этапа у кукурузы из бокового конуса образуется по два колоска. В этот период особенно важны нормальная влагообес-печенность растений, соответствующая температура и световой режим посевов (Ф.М. Куперман, 1957; К.С. Гарин, 1965; Э.Д. Адиньянов, 1988), так как до 70 % прироста сухого вещества создается за счет стеблей и листьев (А.С. Кружилин, 1954). Если в этот период воды не достает, то стебли и листья растут слабо, листьев образуется меньше, початки формируются с меньшим количеством зерен. Потребление воды одним растением в этот период достигает 0,2-0,3 м3 (Г.Ф. Гайдуков, 1959).
Сроки появления листьев у кукурузы и наступление фенологических фаз находятся в прямой зависимости от температуры. Чем выше температура воздуха, тем быстрее появляется очередной лист. При температуре ниже 6,6С ростовые процессы приостанавливаются и новые листья не появляются (Н.И. Гайса, Р.Н. Олейник, А.Д. Рогаченко, 1983). С пятого этапа формируется качественно новый орган - цветок, образуются его покровные и генеративные органы.
Наиболее благоприятная для роста и развития растений, в период выбрасывания метелок, среднесуточная температура 20-23 С. На шестом этапе развития происходит усиленный рост покровных органов цветка, а на седьмом - оси соцветия, и на восьмом этапе завершается формирование цветка. Все части цветка приобретают видовые признаки. На шестом и седьмом этапах развития генеративные органы очень чувствительны к дефициту влаги (И.В. Якушкин, 1953; Ф. Д. Сказкин, 1961; Н.Г. Воронин, 1966; В.В. Пронько с соавторами, 1988).
До появления генеративных органов повышение температуры до 25С не вредит росту и развитию растения. Со времени цветении метелок и появление кистей на початках температура 25С и выше неблагоприятна для кукурузы, а свыше 30С нарушает нормальный процесс цветения и оплодотворения.
С девятого этапа начинается период старения, в это время происходит цветение и оплодотворение. Н. А. Кулешов (1962) считает эту фазу развития кукурузы критической, рост стебля в это время заканчивается.
Для нормального роста и развития кукурузы надо поддерживать влажность активного слоя почвы не ниже 70-75 % от наименьшей влагоемкости (М. Н. Багров,1965, 1975; Г. Васич. Б. Крестович, 1994, 1997).
Критический период длится у кукурузы около месяца, он начинается за 7-8 дней до выбрасывания метелок и продолжается до конца цветения. С десятого этапа происходит рост зерновки, формирование семени, а в одиннадцатый-двенадцатый - накопление питательных веществ в семени и перевод их в запасные вещества, завершается формирование основных органов семени. В это время необходим высокий уровень ассимиляции, обеспе
Экологическая безопасность режима орошения
Создание благоприятных условий жизни для нынешнего населения путем мелиоративных приемов часто приводит к нежелательным последствиям. Это налицо проявление экологического закона селективного действия факторов, в которых трактуется, что оптимумом для одних процессов не есть оптимум для других процессов. С экологической точки зрения важным является вопрос о последствиях использования оросительной воды на естественные процессы в агроценозе и агроландшафте в целом. Взаимодействие антропогенных и природных процессов при мелиорации должно учитывать негативные и позитивные последствия в биогеоценозах. Правильная организация проведения ирригации обязательно должна базироваться на прогнозе ее итога (Н.Г. Воронин, 1989). Для решения этого вопроса необходимо проведение комплекса анализов антропогенных мелиоративных воздействий на агроценоз как на единую саморегулирующую систему. Орошение само по себе не вызывает негативных явлений. Последние могут появляться в процессе его осуществления. Для устранения возможных негативных явлений мелиорация должна учитывать требования экологических законов. К требованиям экологических законов следует отнести изучение и прогнозирование мелиоративной обстановки в зоне орошения, учет конструкции оросительной системы, учет качества воды для полива, соответствие техники полива биологическим, энергетическим, природоохранным и экономическим требованиям.
Мелиоративные приемы должны исключать экологически недопустимые последствия. При отсутствии положительных результатов можно с уверенностью констатировать факт о нецелесообразности орошения.
В последнее время экологическим последствиям ирригации уделяется большое внимание (А.Н. Каштанов, A.M. Лыков, И.С. Кауричев, 1983; В.Ф. Карловский, 1990; Л.В. Кирейчева, И.Ф. Юрченко, В.М. Яшин, 1990). Критерием оценки окружающей среды служат элементы природного ландшафта - вода, ее качество, уровень плодородия почвы, состояние подпочвы, прогноз процессов, происходящих на ней. Сюда же относят и качество полива, которое зависит от технического уровня оросительной системы, ее поколения, физических свойств почвы, качества воды и т.д. (А.А. Роде, 1975; Шумаков Б.А., 1979; Д.В. Циприс, Э.Г. Евтушенко, 1980; Руководство по определению агрогидрологических свойств почвы, 1985). Почвоохранное земледелие должно сочетаться с водосберегающими технологиями проведения поливов, так как завышение норм орошения может вызвать не только эрозионные процессы, но и снижение в пахотном слое почв агрономически ценных структурных агрегатов, повышение неравномерности распределения воды по всей площади орошаемого участка (А.А. Климов, Г.П. Устенко, 1974). Повышение влажности почвы в пахотном горизонте приводит к созданию анаэробных условий, что отрицательно сказывается на гумусном состоянии почвы, нарушению сложившихся веками почвообразовательных процессов (А.Д. Клещенко, В.Ф. Гридасов, 1973; Ф.Р. Зайдельман, И.Ю. Давыдова, 1989). Для сохранения экологического равновесия аморфного почвообразования необходимо введение лимитов на нормы забора и подачи воды на поле. Максимальное ограничение не превышает норм водоотдачи за год 30 % от сред-немноголетнего поступления природных водообеспеченность на поверхность орошения. Это соответствует амплитуде 30-40 летних природных ритмов. Эти значения являются допустимым пределом нагрузок на ландшафты. Превышения этих поступлений воды на поле могут привести к необратимым нарушениям экологических равновесий агробиоценозов.
Большое внимание уделяется интенсивности впитывания влаги в почву. При напорном впитывании создается ток воды, как по вертикали, так и по уклону рельефа. Вода при стоке скапливается в микро понижениях (стадия аккумуляции). По мере накопления в микро понижениях поверхностный сток по уклону местности (стадия стока) (Н.С. Ерохов, 1974).
Отсюда главное экологическое ограничение величины поливной нормы -продолжение полива до начала поверхностного стока, включая стадию безнапорного полива и стадию аккумуляции воды в микро понижениях.
Костяков А.Н. установил количественные закономерности процесса впитывания. Изменение его интенсивности во времени можно представить в виде гиперболической функции: Kt = К0: t, где Kt - интенсивность впитывания, т.е. скорость просачивания воды в почву в момент времени t; К0 - водопроницаемость в начале процесса впитывания; а - показатель степени от 0,3 до 0,8 в зависимости от свойств почвы и ее начальной влажности. Невдах В.И. уточнил формулу А.Н. Костякова: Kt = (A : t)a + Куст. (В.И. Невдах, 1986), где А - эмпирический параметр; Куст. - установившаяся скорость впитывания при дождевании. По формуле можно определить время, необходимое для снижения интенсивности впитывания до необходимой отметки. I доп — U -ф — -І усту Норма полива увязывается с его интенсивностью по формуле: ГПвп -К-ф Іцоп» где твп - норма полива полностью впитавшаяся в почву, Кф - фиксированная интенсивность полива. Если интенсивность полива постоянна во времени, то твп = А Кф (Кф - Куст) Можно вычислить допустимые нормы полива по интенсивности дождя, если известны параметры А, а и Куст, которые находятся эмпирически (В.М. Сорочкин, 1980; В.И. Невдах, 1986). При дождевании современными машинами при поливе без образования луж впитывается 5 мм на глинистых и суглинистых почвах и 10 мм на песчаных и супесчаных почвах. При поливе экологически допустим полив с образованием небольших луж (СП. Невский, 1965; В.М. Сорочкин, 1980). По многим исследованиям, эрозионно-допустимые нормы полива могут колебаться для различных почв от 15 до 40 мм (О.В. Контор, Н.С. Ерохов, 1979). В случае невозможности ограничения указанной величины проводят мелиоративную углубленную обработку почвы (щелевание, глубокое рыхление, мелиоративную вспашку) или поливную норму выдают в несколько приемов (Ф.И. Колесник, 1979; СВ. Нерпин, 1980; 1985; А.П. Лихацевич, 1990; Е.П. Денисов, СИ. Калмыков, 1997; А.В. Летучий, 1998; К.Е. Денисов, В.Ф. Ада-ев, 1998). Процесс впитывания влаги почвенным покровом влияет на величину поливной нормы. Здесь важную роль играет характер растительности, интенсивность дождя, уклон местности, диаметр дождевых капель.
Характеристика почвенных условий опытного участка
Экспериментальная работа выполнялась в 1998-2000 гг. на полях ЗАО «Терновское» Энгельсского района Саратовской области. Территория хозяйства находится в левобережной долине реки Волги, в геоморфологическом отношении расположена на Хвалынской террасе и переходной части Хвалынской террасы к Хазарской (Н. И. Усов, 1948). Хвалынская терраса представляет собой равнину с хорошо выраженным микрорельефом в виде небольших овалообразной и вытянутой формы понижений. Абсолютные отметки высот 26-31 м. Почвообразующими породами на Хвалынской террасе послужили засоленные тяжелые шоколадные глины. Уклоны поверхности террасы составляют 0,002-0,003. Переходная часть представляет собой слабопологий склон западной экспозиции, изрезанный лощинами и потяжинами. Абсолютные отметки высот - 32-43 м. Уклоны - 0,01-0,02. Почвообразующими породами послужили хазарские отложения, представленные легкими и средними суглинками.
Уровень залегания грунтовых вод на участке, расположенном севернее села Терновка (Хвалынская терраса), - 4,5 м, с минерализацией менее 1 г/л. Темно-каштановые почвы характеризуются следующими морфологическими признаками. Горизонт А + АВ 0-27-32 см, по мощности гумусового горизонта среднемощные, слабо эродированные (гор. А 26-27 см), в морфологическом отношении - равномерно ок рашенный гумусовый горизонт темно-серого цвета, комковато-пылеватой структуры, переход заметный. Горизонт Bi 32-41 см - неоднородно окрашен, серовато-коричне ватый с темно-серыми гумусовыми затеками, уплот ненный, переход постепенный. Горизонт В2 41-71 см, желто-коричневый с редкими гумусовыми за теками, уплотненный. Вскипание соляной кислоты от мечается с 35-56 см, выделение карбонатов с 47-60 см. Горизонт С глубже 71 см, почвообразующая порода - средний и легкий суглинок. По гранулометрическому составу почвы в основном среднесуглинистые, среднемощные (содержание частиц физической глины в пахотном слое 33,72-40,3 %). Таблица Глубина, см Соде ржание частиц в процентах, диаметр в мм 1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 0,001 0,01 0-27 - 28,77 37,16 6,12 6,80 20,8 33,72 29-30 - 32,10 25,48 5,88 9,60 24,76 40,24 190-200 - 34,90 34,28 4,96 9,20 16,36 30,52 Из отдельных гранулометрических фракций преобладают фракции мелкого песка и крупной пыли, т.е. частицы диаметром 0,25-0,05 и 0,05-0,01 мм. Таблица Глубина, см Гумус, % Питательные вещества в мг на 100 г почвы подвижный фосфор обменный калий 0-27 3,0 3,20 37,95 29-30 2,7 2,74 30,36 Темно-каштановые почвы характеризуются малым содержанием гумуса. В пахотном слое его содержится около 3 %, с постепенным снижением в нижележащих горизонтах.
Обеспеченность подвижным фосфором высокая и средняя для зерновых культур и низкая - для овощных. Обменным калием - средняя и высокая для всех культур. Таблица Глубина, см Поглощенные основания в мг-экв на 100 г почвы Поглощенные основания в процентах от суммы Са Mg Na Сумма Са Mg Na 0-25 30-40 13,85 13,05 4,0 4,75 0,26 0,26 18,11 18,06 76,572,3 22,1 26,3 1,4 1,4 В составе поглощенных оснований темно-каштановых почв преобладает кальций - 72,3-76,5 %, содержание обменного натрия - 1,4 %, что свидетельствует об отсутствии солонцеватости этих почв. Водно-физические свойства почвогрунтов участка, закладывались на темно-каштановой среднемощной среднесуглинистой почве. С поверхности почвы плотные. Плотность сложения в слое 0-30 см составляет 1,35 г/см3. Высокая плотность отмечается по всему профилю. С глу-биной она увеличивается до 1,54 г/см .
Наименьшая влагоемкость данных почв довольно высокая. В слое 0-30 см она равна 31,9 % от массы сухой почвы, с глубиной понижается незначительно. В корнеобитаемом слое (0-0,70 м) НВ составляет 29,5 % от массы почвы и занимает 69,8 % от объема пор.
Отмечается высокая максимальная гигроскопичность данных почв. В корнеобитаемом слое она составляет 10,8 % от объема почв. Влажность завяда-ния, принятая равной 1,34 максимальной гигроскопичности, высокая. В активном корнеобитаемом слое она колеблется в пределах 15,8 % от объема почвы или 50,3 % от НВ. Объем доступной растениям влаги равен 40 % от НВ. Полная водовместимость в пахотном слое (до 30 см) составляет 45 % от объема почвы. В корнеобитаемом слое (0-0,70 м) порозность понижается до 42 % от объема почвы.
Соответственно низкая аэрация данных почв. В слое 0,70 м она составляет 15,4 % от объема почвы. Это означает, что при увлажнении почвы до наименьшей влагоемкости в корнеобитаемом слое недостаточно свободных пор для обеспечения потребности растений в воздухе. Водопроницаемость темно-каштановых среднемощных среднесуглини-стых почв низкая. Скорость впитывания за первый час водоподачи -0,92 мм/мин, скорость инфильтрации - 0,39 м/сутки, а скорость фильтрации -0,01 м/сутки. С глубины 0,5 м водопроницаемость данных почв еще ниже. За первый час она составляет 0,05 мм/мин. Низкая водопроницаемость объясняется плотным сложением почвенного профиля. Необходимы мероприятия, направленные на улучшение аэрогидрологического режима почв, включающие в себя, в первую очередь, оптимальную обработку почвы в фазу физической спелости и применение глубокого рыхления.
Экспериментальная часть исследований проводилась в типичных почвен-но-климатических условиях для Саратовского Заволжья в 1998-2000 гг. в ЗАО «Терновское» Энгельского района Саратовской области.
Климат данной зоны резко континентальный, с сухим жарким летом и холодной зимой. Самый холодный месяц - январь, самый теплый месяц - июль со средней температурой соответственно -11,3С и +22,7С. Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха 0С - 149 дней.
Пористость почвы
Плотность почвы определяет, в первую очередь, пористость сложения пахотного слоя. В условиях богары без орошения на фоне обычной вспашки пористость почвы колебалось в слое 0-30 см в пределах 51,9-52,7 %; а на фоне мелиоративного рыхления - в пределах 54,2-54,5 % (табл. 20). На фоне интенсивного режима орошения (70-80-80) при обычной вспашке пористость составляла 52,6-53,0 %, а при мелиоративном рыхлении -54,9-55,7 %. Наиболее важной для формирования воздушного режима почвы считается пористость аэрации. Пористость аэрации без орошения равнялась 15,9-16,5 % и 18,4-18,5 %, при умеренном режиме орошения - 17,6-18,2 % и 20,1-20,0 %; при интенсивном - 16,6-17,7 и 18,9-19,7 % (табл. 21). Отмечена тенденция снижения пористости аэрации при жестком режиме орошения. Для полной оценки пахотного слоя в орошаемых и неорошаемых условиях следует обратиться к величине его сложения, т.е. относительно некапиллярных пор к капиллярным. На фоне обычной вспашки без орошения оно изменялось в пределах 0,37-0,46 единиц; на фоне мелиоративной - в пределах - 0,53-0,54 единиц; при жестком режиме орошения (70-70-70) соответственно 0,48-0,5 и 0,59-0,61; при интенсивном режиме орошения - в пределах 0,46-0,49 и 0,54-0,58. Глубокое мелиоративное рыхление повышало сложение пахотного слоя на 0,09-0,17; 0,10-0,12 и 0,09-0,10 (табл. 22). Интенсивнее увеличение сложе ния пахотного слоя почвы отмечено в неорошаемых условиях.
В неорошаемых условиях оптимальным сложением пахотного слоя считается меньше единицы, а в орошаемых - больше единицы (Д.И. Буров, 1972). Следовательно, для неорошаемых условий сложение пахотного слоя было в пределах оптимального. Для орошаемых условий сложение пахотного слоя формировалось на темно-каштановых почвах ниже оптимального даже при использовании глубокого мелиоративного рыхления в качестве основной обработки почвы. Снижение плотности почвы и увеличение некапиллярной пористости способствовало повышению водопроницаемости почвы. Водопроницаемость в значительной степени увеличивалась на фоне мелиоративной обработки почвы (табл. 23). Без орошения в среднем за годы исследований различие по обработкам почвы составило 31 мм/час; при жестком режиме орошения - 47 мм/час; при интенсивном - 48 мм/час. Снижение водопроницаемости под действием поливного режима повышало испарение влаги с поверхности почвы, увеличивая непроизводительный расход ее в посевах кукурузы на 37,3-42,1 % по разным фонам обработки почвы и на 6,8-10,5 % по различным режимам орошения. Это не могло не отразиться в дальнейшем на оросительной и поливной нормах, а также на суммарном водопотреблении кукурузы. Надежным условием сельскохозяйственного производства в засушливой зоне Поволжья является орошение. Водный режим грунтов при орошении - резко неустановившийся процесс, определенный комплексом природных и мелиоративных факторов.
Кукуруза имеет продолжительный вегетационный период, поэтому ведущая роль в формировании ее высоких урожаев принадлежит вегетационным поливам, проводимым в различные фазы развития. Нестабильность запасов влаги в весенний период наблюдалось в водном режиме почвы. В 1998 году во время посева кукурузы (18.05) влажность почвы по вариантам опыта в 70-ти сантиметровом слое колебалось от 79,3 до 82,5 % НВ (табл. 24). На содержание влаги в почве в начальных фазах развития в подпахотном слое (0-50 см) оказывала влияние основная обработка почвы. Так, в период посева и в фазу 3-х листьев по отвальной вспашке ПЛН-5-35 с почвоуглубителем влажность составила 77,2-78,8 % НВ, а по обычной вспашке на глубину 25-27 см - 76,4-77,1 % НВ, что на 10 % меньше по сравнению со вспашкой с почвоуглубителем. Это объясняется большим накоплением влаги на вариантах с верхним оборотом пласта и глубинным рыхлением за осенне-зимний период. Начальный период развития кукурузы с фазы 3-х до 5-ти листьев проходил при резком возрастании среднесуточной температуры с 21,1 С в начале июня до 28,2С в середине месяца и снижением среднесуточной относительной влажности воздуха с 51 % до 44 %. Это способствовало интенсивной транспирации растений и физическому испарению влаги с поверхности почвы. Влажность в слое почвы 0-70 см снизилась до 76,6-81,6 % НВ. Поэтому на вариантах с интенсивным режимом орошения был дан полив нормой 690 и 650 м /га, что позволило поднять влажность почвы в данном слое до НВ (рис. 1-2). Отсутствие осадков во второй и третьей декадах июня (28,2 и 22,3С) оказало существенное влияние на влажность почвы, так что в фазу 11-ти листьев (19.06) в активном слое почвы влажность снизилась (на варианте вспашки на 25-27 см) до 70,2-70,6 % НВ, и это вызвало необходимость провести поливы нормами 880 и 820 м3/га (прил. 3-5). Снижение влажности почвы до предполивного порога отмечалось и на варианте с интенсивным режимом орошения в фазу 14-ти листьев (75,2-76,9 % НВ), что также вызвало необходимость проведения полива нормой 730 м /га на пятом варианте и 680 м /га на шестом (рис. 1-2).
3 июня выпали небольшие осадки (7,9 мм), что незначительно отразилось на влажности почвы при глубине обработки 25-27 см (71,1 % НВ), поэтому 9 июля был дан полив нормой 850 м /га. Для того, чтобы выдержать заданный режим орошения, на вариантах с интенсивным режимом орошения были даны по два полива в фазу цветения и потемнения нитей початков 750, 690 м3/га и 740, 680 м3/га, что обеспечило поддержание влажности почвы в течение важного периода вегетации в метровом слое не ниже 83,8-87,5 % НВ.
