Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 13
1.1. Продуктивность естественных травостоев при лиманном орошении 13
1.2. Влияние орошения и минеральных удобрений на урожайность многолетних трав: люцерны синегибридной, козлятника восточного, костреца безостого 29
1.3. Продуктивность сахарной свеклы при орошении и различных уровнях минерального питания 45
1.4. Формирование урожая картофеля при разных способах орошения 57
ГЛАВА 2. Природно-климатические условия южного урала. объекты и методы исследований 66
2.1. Природно-климатические условия зоны проведения исследований 66
2.2. Объекты исследований 84
2.3. Программа и методика проведения опытов 95
ГЛАВА 3. Приемы повышения продуктивности естественного травостоя на лиманах в зауральской степной зоне башкортостана 108
3.1. Формирование естественных травостоев на лиманах в зависимости от продолжительности затопления и условий тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода 108
3.2. Водный режим почвогрунтов лимана 111
3.3. Суммарное водопотребление естественного травостоя 120
3.4. Влияние продолжительности затопления и минеральных удобрений на ботанический состав естественного травостоя 123
3.5. Продуктивность естественного травостоя 127
3.6. Качество сена естественного травостоя 134
3.7. Влияние регулирования стока водохранилищами на режим затопления пойменных лиманов и урожайность естественного травостоя 135
3.8. Перспективы развития лиманного орошения 140
ГЛАВА 4. Влияние орошения и минеральных удобрений на продуктивность костреца безостого в южной лесостепной зоне башкортостана 143
4.1. Влияние условий тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода на формирование кострецового травостоя 143
4.2. Влажность почвы под кострецовым травостоем 145
4.3. Суммарное водопотребление кострецового травостоя 165
4.4. Продуктивность кострецового травостоя 168
4.5. Качество корма 172
ГЛАВА 5. Реакция посевов люцерны синегибридной на орошение и уровень минерального питания в южной лесостепной зоне башкортостана 175
5.1. Формирование люцернового травостоя в зависимости от
условий тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода 175
5.2. Динамика влажности почвы под посевами люцерны
синегибридной при орошении и на богаре 181
5.3. Суммарное водопотребление люцернового травостоя 195
5.4. Продуктивность люцернового травостоя 199
5.5. Ботанический состав люцернового травостоя 203
5.6. Питательность сена 204
ГЛАВА 6. Оптимизация водного режима почв и минерального питания козлятника восточного в южной лесостепной зоне Башкортостана 208
6.1. Влияние условий тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода на формирование травостоя козлятника восточного 208
6.2. Влажность почвы под козлятниковым травостоем при орошении и естественном увлажнении 211
6.3. Суммарное водопотребление травостоя козлятника восточного 219
6.4. Продуктивность травостоя козлятника восточного на различных фонах питания и влагообеспеченности 223
6.5. Ботанический состав травостоя козлятника восточного 227
6.6. Биохимический состав корма 230
ГЛАВА 7. Эффективность возделывания картофеля при разных способах орошения в южной лесостепной зоне Башкортостана 235
7.1. Влияние условий тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода на развитие картофеля 235
7.2. Динамика влажности почвы под картофелем при разных способах орошения и на богаре 237
7.3. Суммарное водопотребление посадок картофеля 243
7.4. Урожайность, структура урожая и качество клубней картофеля 244
7.5. Эффективность орошения картофеля в производственных условиях 246
ГЛАВА 8. Оптимизация водного режима почв и минерального питания сахарной свеклы в южной лесостепной зоне башкортостана 252
8.1. Влияние условий тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода на формирование сахарной свёклы 252
8.2. Влажность почвы под сахарной свёклой в условиях орошения и на богаре 254
8.3. Суммарное водопотребление посевов сахарной свёклы 258
8.4. Продуктивность посевов сахарной свёклы 259
8.5. Качество корнеплодов сахарной свёклы 262
ГЛАВА 9. Анализ эколого - мелиоративного состояния орошаемых земель республики башкортостан 265
9.1. Мониторинг орошаемых земель 265
9.2. Оценка качества оросительной воды 270
9.3. Влияние орошения на агромелиоративное состояние почв
9.3.1. Изменение агрофизических и агрохимических свойств почв при лиманном орошении 283
9.3.2. Изменения агрофизических и агрохимических свойств почв при орошении дождеванием 297
9.3.3. Солевой режим почв при орошении ограниченно пригодными водами 307
9.3.4. Солевой режим почв при орошении животноводческими стоками 309
ГЛАВА 10. Экономическая эффективность приемов оптимизации водного режима почв и уровня минерального питания при возделывании многолетних трав и пропашных культур 319
Общие выводы 332
Рекомендации производству 336
Список литературы
- Влияние орошения и минеральных удобрений на урожайность многолетних трав: люцерны синегибридной, козлятника восточного, костреца безостого
- Программа и методика проведения опытов
- Влияние продолжительности затопления и минеральных удобрений на ботанический состав естественного травостоя
- Суммарное водопотребление кострецового травостоя
Введение к работе
Актуальность вопроса. Южный Урал находится в зоне неустойчивого
естественного увлажнения. По данным Росгидрометцентра, вероятность
засушливых лет в этом регионе составляет 42% (Хомяков П.М. и др., 2005). В этих
условиях наиболее эффективным средством обеспечения устойчивого
сельскохозяйственного производства является орошение, оказывающее решающее влияние на нейтрализацию риска засушливых погодных условий и обеспечение населения продовольствием.
Площадь орошаемых земель в большинстве стран Европы (Германия, Франция, Нидерланды, Италия, Болгария, Румыния и др.) превышает 10% от общей площади пашни, в США на долю орошаемых земель приходится 14%, в Китае - 40,3%, в Индии - 32,3% (Ольгаренко Г.В., Ольгаренко Д.Г., 2012). В России, по данным Минсельхоза РФ, эта цифра составляет всего 2%, а в Республике Башкортостан - 0,8% (38,3 тыс. га).
Основными направлениями эффективного развития орошаемого земледелия
на Южном Урале, в том числе и в Республике Башкортостан, является
возделывание многолетних трав с высоким содержанием белка для обеспечения
потребностей животноводства качественными кормами, рациональное
использование лиманных лугов, внедрение водосберегающих способов орошения
сельскохозяйственных культур, экологически безопасное использование
животноводческих и промышленных стоков для орошения, расширение площадей полива высокодоходных культур - картофеля и сахарной свёклы, использование безопасных режимов орошения, способствующих сохранению плодородия почв.
Опыт ведения сельского хозяйства в Республике Башкортостан показал
необходимость и перспективность орошаемого земледелия в зауральской степной,
предуральской степной и южной лесостепной зонах. Однако вопросы оптимизации
водного режима и минерального питания почв в условиях орошения в этих зонах
изучены недостаточно. По этим причинам теоретическое и практическое значение
приобретают исследования по установлению режима орошения
сельскохозяйственных культур, выявлению оптимальных доз минеральных удобрений, ресурсосберегающих технологий орошения.
Основные площади орошаемых земель в регионе размещены на чернозёмных почвах, неправильное использование которых может привести к их деградации: засолению, заболачиванию, дегумификации и т.д. В этой связи изучение динамики количественных и качественных показателей почвенного плодородия орошаемых земель, прогноз изменения свойств почв при орошении остаются актуальными.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - оптимизация водного режима почв и минерального питания естественных и сеяных многолетних трав, пропашных культур для повышения их продуктивности в агроэкологических условиях Южного Урала.
Для реализации цели были поставлены следующие задачи: 1. Изучить влияние продолжительности затопления пойменных лиманов на динамику влажности почвогрунта и продуктивность естественных сенокосов на фоне различного уровня минерального питания в зауральской степной зоне Башкортостана.
-
Установить продуктивность костреца безостого, люцерны синегибридной и козлятника восточного в зависимости от фона увлажнения и уровня минерального питания в почвенно-климатических условиях южной лесостепной зоны Башкортостана.
-
Определить оптимальный баланс влаги под многолетними травами: кострецом безостым, козлятником восточным, люцерной синегибридной и рекомендовать экологически безопасные режимы орошения в соответствии с погодными условиями и сроками скашивания.
-
Выбрать наиболее эффективный способ орошения продовольственного картофеля на черноземе выщелоченном, обеспечивающий планируемую урожайность и товарное качество, установить оптимальный режим орошения.
-
Определить влияние орошения и различных доз минеральных удобрений на продуктивность и качество корнеплодов сахарной свёклы, возделываемой на черноземе выщелоченном, в условиях южной лесостепной зоны Башкортостана.
-
Провести мониторинг орошаемых земель Республики Башкортостан с оценкой эколого-мелиоративного состояния почв, ирригационного качества оросительной воды. Составить реестр оросительных вод Башкортостана. Изучить влияние орошения на комплекс свойств черноземных и лугово-черноземных почв.
-
Определить экономическую эффективность возделывания многолетних трав и пропашных культур при оптимизации водного режима почв и минерального питания.
Научная новизна. Впервые для почвенно-климатических условий
Республики Башкортостан на основе многолетних исследований (30 лет) установлен водный режим лугово-чернозёмных почв и обоснованы эффективные приёмы повышения продуктивности естественных сенокосов при лиманном орошении. На основе экспериментальных данных, полученных на единственной в регионе водно-балансовой станции, определены периоды дефицита почвенной влаги и обоснованы оптимальные режимы орошения костреца безостого, люцерны синегибридной, козлятника восточного, сахарной свёклы и картофеля, возделываемых на чернозёмных почвах. Выявлена наиболее эффективная доза минеральных удобрений для естественных и сеяных многолетних трав, пропашных культур, возделываемых при орошении и на богаре. Предложен наиболее эффективный способ орошения для среднераннего картофеля. На всех орошаемых землях Башкортостана проведена оценка эколого-мелиоративного состояния земель, составлен реестр оросительных вод республики по степени экологического воздействия на почву. Изучено влияние орошения на агромелиоративное состояние лугово-чернозёмных почв, выщелоченного и типичного чернозёмов. Дана экономическая оценка приемам оптимизации водного и питательного режимов при возделывании многолетних трав и пропашных культур на орошаемых и неорошаемых землях.
Практическая значимость. Научные разработки и предложения
производству позволят сельхозпредприятиям Республики Башкортостан, а также соседних регионов со сходными почвенно-климатическими условиями, увеличить урожайность многолетних трав и пропашных культур на орошаемых землях за счет оптимизации водного режима почв и минерального питания растений, улучшения и сохранения эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель.
Научные разработки внедрены в сельскохозяйственных предприятиях Республики Башкортостан: ООО «Племзавод Победа» Дюртюлинского района при возделывании козлятника восточного (64 га), ООО «Агрофирма Николаевская» Уфимского района - картофеля (108 га), КФХ «Байгузин Д.С.» Альшеевского района - сахарной свеклы (50 га), а также в проектах орошаемых земель проектно-изыскательского института «Башгипроводхоз».
Результаты диссертационной работы отражены в НИР, выполненных согласно Госзаданиям МСХ РФ: «Разработка и научное обоснование системы, средства и технологии комплексной мелиорации, рекультивации и охраны земель, направленные на повышение продуктивности сельхозугодий и восстановление почвенного плодородия (на примере Республики Башкортостан)» (гос. рег. № 01201462519, 2013 г.) и «Проведение исследований, разработка технологических и технических средств дождевания и методических рекомендаций по эффективному использованию местного стока для целей орошения с учетом потенциала водных ресурсов, аккумулируемых бесхозными прудами и водохранилищами» (гос. рег. № 01201062122, 2015 г.).
Теоретические положения и практические результаты исследований
используются в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлениям
«Агрохимия и почвоведение», «Агрономия», «Природообустройство и
водопользование» в Башкирском ГАУ.
Методология и методы исследований. Методология проводимых
исследований основана на изучении литературы отечественных и зарубежных авторов, формулировке научной гипотезы, цели, задач и программы исследований, постановке и проведении полевых и лабораторных опытов, наблюдений, экспериментов, статистической обработке экспериментальных данных и анализе полученных результатов. Работа выполнена в соответствии с общепринятыми методиками и ГОСТами.
Основные положения, выносимые на защиту:
- научно обоснованные приёмы повышения продуктивности естественных
сенокосов на орошаемых лиманах;
- экспериментально установленные величина и продолжительность дефицита
водопотребления культур, оптимальные режимы орошения сеяных многолетних
трав и пропашных культур;
оптимальные дозы минеральных удобрений при возделывании люцерны синегибридной, козлятника восточного, сахарной свеклы на чернозёмных почвах в условиях орошения и на богаре;
ресурсосберегающий способ орошения картофеля, позволяющий получить наибольшую урожайность;
научно обоснованная оценка эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель;
экономическая оценка возделывания многолетних трав, пропашных культур при оптимизации водного и питательного режимов почв.
Степень достоверности и апробация работы. Объективность и
достоверность полученных результатов подтверждена многолетним периодом исследований, применением современных методик закладки и проведения опытов,
применением современных математических и статистических методов обработки данных при помощи компьютерных программ.
Основные положения диссертации были доложены на международных, всероссийских, межрегиональных и республиканских научно-практических конференциях: «Научные основы и практические приемы повышения плодородия почв Урала и Поволжья» (Уфа, 1988), «Проблемы комплексной мелиорации земель Поволжья» (Саратов, 1989), «Экологические проблемы сельского и водного хозяйства» (Саратов, 1992), «Аграрные реформы в России: опыт, проблемы, перспективы» (Саратов, 1994), «Управление устойчивым водопользованием» (Екатеринбург, 1997), «Комплексное использование водных ресурсов регионов» (Пенза, 2001), «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» (Москва, 2002), «Роль средств химизации в повышении продуктивности агроэкосистем» (Уфа, 2003), «90 лет мелиорации земель в Республике Башкортостан» (Уфа, 2004), «Почвы - национальное достояние России» (Новосибирск, 2004), «Состояние, проблемы и перспективы развития АПК» (Уфа, 2010), «Инновационному развитию АПК - научное обеспечение» (Пермь, 2010), «Особенности развития агропромышленного комплекса на современном этапе» (Уфа, 2011), «Устойчивое развитие территорий: теория и практика» (Уфа, 2011), «Проблемы развития мелиорации и водного хозяйства и пути их решения» (Москва, 2011), «Актуальные проблемы охраны природы и рационального природопользования» (Чебоксары, 2011), «Мелиорация в России - традиции и современность» (Москва, 2012 , 2013), «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (Саратов, 2012), «Агрокомплекс» (Уфа, 2012, 2013, 2014).
Личный вклад автора. Диссертационная работа основана на результатах многолетних научных исследований (1986-2015 гг.), выполненных лично автором или при непосредственном его участии.
Автор выражает искреннюю благодарность за ценные советы при подготовке диссертации научному консультанту, д.с.-х.н., проф. Сафину Х.М., д.б.н., проф. Габбасовой И.М., д.с.-х.н., проф. Юхину И.П., д.г.н., проф. Гарееву А.М., а также сотрудникам ФГБУ «Управление Башмелиоводхоз» за помощь при проведении полевых опытов.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 71 печатных работах, в том числе 22 в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 377 страницах машинописного текста, состоит из 10 глав, общих выводов и предложений производству, включает 85 таблиц, 63 рисунков и 30 приложений. Список литературы включает 381 источник, из них 18 иностранных авторов.
Влияние орошения и минеральных удобрений на урожайность многолетних трав: люцерны синегибридной, козлятника восточного, костреца безостого
По мнению академика Б.Б. Шумакова (1984), одним из главных недостатков является несовершенство конструкций глубоководных лиманов: водный режим лимана находится в прямой зависимости от характера половодья и подача расчетной оросительной нормы зачастую не представляется возможным. В связи с этим возникает необходимость сооружения разборных подпорных плотин в русле самого водотока, либо реконструкция глубоководных лиманов в мелководные.
Исследованиями С.А. Подмарева (2003), В.А. Нагорного (2004), Б.И. Туктарова (1998), проведенными на лиманах Саратовского Заволжья, была выявлена необходимость уменьшения площади ярусов лиманов до размеров 50-80 га, что позволит обеспечить равномерный слой затопления и снижение оросительной нормы до 2000-2500 мЗ/га.
Большой вклад в развитие сельскохозяйственного освоения лиманов внесли С.Э. Бадмаева (1990), И.М. Фетисов, Б.С. Альжанова (1996), Х.М. Сафин, Г.К. Зарипова, А.В. Комиссаров и др. (2004), В.А. Нагорный (2004), В.Б. Туктаров (2004), В.А. Нагорный, Б.И. Туктаров (2009), и др.
Влияние лиманного орошения на природную среду (почву, растительность, грунтовые воды) рассматривается в работах И.М. Фетисова (1992), Б.А. Зимовец (1991), И.П. Кружилина (1995), В.М. Янюк (2000, 2002), Б.И. Туктарова (2002), В.А. Нагорного (2004), Р.Б. Туктарова (2009), Сафиоллин Ф.Н. (2012), П.В. Тарасенко, Р.Б. Туктарова (2013) и др.
Вопросам повышения продуктивности лиманного орошения естественных сенокосов посвящены работы В.С. Ёлкиной (1984), А.А. Плешакова (1984), К.А. Аубакирова (1986), Н.С. Томенко (1986), Б.С. Альжановой (1999) и др. Многочисленные исследования ученых подтвердили высокую эффективность лиманного орошения естественных сенокосов (Мосиенко Н.А., 1972; Пересыпкин Н.И., 1975; Шумаков Б.Б., 1979; Яковенко Н.И., 1982; Суслонов Г.В., 1985; Мусин К.Ш., 1986 и др.). В Казахстане более 90% площади лиманного орошения используется под естественные сенокосы, которые составляя десятую часть всех сенокосных угодий республики, дают 40% валового сбора сена. Средняя урожайность естественных трав на лиманах Казахстана составляет 1,0-1,2 т/га, что в 4,3 раза превышает продуктивность богарных сенокосных угодий (А.Ф. Мац, К.А. Шомаев, 1985).
По мнению академика Б.Б. Шумакова (1979), использование лиманов под естественные сенокосы оправдано в том случае, если они дают сена не менее 4 т/га. В некоторых хозяйствах Оренбургской и Курганской областей, в 70-е годы прошлого столетия при лиманном орошении собирали 2,5-3,0 т/га, а без орошения не более 0,5 т/га сена (Афанасьев Р.А.,1979).
В условиях Южного Урала лиманное орошение обеспечивает увеличение урожайности люцерны на сено в 4-6 раз, естественных сенокосов в 3-8 раз (Рекомендации…, 1973). В этой зоне пырейные, кострецовые и бекманиевые сенокосы дают 2-3 т/га сена (Плешаков А.А., 1984). Регулирование продолжительности затопления лиманных природных травостоев и посевов многолетних трав позволяет за 3-4 года сформировать высокопродуктивные пырейные луга, дающие без удобрения до 4 т/га сена (Мамин В.Ф. и др., 1986). Наиболее эффективный агротехнический приёмов повышения продуктивности естественных сенокосов при лиманом орошении является внесение минеральных удобрений (Комиссаров А.В., 1989; Губайдуллин Х.Г., 1991; Туктаров Б.И., 1997; Зотов А.А., Сафин Х.М., 2004).
Основным лимитирующим фактором роста урожайности на орошаемых затоплением лугах является недостаток элементов питания. Почвы таких лугов, при относительно высоком содержании обменного калия, недостаточно обеспечены подвижным фосфором и бедны усвояемым азотом (Сафин Х.М., Зотов А.А., 2009).
Луговые травы при высокой продуктивности потребляют большое количество питательных веществ. При урожайности 30-35 ц/га сена злаково-разнотравно-осоковый травостой выносит из почвы до 60-65 кг азота, 10-13 кг фосфора и 60-65 кг калия (Андреев Н.Г., Тюльдюков В.А., 1997). Зоотехнический анализ сена с лиманов Волгоградской области показал, что в 10 ц сухого вещества злакового травостоя содержится 18-22 кг азота, до 26 кг калия и до 6 кг фосфора (Мамин В.Ф., Савельева Л.Ф., 1986).
На пойменных лугах с естественными условиями затопления наибольший эффект в повышении урожайности травостоя дают азотные удобрения дозой N60-90 и азотно-фосфорные дозой N60-90P60 (Иванова А.И., Лобиков Н.Н., Лобикова В.А., 1981; Яковенко Н.И., 1982; Юдин И.А., 1980).
По данным В.А. Сорокина (1985), при внесении N90 на заливных естественных лугах Астраханской области получают прибавку сена в 1,9 т/га.
А.А. Гришунин (1987), проводя опыты на заливных пойменных лугах Мордовии, пришел к выводу, что при одноукосном использовании травостоя (урожайность 4-5 т/га) целесообразно ежегодно вносить N60-90P60 на 1 га.
На лиманах Центрального Казахстана для злакового травостоя наиболее эффективна норма N60-90, дающая прибавку урожайности сена на 0,6-0,9 т/га (Аубакиров К.А., Кошелева П.Ф., 1984).
На лиманах Нижнего Поволжья в Волгоградской области были получены высокие урожаи сена (до 4 т/га) при внесении ежегодно азота не ниже 90 кг д.в. на 1 га. Фосфорные удобрения вносятся нормой 60-90 кг один раз в два года; калийные удобрения вносятся лишь на те лиманы, где в составе травостоя есть бобовые компоненты (Мамин В.Ф., Савельева Л.Ф., 1986).
В исследованиях А.С. Пономарева (1983) на лиманах Урало-Кушумской оросительно-обводнительной системы было установлено, что при внесении азота 60-90 кг действующего вещества на 1 га, урожайность сена составляет 3,9-4,3 т/га.
В условиях лиманных лугов Барабинской низменности наилучшие экономические показатели дает внесение удобрения нормой N180P60К60, при которой урожайность сена возрастает более чем в 3 раза и составляет 4,5 т/га (Ёлкина В.С., 1981).
Программа и методика проведения опытов
А1 28-66 см.Т ёмно-серый, влажный, комковато-зернистый, тяжело суглинистый, среднеуплотнен, переход постепенный. АВ 66-86 см.Т ёмно-бурый с серым оттенком, влажный, комковато зернистый, тяжелосуглинистый, уплотнен, мицелий карбонатов в нижней части, вскипает с 84 см, переход заметный. В 86-103 см.Бурый, неравномерно окрашенный с гумусовыми затеками по ходам корней, влажный, ореховато-призматический, тяжело суглинистый, непрочный, карбонаты в виде псевдомицелия и размягченных белых пятен, кротовины, переход постепенный. ВС 103-130 см.Желтовато-бурый, влажный непрочно-комковатый, обильный псевдомицелий, переход постепенный. С 150-180 см.Желтовато-бурый, сырой, непрочный, крупно-ореховато комковатый, глинистый, псевдомицелий, размягченные пятна карбонатов, от 10% HCl вскипает бурно. Почва - чернозём типичный мощный высокогумусный тяжелосуглинистый. Реакция среды верхних горизонтов нейтральная, с глубиной изменяется до слабощелочной (приложение 9). Вскипание карбонатов наблюдается в горизонте АВ. Почвы насыщены основаниями, в составе которых преобладает кальций. Количество обменного натрия в составе поглощенных катионов незначительно (менее 0,1%). По ёмкости катионного обмена эти почвы относятся к почвам высоко устойчивым к антропогенным воздействиям.
Содержание гумуса в чернозёме типичном высокое и составляет в пахотном горизонте 9,61 %, снижаясь в переходном горизонте до 2,14%. Обеспеченность чернозёма типичного в пахотном горизонте гидролизуемым азотом высокая (217 мг/кг), обменным калием - высокая (18,4 мг/100г), подвижным фосфором - средняя (8,4 мг/100г) (приложение 9).
В профиле чернозёма типичного содержание частиц размером 0,01 мм (физической глины) изменяется от 59,5 до 62,7 % Такое количество физической глины указывает на тяжелый гранулометрический состав, граничащий между тяжелым суглинком и легкой глиной. Содержание илистой фракции ( 0,001 мм) почвенных горизонтах колеблется в пределах 35,76-38,25%, что характерно для черноземов типичных, где отсутствует передвижение илистой фракции в профиле (приложение 9).
Плотность пахотного слоя оценивается как рыхлая (1,01 г/см3). В средней части профиля плотность составляет 1,04-1,20 г/см3, что характеризует его сложение как оптимальное (приложение 9). Чернозёмы типичные обладают высокой влагоемкостью и водоудерживающей способностью. Показатели НВ в профиле почв изменяются от 46% от веса почвы в пахотном до 26% от веса почвы в иллювиальном горизонте.
Скорость впитывания воды в почву чернозёма типичного в среднем за 6 часов составила 1,2 мм/мин.
Чернозём выщелоченные характеризуется интенсивной серо-чёрной окраской гумусово-аккумулятивного горизонта, хорошо выраженной зернистой структурой его подпахотной части, появлением буроватого оттенка в переходном горизонте АВ и укрупнением его структуры до комковато-зернистой. Иллювиальный горизонт в этих почвах свободен от карбонатов, заметно уплотнен, отмечаются тёмные глянцевые пленки по граням структурных отдельностей. Вскипание от карбонатов появляется в переходных иллювиально-карбонатных горизонтах, а чаще - в карбонатной материнской породе. Для более полной характеристики морфологических свойств, приводим описание разреза, заложенного в 2008 году. Апах 0-28 см.Т ёмно-серый, почти черный, сырой, непрочно-комковато-зернистый, рыхлый, тяжелосуглинистый, переход заметный по линии вспашки. А1 23-60 см.Т ёмно-серый, влажный, комковато-зернистый, более плотный, тяжелосуглинистый, переход заметный. АВ 60-80 см.Т ёмно-серый с буроватым оттенком, неравномерно прокрашенный, влажный, непрочно-комковато-ореховатый, уплотнен, тяжелосуглинистый, переход заметный. В 80-120 см.Коричневато-бурый, местами гумусовые потеки, влажный, комковато-ореховатый, темные глянцевые пленки по граням структурных отдельностей, плотный, переход постепенный. Ск 120-150 см.Ж ёлто-бурый, сырой, плотный, вязкий, глинистый, карбонатная пропитка, вскипает бурно. Почва - чернозём выщелоченный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый.
Реакция среды в гумусово-аккумулятивных горизонтах чернозёма выщелоченного слабокислая или нейтральная (приложение 10). Вниз по профилю она обычно сдвигается до слабощелочной в почвообразующей породе. В чернозёме выщелоченном, в отличие от типичного, содержание обменных оснований несколько ниже. В его составе преобладает кальций, количество магния в 3-5 раз ниже, обменного натрия очень мало, т.е. осолонцевание не происходит.
Эта почва характеризуется высокой емкостью катионного обмена и по степени устойчивости к антропогенным воздействиям (ЕКО 40 мг-экв/100 г почвы) относятся к пятой группе (самой высокой). Содержание гумуса в пахот-ном слое составило 8,01%, а в переходном горизонте 4,12% (приложение 10). Обеспеченность чернозёма выщелоченного легкогидролизуемым азотом высокая и составляет в пахотном горизонте 203 мг/кг, подвижным фосфором средняя (5,6 мг/100 г), обменным калием - повышенная (16,8 мг/100 г). В отличие от чернозёма типичного, в профиле чернозёма выщелоченного передвижение илистой фракции вниз по профилю более выражено. Так, в пахотном горизонте содержание ила составляет 19%, а в материнской породе возрастает до 38,9% (приложение 10). Плотность пахотного горизонта почвы составляет 1,00 г/см3, а в в подпахотном и переходном горизонте увеличивается до 1,04-1,20 г/см3. Наименьшая влагоёмкость в профиле почв уменьшается с 46% от веса почвы в пахотном до 37,9% в подпахотном и до 35,9% в переходном горизонте. Скорость впитывания воды в почву чернозёма выщелоченного составляет в среднем 1,5 мм/мин за 6 часов.
Влияние продолжительности затопления и минеральных удобрений на ботанический состав естественного травостоя
Обобщенные результаты учета урожайности сена костреца безостого свидетельствуют о важной роли орошения в повышении продуктивности сеяных сенокосов и эффективности применения минеральных удобрений (табл. 4.7).
Эффект от внесения рекомендуемой дозы минеральных удобрений был выше, чем от орошения. Эта тенденция наблюдалась во все годы исследований, за исключением 2004 и 2010 года, когда внесенные удобрения из-за малого количества осадков в мае – июне, были плохо усвоены почвой. Наибольшая прибавка урожайности от удобрений на богаре (102%) была получена в 2005 году, когда после внесения удобрений выпало большое количество атмосферных осадков. В среднем за весь период исследований на удобренном травостое без орошения была получена прибавка 1,85 т/га сена, а на орошаемом без удобрений – 1,09 т/га.
Урожайность костреца безостого при совместном применении орошения и удобрений значительно превосходит урожайность, полученную на вариантах при раздельном применении орошения и удобрений (табл. 4.7). Таким образом, орошение создает предпосылки для более эффективного использования удобрений, а удобрения в свою очередь, способствуют более продуктивному использованию поливной воды. Наибольшая урожайность на варианте удобрение+орошение была достигнута на пятый год пользования травостоем и составила 11,02 т/га сена.
Во все годы исследований и на всех вариантах опытов урожайность первого укоса в 1,3-5,7 раза превышает урожайность второго укоса (табл. 4.7).
В среднем за годы исследований доля урожая первого укоса составила по вариантам опыта от 62% до 70% от всего урожая за вегетацию. Это связано с тем, что высота травостоя перед первым укосом составляла по вариантам опыта от 87 см до 103 см, а перед вторым укосом от 29 до 46 см. И если перед первым укосом кострец безостый находился в фазе начала цветения, то перед вторым укосом он достигал лишь фазы выхода в трубку. Вероятно, это объясняется биологическими особенностями костреца безостого, для которого характерно максимальное формирование биомассы в первой половине вегетационного периода.
Эффект от орошения особенно проявлялся на урожае второго укоса, когда почвенная и атмосферная засуха сильно угнетали растения, произрастающие на богаре. Так, второй укос 2010 года характеризовался прибавкой от орошения на 285%, а второй укос 2004 года всего на 12%. При этом в 2004 году на участке без орошения, без удобрений (контроль) наблюдалась самая высокая за все годы опытов урожайность второго укоса. Межукосные периоды соответствующих лет характеризовались – в 2010 году как острозасушливые (ГТК – 0,39; осадки – 62 мм), в 2004 году – как влажные (ГТК – 1,14; осадки – 128 мм).
Урожайность на богаре находилась в прямой зависимости от выпадающих атмосферных осадков и возраста травостоя. В 2003 году была достигнута наибольшая урожайность, которая составила 6,34 т/га (за два укоса) при 276 мм выпавших за вегетационный период осадков. Наименьшая урожайность сена была полученав 2010 году, где соответствующие показатели составили: 0,94 т/га и 116 мм.
В результате 10-летнего пользования травостой оказался сильно изреженным. На неорошаемом участке его густота составляла: перед первым укосом 140 шт/м2, перед вторым укосом - 98 шт/м2, что в 4-5 раз меньше, чем в первые годы пользования травостоем.
Снижение урожайности на орошаемом травостое в 2002 году по сравнению с 2001 и 2003 гг. связано со значительным недобором тепла в вегетационный период. Так, сумма эффективных температур воздуха в 2002 году за период от весеннего отрастания до второго укоса составила всего 531С при среднемноголетних значениях - 873С.
В первые пять лет пользования травостоем (2001-2005 гг.) получена наибольшая прибавка сена: от применения орошения – 1,21 т/га, от применения удобрений - 2,83 т/га, от совместного применения орошения и удобрений – 4,42 т/га. В последующие пять лет (2006-2010 гг.) действие удобрений и орошения на изреженном травостое ослабевало, а прибавка составила соответственно 0,98, 1,34 и 2,21 т/га.
Орошение и удобрение значительно повысили продуктивность кострецового травостоя. Эффект от этих агромелиоративных приемов в большей степени сказался на молодом травостое, где его продуктивность по всем показателям была выше, чем на старовозрастном травостое (табл. 4.8). Таблица 4.8 - Продуктивность кострецового травостоя в зависимости от удобрения и орошения
Внесение рекомендуемой дозы удобрений N120P120K90 на неорошаемом участке с молодым травостоем позволило увеличить продуктивность на 2,35 т/га сухого вещества, кормовых единиц на 17,33 к. ед./га, обменной энергии 21,1 ГДж/га и сырого протеина на 0,47 т/га. На старовозрастном травостое внесение этой же дозы удобрений на неорошаемом участке дало меньшую прибавку продуктивности: сухого вещества на 1,02 т/га, кормовых единиц - 610 к. ед./га, обменной энергии - 9,5 ГДж/га, сырого протеина - 0,19 т/га.
Орошение неудобреного участка с молодым травостоем (1-5 г.п.) позволило увеличить выход сухого вещества на 1,01 т/га, а в сочетании с удобрением на 3,67 т/га, кормовых единиц соответственно на 822 и на 2795 к. ед./га, обменной энергии на 10,3 на 35,8 ГДж, сырого протеина на 0,23 и на 0,85 т/га.
Орошение неудобреного участка со старовозрастным травостоем (6-10 г.п.) увеличило выход сухого вещества всего на 0,82 т/га, а в сочетании с удобрением на 1,84 т/га, кормовых единиц соответственно на 548 и на 1329 к. ед./га, обменной энергии на 7,4 и на 17,2 ГДж, сырого протеина на 0,12 и на 0,37 т/га.
Таким образом, совместное применение орошения и удобрения позволяет получить наибольшую продуктивность и прибавку продуктивности. Использование старовозрастного травостоя (6-10 г.п.) привело к снижению продуктивности по основным показателям в 2 раза.
Суммарное водопотребление кострецового травостоя
Вегетационный период 2004 года (1-й г.п. травостоем) был засушливым. Весной, во время начала отрастания растений люцерны (2 мая), влажность почвы расчётного слоя (0-70 см) составила 24,9% (рис. 5.1), т.е. находилась в оптимальных пределах (НВ-ВРК).
Однако, сухая и жаркая погода первой и второй декадах мая (5 мм осадков, ниже нормы на 22 мм, среднесуточная температура воздуха выше нормы на 2,1-2,4С) способствовала быстрому иссушению почвы. К середине второй декады мая влажность почвы приблизилась к предполивной влажности и составила 20,9% от массы сухой почвы. Первый полив нормой 550 м3/га, проведенный 14 мая, способствовал оптимизации уровня почвенной влаги. Третья декада мая и первая декада июня также выдались жаркими и сухими, что привело к быстрому иссушению корнеобитаемого слоя почвы. Уже 3 июня при предполивной влажности почвы 21,0% был проведён второй полив нормой 600 м3/га. Необходимость проведения третьего полива нормой 600 м3/га появилась только через месяц – 5 июля. Этому способствовали обильные осадки второй декады Четвёртый полив расчетной нормой 417 м3/га был проведен 12 августа на следующий день после второго укоса. июня (40 мм). Межполивной интервал между третьим и четвертым поливом был наибольшим в оросительном периоде 2004 года и составил 37 суток. Причина этому – ливневые осадки, выпавшие в конце первой декады июля (40 мм), а также осадки третьей декады июля (39 мм) и первой декады августа (15 мм). Дождливая погода второй декады августа (28 мм при норме 17 мм) и периодические осадки в первой и во второй декадах сентября способствовали удержанию влажности почвы на орошаемом участке в оптимальных пределах до 3 укоса и конца вегетации люцерны.
В период формирования урожая всех укосов средневзвешенная влажность расчетного слоя почвы составила на орошаемом участке 24,4%, на неорошаемом – 20,6%. С момента весеннего отрастания до первого укоса средневзвешенная влажность составила на орошаемом участке 24,1%, на неорошаемом – 19,8%; от первого до второго укоса соответственно 24,5 и 20,1%. На орошаемом участке в период формирования урожая третьего укоса средневзвешенная влажность составляла 24,5%, а на неорошаемом участке, где в это время отрастала отава -22,7%. Дефицит водопотребления люцерны наблюдался с 1 по 16 июня и с 28 июня по 14 июля. Таким образом, период бутонизации у люцерны первого укоса (16 суток) и период отрастания люцерны после первого укоса (17 суток) на богаре характеризовалась отсутствием легкодоступной почвенной влаги.
Накоплению большого количества почвенной влаги под люцерной синегибридной способствовали обильные осадки, выпавшие осенью 2004 года. В связи с этим в начале вегетации 2005 года (2 г.п.), влажность почвы была довольно высокой и составила 26,3% (рис. 5.2).
К началу второй декады мая влажность почвы приблизилась к верхней границе оптимальной влажности и составила 27,9%, что было связано с выпавшими в течение первой декады мая осадками в количестве 41 мм при норме – 15 мм. Во второй и третьей декадах мая среднесуточная температура воздуха была выше нормы на 3,1-5,5С, что способствовало снижению влажности почвы до влажности разрыва капилляров (ВРК).
Первый полив нормой 500 м3/га, проведенный 4 июня, среднемноголетняя норма осадков за вторую декаду июня и обильные дожди за третью декаду июня (83 мм, выше нормы на 64 мм) способствовали увеличению запасов влаги в расчётном слое к концу июня до 29,6%, т.е. до верхней границы оптимальной влажности. В связи с этим, необходимость второго полива нормой 500 м3/га возникла только к 27 июля. В август установилась сухая и жаркая погода. При среднесуточной температуре воздуха +17,5С, что выше нормы на 0,7С, выпало всего 5 мм осадков, что ниже нормы на 45 мм. Такой характер погоды способствовал быстрой потери влаги из корнеобитаемого слоя почвы. Уже к середине августа влажность расчетного слоя почвы оказалась близкой к влажности разрыва капилляров. Проведённый 15 августа полив нормой 367 м3/га и осадки первой декады сентября (23 мм) способствовали сохранению запасов влаги в расчётном слое почвы в оптимальных границах до 3 укоса и окончания вегетации люцерны синегибридной.
На неорошаемом участке дефицит водопотребления люцерны наступил 7 августа, т.е. сразу после второго укоса и продолжался до третьего укоса и конца вегетации растений. Наименьшая влажность наблюдалась 31августа и составила 16,3%. Таким образом, формирование урожая первого и второго укоса на богаре происходило при достаточном количестве почвенной влаги, а третьего укоса – при отсутствии легкодоступной влаги в течение 30 суток. Во время формирования урожая всех укосов средневзвешенная влажность расчетного слоя почвы составила на орошаемом участке 25,2%, на неорошаемом – 21,8%. С момента весеннего отрастания до первого укоса средневзвешенная влажность составила на орошаемом участке 24,6%, на неорошаемом – 23,4%; от первого до второго укоса соответственно 26,7 и 22,0%. На орошаемом участке в период формирования урожая третьего укоса средневзвешенная влажность составляла 23,9%, а на неорошаемом участке, где в это время отрастала отава - 18,4%.
Малое количество осадков при норме среднесуточных температур воздуха привели к снижению влажности почвы к 16 мая до 21,2%. Первый полив нормой 500 м3/га проведенный 17 мая, позволили повысить влажность почвы до 27,2%. Осадки третьей декады мая (59 мм, выше нормы на 43 мм) и осадки второй декады июня (50 мм, выше нормы на 30 мм) позволили сохранить влажность почвы в оптимальных пределах до середины третьей декады июня. В связи с этим второй полив нормой 500 м3/га был произведён только 27 июня. Прохладная погода первой декады июля (14,8С, ниже нормы на 4,1С) и выпавшие осадки – 24 мм позволили поддерживать влажность почвы в оптимальном диапазоне. Однако, повышение среднесуточной температуры воздуха во второй декаде июля до +23,4С (выше нормы на 4,0С) и малое количество осадков (9 мм) привели к снижению влажности корнеобитаемого слоя почвы к началу третьей декады июля до 20,9%.