Содержание к диссертации
Введение
1. История и особенности использования поливной воды для внесения агрохимикатов 11-35
2. Место, условия и методика проведения исследований 36-66
2.1. Местоположение опытных участков 37
2.2. Характеристика климата 38-43
2.3. Характеристика отдельных элементов климата за период проведения экспериментальной работы 43 - 46
2.4. Почвенный покров и земельные ресурсы Волгоградской области 47-49
2.5. Общая характеристика зональных почв 49 - 52
2.6. Почвенная характеристика опытных участков 52 - 63
2.7. Цель и задачи, методика исследований 63 - 66
3. Роль мелиоративных технологий в повышении плодородия почв 67 -89
3.1. Агробиологические 68-75
3.2. Почвозащитные 75 - 78
3.3. Гидрогеолого-мелиоративные 78 - 85
3.4. Агроландшафтные 85 - 86
3.5. Организационно-хозяйственные 87 - 89
4. Условия эффективности применения агрохимикатов на орошаемых землях 90-136
4.1. Недостатки применяемых технологий внесения агрохимикатов 91-99
4.2. Изменение гидрохимического состава и влияние поливной воды на растения и почву при многофункциональном орошении 99 - 108
4.3. Снабжение почвы органическим веществом 108 - 121
4.4. Влияние внесения с поливной водой сульфата железа на
поглотительную способность светло-каштановой почвы 121 - 136
5. Почвозащитная обработка мелиоративного агроландшафта 137-185
5.1. Влияние различных способов обработки почв на их агрофизические свойства 137 - 142
5.2. Определение скорости впитывания и количества впитавшейся воды при дождевании 142 - 150
5.3. Увлажнение почвенного профиля 151-155
5.4. Влияние технологии обработки почвы на засорённость посевов 155-161
5.5. Факторы воздействия на агрофизические свойства орошаемой почвы 162 - 185
6. Удобрительно-мелиоративное орошение дождеванием 186-266
6.1. Совмещённый график полива и внесения удобрительно-мелиоративных веществ с водой при дождевании 191 - 204
6.2. Оструктуривание почвы при многофункциональном орошении 204 - 210
6.3. Передвижение химических веществ с дождевыми осадками в почве и повышение коэффициента их эффективности 210-222
6.4. Технология и техника внесения с дождём химических веществ 222 - 235
6.5. Эффективность внесения с поливной водой химических средств защиты растений 235 - 266
7. Агроэкономическая и энергетическая оценка многофункционального орошения дождеванием 267 - 277
7.1. Влияние на урожай культур севооборота, разуплотнения и дисковой обработки орошаеиой дождеванием почвы 267 - 269
2. Агроэкономическая и энергетическая оценка предлагаемой технологии обработки почвы 269 - 271
3. Агроэнергетическая оценка многофункционального орошения дождеванием 271 - 277
Перспективы развития агроландшафтных оросительных систем дождевания 278 - 312
1. Локальные многофункциональные системы орошения дождеванием 279 - 288
2. Совмещённый график разноцелевых поливов и внесение с дождём агрохимикатов 289 - 308
3. Малообъёмное многофункциональное орошение дождеванием - основа экологического благополучия мелиоративного агроландшафта 308-312
Выводы 313-314
Предложения производству 315
Литература 316 - 343
Приложения 344 - 464
- Характеристика отдельных элементов климата за период проведения экспериментальной работы
- Изменение гидрохимического состава и влияние поливной воды на растения и почву при многофункциональном орошении
- Определение скорости впитывания и количества впитавшейся воды при дождевании
- Передвижение химических веществ с дождевыми осадками в почве и повышение коэффициента их эффективности
Введение к работе
Использование природно-экономического потенциала страны для обеспечения продовольствием определяется наличием природных земель, их биоклиматическим потенциалом, а также вложениями в сельскохозяйственное производство труда и капитала.
В России имеется 215 млн. га сельскохозяйственных угодий, из них основное средство производство продукции — пашня составляет 130 млн. га. Реализация биоклиматического потенциала, который примерно в 3,0 раза ниже по сравнению с развитыми странами, сдерживается недостаточным количеством атмосферных осадков [281].
Основополагающее значение в повышении продуктивности пашни имеют применение мелиорации и обеспечение производства продукции техническими средствами, что требует немалых финансовых вложений. Без повышения плодородия почв, без противодействия засухам и суховеям, которые захватывают около 80% сельскохозяйственных угодий страны, все остальные факторы интенсификации земледелия, не имеют достаточно высокой эффективности. В лесостепной и степной основных зонах орошения, где 68 млн. га пашни составляют черноземы, решающим фактором получения урожая является обеспеченность влагой и высокая агротехника [204].
Несмотря на основную преобразующую роль мелиорации и очевидную экономическую выгоду бесконтрольное орошение, не основанное на анализе состояния окружающей среды, привело во многих хозяйствах к деградации черноземов и особенно каштановых почв.
Мелиоративные мероприятия для пахотных угодий должны состоять из почвозащитных, агрохимических, противоэрозионных и оросительных работ, не допускающих уменьшение гумуса и химического ухудшения плодородного слоя.
Для придания стабильности в продовольственном производстве орошение является приоритетным направлением развития сельского хозяйства
6
в степной зоне страны и должно составлять порядка 8% от площади пашни
[29].
^ Орошаемое земледелие является мощным фактором воздействия на
природную среду, т. к. интенсивно используются возобновляемые естественные ресурсы: вода, почвенное плодородие, биоклиматический потенциал территории в целом. Значительное применение агрохимикатов и интенсификация агротехники возделывания сельскохозяйственных культур меняют характеристики ландшафтов. Природные фитоценозы заменяются требовательными к среде агрофитоценозами [145].
Агроландшафтные мелиоративные системы должны быть ориентированы
(Ф на малообъемное потребление поливной воды. Таким целям отвечают
локальные многофункциональные оросительные системы с малогабаритными дождевальными машинами и капельный полив.
Как свидетельствует практика последних десятилетий, основным способом полива в стране является дождевание.
Практикуемые во многих хозяйствах стандартные технологии,
составленные без учета особенностей агромелиоративного ландшафта и
биопотенциала культур приводят к непроизводительным затратам энергии,
снижению эффективности производства и ухудшению состояния орошаемых
земель.
(^ Поэтому наряду с созданием совершенных многоцелевых дождевальных
систем локального орошения необходимо применять комплекс агромелиоративных мероприятий по водопоглощению и равномерному распределению по площади и почвенному профилю осадков. Основные приемы должны быть направлены на улучшение структуры и водопрочности агрегатов с поверхности, на увеличение пористости и влагоемкости корнеобитаемого слоя почвы, на создание комфортной среды обитания культурных растений.
В нашей работе для решения этих задач изучалось глубокое разуплотнение почвы, ее дисковая система обработки; снабжение ее органическим веществом, обогащение поливной водой нужными химическими
7 элементами; экономически обоснованный уровень продуктивности при
минимуме затрат на сельскохозяйственное производство.
Обеспечение высокой эффективности и стабильного производства
экологически чистой продукции на этих системах определяет необходимость
теоретического обоснования и разработку индустриальных технологий с
соответствующими техническими средствам применения в растениеводстве
при сохранении и повышении плодородия почв.
Цель исследований заключалась в создании теоретических основ и
разработке практических приемов многофункционального орошения
дождеванием в сочетании с комплексом мелиоративных приемов, экологически
& и экономически обоснованного использования природных и антропогенных
ресурсов, применения природоохранных энергосберегающих технологий, получения высоких устойчивых урожаев и экологически чистой сельскохозяйственной продукции при минимуме затрат на ее выращивание.
В соответствии с этим решались следующие основные задачи:
выявить роль мелиоративных технологий в поддержании плодородия почв;
установить теоретические основы многофункционального орошения дождеванием;
- разработать совмещенные графики полива и внесения агрохимикатов с
ф дождевыми осадками для зерно-кормовых севооборотов;
- определить агротехнические условия эффективного применения
агрохимикатов на орошаемых землях;
- исследовать влияние разуплотнения и дисковой обработки почвы на ее
агрофизические свойства и урожайность полевых культур;
- определить факторы воздействия на агрофизические свойства
орошаемых почв;
- выявить эффективность внесения агрохимикатов с водой при
Л дождевании на продуктивность культур зерно-кормовых севооборотов;
- обосновать агроэкономическую и энергетическую эффективность
мелиоративных технологий;
- подготовить прогноз развития дождевальных систем малообъемного
многофункционального орошения.
Научная новизна работы заключается в том, что нами сформулирована научная концепция многофункционального орошения дождеванием, разработана технология внесения с поливной водой агрохимикатов. Выявлена роль комплекса мелиоративных мероприятий в формировании плодородия почв и их влияние на продуктивность полевых культур, обоснованы факторы почвозащитной обработки мелиоративного агроландшафта. Определена техника и разработана технология малообъемного орошения. Намечены перспективы развития орошения дождеванием при восстановлении мелиоративных систем.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
обоснована более высокая эффективность внесения с поливной водой минеральных удобрений и мелиорирующих веществ по сравнению с традиционной технологией внесения сухих туков;
многофункциональное орошение обеспечивает снижение потребления на единицу продукции количества воды и удобрительных веществ;
- установлено, что внесение сульфата железа с поливной водой в
меньшем количестве, чем гипса, создает устойчивый мелиорирующий эффект
на полях зерно-кормовых севооборотов;
обеспечивается достаточное снабжение почвы органическим веществом при запашке растительных остатков культур севооборота и зеленой массы промежуточного сидерата;
разработана и проверена в производственных условиях эффективная почвозащитная обработка почвы путем двухслойного разуплотнения 60-ти сантиметрового слоя и дискования;
рекомендуются к внедрению малообъемные системы много функционального орошения с малогабаритными дождевальными машинами.
Результаты исследований прошли производственную проверку в
хозяйствах Даниловского района на южном черноземе и светло-каштановой
" почве в учхозе «Горная Поляна» ВГСХА, где получены убедительные данные
по росту продуктивности полевых культур. Все технологические приемы
обеспечены техническими средствами исполнения. Совместно с ФГУП СНЦ
«Госэкомелиовод» разработаны типовые проектно-технические решения для
локальных многофункциональных оросительных систем с малогабаритными
дождевальными машинами. По исследованиям, изложенным в данной
диссертационной работе, подготовлены четыре проспекта по ее основным
положениям и разработано техническое задание на изготовление
to усовершенствованного плуга-глубокорыхлителя. Основные положения
диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях Волгоградской Государственной Сельскохозяйственной Академии, Всероссийских совещаниях (Волгоград, 1996; Москва 2002) и конференциях (Волгоград, 1998, 2000- 2004), а также на областных и районных агрономических совещаниях.
Исходя из вышеизложенного, на защиту выносятся следующие основные положения работы:
- теоретические основы интегрированных мелиоративных приемов
орошения дождеванием полевых культур в Нижнем Поволжье;
[Щ> - оптимальное сочетание различных агроприемов по повышению
плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур;
- особенности внесения агрохимикатов с водой при дождевании;
роль двухслойного разуплотнения 60 см слоя почвы и ее дисковой обработки;
экономическая и энерго-экологическая эффективность комплексной мелиорации в орошаемом земледелии Нижнего Поволжья;
обоснование подъема мелиоративной отрасли путем малообъемного многофункционального орошения малогабаритными дождевальными машинами.
Материалы научных исследований изложены в работах, в том числе: - в
центральной печати и материалах международных, Всесоюзных и
*' всероссийских конференциях, Основные положения диссертации изложены в
монографии (12 п.л.). Общий объём публикаций составляет 27,3 п.л., из них
лично соискателя 16,7 п.л.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав,
выводов и предложений производству, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 464 стр., включает 41 таблицу, иллюстрирована 36
рисунками, содержит 68 приложений на 120 стр. Список использованной
литературы состоит из 347 наименований, в т.ч. 18 на иностранном языке.
to В работе использованы материалы исследований, выполненные лично
автором, или под его руководством соискателями Чудиным A.M. и Антоновым В.П. по следующим проблемам:
-теоретически сформулирован и экспериментально подтверждён самостоятельный способ удобрительно-мелиоративного орошения дождеванием;
-разработана система обработки по улучшению агро-физических свойств почвы;
-определено снабжение почвы достаточным количеством органического
вещества;
{Ф -обоснована целесообразность создания локальных систем
малообъёмного многофункционального орошения малогабаритными дождевальными машинами.
Автор настоящей работы выражает искреннюю благодарность Григорову Михаилу Стефановичу, академику РАСХН, доктору технических наук, профессору за ценные советы и научные консультации, а также администрации и коллегам академии за помощь и поддержку.
Характеристика отдельных элементов климата за период проведения экспериментальной работы
По приведенным данным (табл. 1) видно, что среднегодовая температура с северо-запада к юго-востоку нарастает с 5,2С до 8,1С, а количество осадков за теплый период в этом направлении уменьшается с 250 мм до 150 мм.
Полевые исследования проводились в умеренно-засушливом Даниловском и сухом Советском районах. Самым жарким месяцем является июль, когда температура воздуха в сухом районе составляет 24,3, а в умеренно-засушливом она понижается до 21. Абсолютный максимум в Волгограде достигает 42С, а в Даниловке — до 40С. Лето продолжительное жаркое и сухое. Континентальность климата Нижнего Поволжья выражается в - значительной контрастности жаркого лета и холодной зимы. Наиболее холодным является январь, когда среднемесячная температура составляет в умеренно-засушливом районе - 11 - 13С, а в сухом - 8,5 - 10,0С. Часто бывают зимние оттепели, которые ухудшают перезимовку озимых культур. Опасность оттепели состоит в том, что они создают предпосылки к выпреванию и вымерзанию озимых. Сумма активных суточных температур выше 10С, когда большинство сельскохозяйственных культур начинают вегетацию, устанавливается с 20 — 25 апреля. Продолжительность периода температуры выше 10С составляет от 155 дней на севере области до 170 дней на юге. За период активной вегетации на территории области накапливается большая сумма температур от 2700С в северных районах до 3300С в южных. Хорошая обеспеченность теплом позволяет выращивать все полевые и овощные культуры. В сухой южной зоне можно возделывать виноградники и выращивать рис.
Относительная влажность воздуха определяет степень влияния погоды на агроклиматические условия произрастания культур. Низкая влажность воздуха оказывает угнетающее влияние на рост и развитие сельскохозяйственных растений, особенно когда она удерживается не только днем, но и ночью. Относительная влажность воздуха зимой довольно высокая (83%) и низкая летом (47%). Очень часто летом она опускается ниже 30%, способствуя возникновению засушливых и суховейных периодов, засухи могут возникать в течение всего теплого периода года, но чаще всего они охватывают весенне-летний сезон. Для Нижнего Поволжья различают пять типов засух: ранневесеннюю, весенне-летнюю, летнюю, комбинированную и устойчивую.
В дни с низкой относительной влажности погода характеризуется засушливо-суховейными признаками, и при дефиците влаги в почве культуры находятся в угнетенном состоянии. Дней с относительной влажностью менее 30% в весенне-летний период, характерных для засушливого климата, насчитывается 25 - 50, особенно низкие значения относительной влажности отмечаются в 13 - 14 часов.
Характерной особенностью климата являются часто дующие восточные и юго-восточные ветры, отличающиеся сухостью и повышенной скоростью. Сильные ветры оказывают вредное влияние на рост и развитие сельскохозяйственных культур, увеличивая транспирационный коэффициент растений. Зимой сильные ветры сносят снег с полей, подвергая озимые посевы опасности вымерзания. Они являются главной причиной снижения относительной влажности воздуха и в засушливые периоды являются причиной возникновения пыльных бурь.
Ветры со скоростью более 7 м/сек ухудшают качество полива дождевальными машинами, особенно позиционного действия, потому что снижается коэффициент эффективного полива и увеличивается площадь недополива.
Большой вред посевам в сухой степи приносят засухи и суховеи, связанных с длительным отсутствием дождей и жаркой погодой. Они приводят к нарушению водного баланса в растениях, вызывая их увядание, а иногда и полную гибель [63]. Во время засухи растения расходуют больше влаги, чем ее подают из почвы корни. Большая продолжительность нарушения водного баланса в растениях ведет к снижению урожая.
Об интенсивности засухи судят по степени несоответствия между потребностью растений во влаге и ее поступлением из почвы. Различают засухи почвенную, атмосферную и физиологическую. Почвенная засуха приводит к иссушению почвы до мертвого запаса влаги, вначале к резкому сокращению, а затем полному прекращению поступления воды в корни растений. Атмосферная или воздушная засуха вызывается невосполнимо быстрым испарением влаги с поверхности растений вследствие длительного отсутствия дождей, снижения влажности воздуха и устойчивых высоких температур. Для растений особенно неблагоприятно совместное проявление атмосферной и почвенной засухи. В неорошаемом земледелии они обычно взаимосвязаны, усиливая или ослабляя одна другую.
Обезвоживание растений сильными ветрами и высокие температуры могут приводить к необратимой коагуляции протоплазмы клеток и полной гибели растений. В нижнем Поволжье число дней с засухой в разные годы бывает от 30 — 35 на северо-западе до 50 - 60 на юго-востоке. В сильно засушливые годы общая продолжительность засух может достигать 55 — 60 дней на северо-западе и 90 — 100 на юге и юго-востоке. По многолетним данным, число лет без засухи составляет в Волгоградской области только 21,1%, т.е. в среднем из пяти лет 4 года засушливых и только один относительно благоприятен для сельскохозяйственных растений.
Наибольший вред в условиях Нижнего Поволжья приносят длительные интенсивные засухи, сопровождающиеся суховеями.
Под суховеем понимают сухой и знойный ветер, вызывающий нарушение водного режима растений. Комплекс суховейных погодных условий характеризуется в 13 ч дня скоростью ветра не менее 3 м/с, относительной влажностью воздуха не более 25% и среднесуточными температурами воздуха не ниже 20С.
Изменение гидрохимического состава и влияние поливной воды на растения и почву при многофункциональном орошении
Современная система ведения сельского хозяйства включает широкое использование удобрительных и мелиорирующих веществ, которые при орошении являются лимитирующими факторами в повышении продуктивности растениеводства. Для борьбы с сорняками, отбирающими у культурных растений пищу и влагу, вместе с агротехническими приемами находят применение гербициды. Не меньшее значение имеет применение других пестицидов для защиты растений от болезней и вредителей [237].
Эффективность минеральных удобрений, внесенных при дефиците химических мелиорантов, органических удобрений и пестицидов, резко снижается. Поэтому требуется комплексное агрохимическое окультуривание полей, использование прогрессивных технологий возделывания культур [274].
Обеспечение высокой эффективности орошаемых земель возможно на основе совершенствования существующих и разработке новых технологических приемов, соответствующих совершенным представлениям об ресурсосбережении и охране окружающей среды. Одним из путей решения проблемы находится в многоцелевом использовании инженерных оросительных систем с совершенной дождевальной техникой полива [1,2, 224, 302].
Совмещение операций поливов с внесением средств химизации обеспечивает многофункциональное орошение и позволяет отказаться от традиционных способов их распределения наземными техническими средствами или сельскохозяйственной авиацией. В то же время использование поливного потока для обработки средствами защиты вегетирующих растений или подачи для их жизнедеятельности питательных веществ обеспечивает широкие возможности для освоения в производстве ресурсосберегающих, щадящих почву и окружающую среду технологий возделывания сельскохозяйственной продукции при повышении эффективности орошаемого гектара и сочетать с программированием урожаев [147, 148,306,318].
Увеличение эффективности обеспечивается более равномерным распределением элементов питания или средств защиты растений по поверхности растений, площади и почвенному профилю, повышением коэффициентов использования действующих веществ, что взаимоувязывается с пониженными нормами их расходов на единицу производимой продукции, степенью загрязненности окружающей среды и качеством получаемого урожая. Одновременно с этим исключаются дополнительные уплотнения пахотного и подпахотного горизонтов почвы, высвобождаются тракторы, различного вида разбрасыватели, опрыскиватели и сельскохозяйственная авиация. Кроме того, экономятся горюче-смазочные материалы, повышается производительность и улучшаются условия труда, обеспечиваются возможности комплексной автоматизации и механизации технологических процессов на научно-обоснованной промышленной основе.
Чтобы снизить неблагоприятные последствия чрезмерной химизации и избежать излишние увлечения техногенными приемами повышения урожайности возделываемых культур, необходимо применять сбалансированные минеральные и органические удобрения, строго соблюдать регламенты применения пестицидов и других агрохимикатов без загрязнения окружающей среды. Именно таким целям отвечает многоцелевое использование оросительных систем посредством дождевания.
Внесение агрохимикатов с водой при дождевании может выполняться самостоятельным способом или путем проведения вспомогательных подкормочных поливов в дополнение к существующим способам применения удобрительных и мелиорирующих веществ. Азотные гидроподкормки являются дополнением к регулярному удобрению и технология их проведения должна быть увязана с системой применения удобрений в тех или иных севооборотах по различным природным зонам страны. Самостоятельный способ удобрительно-мелиоративного орошения дождеванием основывается на дробном рассредоточении внесения агрохимикатов в течение вегетационного периода культур совместно с поливной водой. Каждому агрохимическому способу внесения свойственны системы и условия применения химических веществ, технология и технические средства для его осуществления. Влияние на окружающую среду, агроэкономическую эффективность и качество продукции полученного урожая позволяет судить о целесообразности применения того или иного способа.
Под системой применения удобрительно-мелиоративных веществ понимается план их использования в севообороте для поддержания плодородия почв и обеспечения культур необходимыми элементами питания с учетом состава и свойства применяемых веществ. Правильная система способствует повышению плодородия почв, росту урожайности при хорошем качестве сельскохозяйственной продукции.
Реализация такого способа производится по программе, заложенной в совмещенном графике полива и внесения с водой агрохимикатов, которая отвечает задачам освоения интенсивных технологий и является основной технологической карты возделывания орошаемых культур.
Наиболее просто и целесообразно обеспечивается качественное дозирование в оросительный поток различных растворов и равномерное распределение их по площади и почвенному профилю с дождевыми осадками, что и положено в основу технологии применения с поливной водой минеральных удобрений. Для внесения могут использоваться жидкие и жидкие комплексные удобрения (ЖКУ), суспензированные смеси и концентрированные (близкие к насыщению) растворы, которые готовятся из промышленных легкорастворимых сухих туков. Сегодня в стране отработана и прошла широкую производственную проверку технология приготовления растворов из наличия и доступности легкорастворимых туков для проведения вегетационных подкормочных поливов. Из основных способов полива: поверхностного, капельного и дождеванием последний приближается к природным явлениям поступление воды на сельхозугодие в форме дождевых осадков.
Внесение агрохимикатов с поливной водой на системах поверхностного полива едва ли целесообразно из-за невозможности качественного управления процессом. Даже после капительной планировки вода с растворимыми в ней химическими веществами неравномерно распределяется по поверхности и глубине промачивания поливного элемента. Полив сопровождается ирригационной эрозией, происходит смыв и перенос с водой мелкозема и агрохимикатов, которые попадают в грунтовые воды и с дренажным потоком выносятся в водоемы. Происходит ухудшение экологической обстановки и нарастает деградация почвы сельхозугодия.
Определение скорости впитывания и количества впитавшейся воды при дождевании
Большое значение в орошаемом земледелии имеет водопроницаемость почвы. При подаче воды на поверхность почвы последовательно идут, следующие процессы насыщения: впитывание, т. е. поглощение воды под действием сорбционных и менисковых сил; просачивание, при котором сорбционные силы постепенно ослабевают и по мере повышения влажности преобладающими становятся менисковые; фильтрация, т.е. передвижение влаги сквозь насыщенные ею горизонты осуществляется под напором поверхностного слоя воды.
Водопроницаемость почвы зависит от общей порозности и от наличия, в первую очередь, крупных пор и трещин. Для почв, имеющих хорошо выраженную водопрочную структуру, характерны устойчивые высокие значения водопроницаемости. В почвах с относительно невысокой скважностью и непрочной структурой величина начальной водопроницаемости быстро снижается по мере того, как почвенные агрегаты распадаются под воздействием воды. При поливе дождеванием впитывание воды в почву имеет свои особенности, оно осуществляется, главным образом, безнапорным путем [38, 122, 138, 314]. Исследованиями [38, 122, 138, 314] установлено, что процесс инфильтрации по сравнению с самотечным поливом, поступление воды в почву при дождевании делится на две фазы: безнапорное впитывание или свободная инфильтрация и напорное. При безнапорном впитывании на поверхности почвы отсутствуют излишки воды, после же появления пленки и лужиц начинается напорное впитывание.
Выполняя агрооценку дождевания широкозахватными машинами (0 Москвичев Ю.А. [225] констатирует, что по ДМ «Фрегат» слой осадков нарастает от центральной опоры к ее концевой части. В последней трети вода не успевает впитываться в процессе полива, как на черноземной, так и светло-каштановой почвы.
В зоне расположения опытных делянок (360-410 м на удалении от гидранта) слой осадков составляет 0,55 — 0,65 мм/мин. При поливной норме 450 м3/га время выпадения осадков в этой зоне находится на уровне 60 минут. Поэтому, в наших опытах, когда поливная норма в среднем на черноземе была ҐЛ порядка 400 м /га, а на светло-каштановой почве - 500 м /га, скорость впитывания определялась с помощью прибора ПВН — 00 в течение часа и оценивалась по Астапову СВ. [20].
По данным таблицы 24 на южном слабосолонцеватом черноземе, на контроле (стандартная технология обработки почвы) весной на зяби скорость впитывания характеризуется средней водопроницаемостью и постепенно снижается при культивировании люцерны, к концу третьего сезона уменьшается в два раза. На варианте с плоскорезной обработкой скорость , впитывания имеет более низкие значения и при осеннем замере. После уборки люцерны второго года пользования, почва становится слабо водопроницаемой. Вспашка зяби под посев кукурузы вновь повышает водопроницаемость почвы, и она имеет такие же значения, как и в варианте с ячменем + люцерна.
По дисковой вспашке скорость впитывания почвы имеет несколько большие значения, чем на контроле во все сроки наблюдения. Очевидно, это объясняется тем, что при дисковой вспашке не поднимается на поверхность иллювиальный солонцеватый подстилающий горизонт, лучше заделывается в почву растительные остатки и пашня более выровнена, комковатая, а не Щ глыбистая. Разуплотнение создает рыхлый комковатый верхний 20 см слой и (0 разрушает на глубину 60 см подстилающий монолит. Делая его глыбисто-трещиноватым. Поэтому скорость впитывания свидетельствует о хорошей водопроницаемости, особенно после дисковых обработок, и выгодно отличается от контрольного варианта. К концу вегетации люцерны второго года пользования скорость впитывания почвы на варианте с разуплотнением и дисковой обработкой в два раза выше, чем на контроле. На светло-каштановой почве (табл. 26) весной по зяби скорость (ф впитывания воды примерно такая же, как и на южном черноземе, но уже в конце вегетации после скашивания покровной люцерны она отличается более низкими показателями на всех вариантах опыта. Отвальная пахота захватывает подстилающий иллювиальный солонцовый горизонт, поднимает его на поверхность и ухудшает водопрочность структурных отдельностей, которые разрушаются дождевыми осадками, разбрызгиваются, и мелкие частицы почвы блокируют действующую порозность. Отрицательно сказывается и работа на поле механизмов, участвующих в растениеводческом производстве. Поэтому, к уборке покровной люцерны скорость впитывания в 2,2 раза снижается от первоначальной. Лучшие результаты обнаруживаются по дисковой вспашке, но к концу третьего сезона показатель выравниваются и характеризуют почву как слабо водопроницаемую. Разуплотнение 60см слоя почвы и дисковая предпосевная обработка в 1,6...3,0 раза увеличивает скорость впитывания воды почвой относительно контрольного варианта со стандартной обработкой. Впитывание воды по вариантам обработки и ее «излишек» не успевающий поглощаться почвой выполнялся по методике, описанной Москвичевым Ю.А., Ерховым Н.С. и Бычковым М.И. [223], в стоке определялось количество смываемых почвенных частиц, которое позволяет судить о возможности возникновения ирригационной эрозии. Результаты замеров по впитыванию воды, стоку и смыву почвенных частиц на южном черноземе сведены в таблицу 27.
На контрольном варианте весной после посева ячменя при первом поливе количество воды не успевающей впитаться в процессе дождевания, составило 16,9% от поливной нормы 453 м /га, а смыв почвы определяется в 1,2 т/га. Осенью при последнем поливе люцерны второго года пользования нормой — 446 м3/га сток увеличился до 20,2%; смыв был несколько меньше и составил 0,9 т/га за счет повышенной шероховатости посева.
Вспашка без оборота пласта лучше контрольного варианта поглощает дождевые осадки и смыв почвы характеризуется меньшими величинами во всем сроке наблюдения. По дисковой вспашке без оборота пласта сток в размере 2% обнаруживается на второй год наблюдения при последнем поливе нормой 457 м3/га люцерны первого года пользования. На следующий год он повышается до 6,4% и обнаруживается смыв почвы до 0,2 т/га. В меньшей степени дисковая обработка отличается от контроля при первом поливе нормой 451 м /га кукурузы.
Разуплотнение почвы практически ликвидирует сток на первых трех культурах и лишь на четвертый год он начинает проявляться. На четвертом варианте с традиционной обработкой на фоне разуплотнения 60 см слоя не успевает впитываться уже 6,2 % дождевых осадков и смывается 0,3 т/га почвенных частиц. К этому времени почва уплотняется, исчезает рыхлость сложения подстилающих горизонтов и водопоглощение почвы снижается. Несколько лучшая ситуация наблюдается на пятом варианте с дисковой обработкой, на котором сток составляет только 2,2 % и едва проявляется смыв почвенных частиц.
Передвижение химических веществ с дождевыми осадками в почве и повышение коэффициента их эффективности
Поступление в почву органического вещества вместе с химмелиорантом-железным купоросом, который подается на опытные делянки с поливной водой, приводит к повышению оструктуренности с поверхности. Так, коэффициент структурности после запашки растительных остатков травосмеси улучшается на контроле до полива на 15,6%, а по сравниваемому варианту - на 30,2%. После первого полива озимой пшеницы, посеянной после запашки пожнивных остатков травосмеси, количество водопрочных агрегатов на контроле стало меньше на 33,3% по сравнению с сухим рассевом. На варианте с разуплотнением и дисковой обработкой водопрочность агрегатов снижается меньше - только на 25,4%.
После осенней запашки 324 ц/га массы сидерата на контроле коэффициент оструктуренности следующей весной стал наибольшим и повысился на 55,6%. Водопрочных агрегатов от действия дождя уменьшилось на 34,6% и, следовательно, снижение осталось примерно на одном уровне.
По сравниваемому варианту положительное действие органического вещества, запаханного дисковым плугом в количестве 365 ц/га, значительно больше и определяется при сухом рассеве прибавкой в 73,6%. Снижение количества структурных отдельностей на 22,7% от действия дождевых осадков свидетельствует о лучшей водопрочности агрегатных комочков.
В сельскохозяйственном производстве значение почвенной структуры определяется ролью, которую она играет в динамике водно-воздушного режима почвы, создавая те или иные условия для всех почвенно-биологических процессов. Большое значение в регулировании водного режима имеют агрегаты с диаметром от 0,25 до 10 мм [89, 90] От этих агрегатов зависит устойчивость сложения почвы, порозность, аэрация, водопроницаемость, что в значительной степени определяет её плодородие [94, 96].
В процессе структурообразования решающее значение имеет участие органических и минеральных коллоидов, катионов железа и кальция в процессе коагуляции [91, 95].
Структурообразование определяется многими факторами: биогенными, климатического характера, механическими обработками и другими приёмами воздействия на почву. Огромное производственное значение на орошаемых землях имеет прочность агрегатных образований, их способность противостоять размывающему действию воды [197].
При наличии хорошей структуры снижается возможность возникновения водной эрозии, полнее используется поливная вода и атмосферные осадки, предупреждается вторичное засоление и коркообразование.
Характеристика агрегатного состояния позволяет оценить влияние на структуру почвы культурных растений, их чередование в севообороте и разнообразных условий их возделывания.
Нами проводились исследования по влиянию на образование структурных агрегатов и их водопрочность количества запахиваемой растительной массы в течение ротации севооборота, возделываемой культуры, внесения минеральных удобрений и сульфата железа с поливной водой, а так же системы обработки почвы. Данные определений по светло-каштановой почве приводятся в приложении 16, а по южному чернозёму в приложении 17. Определения агрегатного состояния выполнялось в поверхностном слое 0-25 см и слое почвы методом сухого и мокрого рассева по Савинову Н.И. Образцы отбирались после уборки культуры. А по люцерне вслед за последним укосом.
По обоим подтипам почв ярко выражена более высокая оструктуренность на варианте с разуплотнением и дисковой обработке почвы по сравнению с контролем. Коэффициент структурности по всем культурам сравниваемого варианта выше, чем на контроле и в среднем по севообороту для светло-каштановой почвы (приложение 18) на 40% превышает его.
Более высокая стойкость к разрушающему воздействию воды обнаруживается на сравниваемом варианте, которая в среднем за ротацию для агрегатов 3,0 - 0,25 выше на 39% контроля. На южном чернозёме (прилож.17) в среднем за ротацию севооборота коэффициент структурности на сравниваемом варианте выше на 37,7% контроля и водостойкость агрегатов положительно отличается на 37,5%. Несомненно позитивное влияние на улучшение агрегатного состояния и повышение водопрочности, структуры наряду с разуплотнением и дисковой обработкой почвы оказывает запашка в почву большего количества растительной массы и подача с поливной водой хорошо растворимого сульфата железа. В орошаемом земледелии для поддержания плодородия почвы и обеспечения высокого и устойчивого уровня урожайности сельскохозяйственных культур важнейшим условием является применение удобрений. Одно орошение без использования удобрений не может дать полного эффекта и не позволяет максимально использовать производительную способность культурных растений. Наукой и практикой мирового сельского хозяйства убедительно доказано, что удобрения являются одним из ведущих факторов увеличения продуктивности растениеводства и снижения себестоимости производства сельскохозяйственных культур. Использование удобрений на поливных землях обеспечивает потребность растений в питательных веществах, повышает поглощение воды растениями, активизирует течение биохимических и физиологических процессов, что способствует увеличению урожая большинства возделываемых культур с одновременным улучшением качества продукции [75].
