Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Дифференцированные режимы орошения сои на темно-каштановых почвах Саратовского Заволжья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Дифференцированные режимы орошения сои на темно-каштановых почвах Саратовского Заволжья"

На правах рукописи

Завадский Игорь Сергеевич

ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЕ РЕЖИМЫ ОРОШЕНИЯ СОИ НА ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ САРАТОВСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

06.01.02. - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов - 2009

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Кравчук Алексей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Туктаров Бари Искандярович

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Ярославский Виктор Алексеевич

Ведущая организация ФГНУ «Волжский НИИ гидротехники и

мелиорации»

Защита диссертации состоится «$» а-саи ЛСС&г в ^°часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.05 при Федеральном государственном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан а. у-е I с 2009 года Ученый секретарь ——,

диссертационного совета / Н.А. Проиько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В засушливых условиях Поволжья орошение -важнейший прием сельскохозяйственного производства и способ улучшения качественного уровня жизни населения.

Однако опыт применения орошения показывает, что без правильного регулирования водного режима почв нельзя добиться высокой отдачи поливного поля и сохранения экологической обстановки мелиорированных ландшафтов. В связи с этим вопросы влияния орошения на окружающую среду и научные разработки экологически безопасных режимов воздействия на земельные и водные ресурсы в данном регионе в настоящее время остаются весьма актуальными.

Соя является одной из ценных культур сельскохозяйственного производства и весьма отзывчивой на орошение. Орошение в условиях Саратовского Заволжья этой рентабельной и перспективной культуры позволяет получать высокие и гарантированные урожаи. По результатам ряда исследователей для уменьшения инфильтрационных потерь поливной воды необходимо изменять верхний и нижний пороги влажности и слоев увлажнения по фазам развития сельскохозяйственной культуры, т.е. проводить дифференцированные режимы орошения, что не вызывает значительного уменьшения урожайности культур.

В уже разработанных режимах орошения сои для условий Саратовского Заволжья (П.Е. Губанов, К.П. Калиберда, В.Ф. Кормилицын) в качестве верхней границы оптимальной влажности почвы служит наименьшая влаго-емкость. Необходимо проверить влияние снижения значения верхнего порога увлажнения в некритические фазы водопотребления сои на величину инфильтрационных потерь оросительной воды и благоприятную мелиоративную обстановку орошаемого поля.

Цель и задачи исследований.

Цель исследований - разработка дифференцированных режимов орошения сои в соответствии с ее биологическими особенностями при обеспечении максимальной эффективности использования оросительной воды, минимальных инфильтрационных потерь и обеспечении высоких урожаев.

Для достижения намеченной цели решались следующие задачи:

- определить влияние различных уровней водообеспеченности посевов на суммарное водопотребление и урожайность сои;

- определить величину инфильтрации за пределы корнеобитаемой зоны при различных поливных режимах сои;

- обосновать значение верхнего и нижнего порога влажности и глубины увлажняемого слоя почвы в сочетании с фазами развития культуры;

- уточнить методику оперативного расчета поливной нормы для почв Саратовского Заволжья;

- изучить влияние гранулометрического состава почвы на влагопровод-ность почвы с учетом основной гидрофизической характеристики;

- дать оценку энергетической эффективности разработанных режимов орошения сои.

Практическая значимость работы определяется разработкой и практической реализацией на орошаемых темно-каштановых среднесуглинистых почвах Саратовского Заволжья дифференцированного режима орошения (70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ, способствующего получению в среднем 2,48 т/га зерна сои при уменьшении величины инфильтрации поливной воды до 0,91,5% от величины суммарного водопотребления, что сохраняет благоприятное мелиоративное состояние орошаемого поля. Экономия оросительной воды при реализации данного режима орошения составляет 22%.

Научная новизна.

- разработаны дифференцированные режимы орошения при изменении верхних и нижних границ влажности расчетного слоя почвы и величины этого слоя по фазам развития культуры, способствующие получению гарантированных урожаев, сохранению почвенного плодородия и мелиоративного состояния орошаемых земель

- уточнена методика оперативного расчета величины поливных норм для почв Саратовского Заволжья;

- предложен графоаналитический способ определения поливной нормы с целью уменьшения величины инфильтрации поливной воды за пределы расчетного слоя при снижении верхних и нижних границ влажности почвы;

- установлено влияние гранулометрического состава почвы на влажность почвы и основную гидрофизическую характеристику.

Основные положения, выносимые на защиту:

- дифференцированные режимы орошения сои на зерно;

- влияние дифференцированного водообеспечения на суммарное водопо-требление, динамику водного баланса и урожайность сои;

- уточненная методика оперативного расчета величины поливной нормы для условий Саратовского Заволжья;

- зависимость влажности почвы и основной гидрофизической характеристики от гранулометрического состава;

Реализация результатов исследований.

Разработанный дифференцированный режим орошения сои (70-90)...(80-100)...(70-90)% HB был внедрен в 2007 г. в ЗАО «Вита-92» (Энгельс-ский район Саратовской области) на площади 320 га и в ИП Глава ФХ Лукьянов H.H. (Энгельсский район Саратовской области) на площади 350 га. Годовой экономический эффект составил 1,18 тыс. руб./га.

Апробация работы. Основные материалы и результаты исследований были доложены на Всероссийских научно-практических конференциях, посвященных 117, 118 и 119 годовщинам со дня рождения Н.И. Вавилова (Саратов, 2004, 2005, 2006), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (Саратов, 2006, 2007, 2008).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложений. Содержание работа изложено на 143 страницах, в том числе основного текста 105 страниц. Работа содержит 28 рисунков, 18 таблиц. Список литературных источников включает 169 наименований, в том числе 6 иностранных авторов.

Личный вклад автора в решение проблемы. Постановка проблемы и задач исследований, теоретический анализ и экспериментальная апробация, выводы и предложения производству осуществлены автором. Личная доля автора в проведении исследований, результаты которых вынесены на защиту, составляет не менее 90%.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Условия, схема опыта и методика исследований

Экспериментальные полевые работы проводились в 2005-2007 гг. на полях ЗАО «Вита-92» Энгельсского района Саратовской области. Рассматриваемая территория относится к зоне недостаточного увлажнения. По метеорологическим показателям годы исследований характеризуются как: 2005 -засушливый (ГТК = 0,31), 2006 - средний (ГТК = 0,39), 2007 - влажный (ГТК = 0,5).

Почвы опытного участка представлены темно-каштановыми почвами средней мощности. Содержание гумуса 3,2%. По гранулометрическому составу почвы представлены средними суглинками. Средняя плотность составляла 1,38 т/м3, и наименьшая влагоемкость в метровой толще 22,53 %. Плотность твердой фазы - 2,72 т/м3 в метровом слое.

Схема постановки опыта была разработана, исходя из целей и задач исследований.

Исследования проводились по трем дифференцированным вариантам поливного режима (табл. 1).

Таблица 1 - Варианты режимов увлажнения.

Вари ант Период развития Расчетный слой, м Верхняя граница влажности, % от НВ Нижняя граница влажности, % от НВ

сев - начало цветения 0,4 90 70

I начало цветения - молочная спелость 0,6 100 80

молочная спелость - полная спелость 0,6 90 70

сев - начало цветения 0,4 90 70

II начало цветения - молочная спелость 0,6 100 70

молочная спелость - полная спелость 0,6 90 70

сев - начало цветения 0,4 100 70

III начало цветения - молочная спелость 0,6 100 80

молочная спелость - полная спелость 0,6 100 70

Применен систематический метод размещения вариантов по делянкам. Каждый из вариантов опыта был представлен учетными делянками прямо-

угольной формы площадью 100 м2 в четырехкратной повторности. Полив осуществлялся дождевальной машиной ДМ-394-80 «Фрегат».

Отбор почвенных образцов проводился в соответствии с общепринятыми методиками и нормативами: ГОСТ 17.4.3.01-83. Гранулометрический состав определялся ареометрическим методом (ГОСТ 12356-79), плотность скелета почвы - методом H.A. Качинского (ГОСТ 23161), влажность - весовым методом (ГОСТ 28268-89), наименьшая влагоемкость - методом залива площадок по С.И. Долгову. Поливная норма учитывалась дождемерами и рассчитывалась по формуле А.Н. Костякова. Величина инфильтрации определялась тензиомстрическим методом. Использовались ртутные тензиометры с керамическими датчиками конструкции А.Е. Касьянова (МГМИ), установленные на глубине 0,5 м. и 0,7 м.

Капиллярный напор рассчитывался по формуле (Р.Дж. Хенкса, Дж. J1. Ашкрофта):

V = -12,6/2 + Z, (1)

где А- высота ртутного столба, м; Z, - расстояние от поверхности ртути (поверхности земли) до центра датчика, м.

Фенологические наблюдения проводились в соответствии с требованиями методики полевого опыта в условиях орошения (ВНИИОЗ, 1983 г.).

Учет урожайности проводился методом сплошной уборки учетных площадок жаткой соевой ЖС-5. Данные по урожайности подвергались статистической обработке (Б. А. Доспехов, 1985 г.). Урожай сои приводился к стандартной 14%-ой влажности:

Суммарное водопотребление сои определяли методом водного баланса по А.Н. Костякову (1960).

Экономическая эффективность вариантов орошения определялась путем сравнения затрат на оросительную воду.

Для расчета энергетических затрат и энергетической эффективности различных режимов орошения сои на зерно использовалась «Методика ресурсно-экологической оценки эффективности земледелия на биоэнергетической основе» (Володин В.М. и др. 1999 г.).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Суммарное водопотребление, его структура и продуктивность сои.

По каждому варианту режима орошения нами были определены элементы водного баланса за все годы исследований (рис. 1).

Основной частью в структуре суммарного водопотребления сои является оросительная норма. За годы исследований ее величина изменялась от 67,2 % до 89,0 % от суммарного водопотребления. Варьирование величины оросительной нормы в основном зависело от метеорологических условий I расчетного года. Так, например, в засушливый 2005 г. величина оросительной нормы достигала 3700 м3/га, а во влажный 2007 г. не превышала 3120 м3/га.

мм

2005г. 2006г. 2007г.

Атм, осадки, мм 73 73 73 88 88 88 135 135 135

Оросит, норма, мм 285 322 370 298 316 370 273 290 322

Ней. влагозапасы. мм 19 16 24 37 32 39 2 4 9

Инфильтрация, мм -5.5 -18.0 -51.4 -5.4 -15.7 -51,1 -3,6 -12J -42.1

Атмосферные осадки ^ 4 Оросительная норма ЕЗ Пса влагочапасы ЯВ Инфильтрация Рис. 1. Структура суммарного водопотребления режимов орошения сои.

Недостаток влаги в расчетном слое почвы восполнялся за счет вегетационных поливов, сроки которых определялись по результатам воднобалан-совых исследований при снижении влагозапасов до нижнего порога влажности. Поливной режим сои по годам исследований и фазам развития культуры приведен в таблице 2.

Потери на инфильтрацию за пределы корнеобитаемой зоны сои за все годы исследований приведены на рис. 2.

Таблица 2 - Поливной режим сои по годам исследований.

Вариант Оросительная норма, м3/га Преполивная влаж- Средневзве-ленная полив- Число

ность, % от HB ная норма, поливов

м3/га

2005 год

(70-90)...(80-100) ...(70-90)% HB 68 71 263 2

2850 78 77 81 80 77 388 5

69 384 ' 1

(70-90)...(70-100) ...(70-90)% HB 69 72 259 2

3220 68 67 70 72 581 4

68 378 1

(70-100)...(80-100) ...(70-100)% HB 71 68 387 2

3700 77 79 76 82 78 79 391 6

68 580 1

2006 год

(70-90)...(80-100) ...(70-90)% HB 68 71 68 67 259 4

2980 79 77 81 80 392 4

70 376 1

(70-90)...(70-100) ...(70-90)% HB 69 67 67 68 260 4

3160 67 72 66 67 579 3

68 383 1

(70-100)...(80-100) ...(70-100)% HB 68 71 66 67 392 4

3700 77 79 76 81 387 4

67 584 1

2007 год

(70-90)...(80-100) ...(70-90)% HB 69 66 72 260 л J

2730 81 80 77 79 77 390 5

380 -

(70-90)...(70-100) ...(70-90)% HB 71 68 67 257 3

2900 66 70 68 583 3

68 380 1

(70-100)...(80-100) ...(70-100)% HB 69 67 393 2

3120 79 77 77 81 78 76 389 6

580 -

ШЩ1 Суммарное водопотребпенне ВЯ Ннфнпьтрацпя

Рис. 2. Потери поливной воды на инфильтрацию за годы исследований.

5000 м3/га 4000 3000 2000 1 ООО О

Потерн от ЕТ. "А

Сум. водопотр.

Инфильтрация

Для нахождения величины инфильтрации за пределы расчетного слоя почвы мы использовали результаты тензиометрических исследований. Потери оросительной воды на инфильтрацию за пределы корнеобитаемой зоны растений, в среднем за годы исследований, в зависимости от варианта увлажнения составили от 0,9 % до 12,4 % от величины суммарного водопо-требления. Причем во все годы исследований инфильтрационные потери на варианте увлажнения (70-100)...(80-100) ...(70-100)% НВ были больше, чем на варианте (70-90)...(80-100) ...(70-90)% НВ, что говорит о более отрицательном влиянии на мелиоративное состояние поддерживаемой влажности этого варианта.

Урожайность за годы исследований и коэффициент водопотребления культуры зерна в м3/т (при 14-ти % влажности) представлены в таблицах 3 и 4.

Урожайность зерна сои по годам исследований варьировала в зависимости от обеспеченности осадками и тепла вегетационного периода. Максимальная урожайность зерна за годы исследований отмечена на варианте (70-100)...(80-100)...(70-100)% НВ. В 2005 г. максимальный коэффициент водопотребления был на варианте (70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ и достиг 1681 м3/т, минимальный коэффициент водопотребления был на варианте увлажнения (70-90)...(70-100)...(70-90)% НВ - 1523 м3/т. В 2006 г. продуктивность использования влаги несколько ниже, чем в 2005 г. Коэффициент водопотребления изменялся в зависимости от варианта от 1593 м7т до 1713 м7т. Более эффективно использовала влагу исследуемая культура в 2007 г. В этот год

коэффициент водопотребления изменялся по вариантам опыта от 1371 м3/т до 1461 м3/т. Максимальное значение этого параметра было отмечено в 2006 г. на варианте (70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ.

Таблица 3 - Структура урожая сои в зависимости от предполивной влажности в расчетном слое

Варианты опьгга Масса 1000 семян (влажность зерна 14%), гр. Количество бобов на одном растении, шт. Высота главного стебля, см. Урожайность зерна сои, т/га. НСР05 т/га.

2005 г.

(70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ 142,2 27,4 82-85 2,21 0,040

(70-90)... (70-100)...(70-90)% НВ 146,5 25,1 81-84 2,58

(70-100)...(80-100)...(70-100)% НВ 149,3 23,7 76-81 2,64

2006 г.

(70-90). ..(80-100)...(70-90)% НВ 152,6 32,1 83-87 2,44 0,037

(70-90)...(70-100)... (70-90)% НВ 155,2 30,5 80-82 2,63

(70-100)...(80-Ю0)...(70-100)% НВ 159,8 28,2 75-82 2,80

2007 г.

(70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ 168,3 36,2 85-91 2,79 0,045

(70-90)...(70-100)...(70-90)% НВ 172,6 35,4 84-88 2,85

(70-100)...(80-100)...(70-100)% НВ 175,4 31,8 80-86 3,02

В среднем за 2005 - 2007 гг.

(70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ 154,4 31,9 83-88 2,48 0,041

(70-90)...(70-100)...(70-90)% НВ 158,1 30,3 82-85 2,69

(70-100)...(80-100)...(70-100)% НВ 161,5 27,9 77-83 2,82

Таблица 4 - Коэффициент водопотребления сои.

Параметры Варианты увлажнения

(70-90)...(80- ■ 100)... (70-90)% HB (70-90)...(70-100)..(70-90)% HB (70-100)...(80-100)...(70-100)% HB

Водопотребление, м /га 3715 3930 4156

Урожайность, т/га 2,21 2,58 2,64

Коэффициент водопотребления, м3/т • 1681 1523 1574

Водопотребление, м /га 4180 4203 4459

Урожайность, т/га 2,44 2,63 2,80

Коэффициент водопотребления, м3/т 1713 1598 1593

Водопотребление, м /га 4064 4163 4139

Урожайность, т/га 2,79 2,85 3,02

Коэффициент водопотребления, м3/т 1457 1461 1371

Расчет поливной нормы в условиях Саратовского Заволжья.

Обсуждая вопрос о зависимости величины наименьшей влагоемкости от сложения почвы, A.A. Роде упоминает об уравнении равновесия влаги Тюремнова, которое заключается в том, что произведение, величины плотности сложения почвы (г) на величину наименьшей влажности (©¿г), вычисленное для отдельных горизонтов одной и той же почвы, является величиной постоянной для всего почвенного профиля при условии его однородности по гранулометрическому составу, т.е.

га>р = К- const (2)

Преобразуем зависимость поливной нормы А.Н. Костякова: т„, = lOO h^rfcü^-cüa) ~ 100hv.r (cüß-b(üfe) =

I00h„-ra>ß (J-b) = lOOKKc (3)

где h ,„ - величина расчетного слоя почвы, м; г - плотность сложения почвы, т/м3; со je - влажность почвы соответствующая наименьшей влагоемкости, % к массе; <асг - влажность, соответствующая нижнему порогу влажности и равная Ь а>ус, % к массе; b - доля от Wß, в зависимости от гранулометрического состава почвы; (1-Ь) = с.

Произведение г -шд. = К есть ни что иное, как средняя наименьшая влажность почвы в слое И ,„ в % от объема.

Как видим из уравнения (3) величина поливной нормы в основном будет зависеть от увлажняемого слоя (h „), величины «А"» и разницы «с» между наименьшей влагоемкостью почвы и ее долей, соответствующей нижнему порогу влажности.

Рассуждая о содержании влаги в поровом пространстве, Б.Н.Мичурин поясняет смысл уравнения Тюремнова и объясняет, почему произведение г -а)/с = const, и часто бывает близким к 30%. Влажность, соответствующая нижнему порогу влажности принимается равной ВРК (влажность разрыва капилляров), которая на основании многочисленных исследований и рекомендаций в среднем составляет 2/3 наименьшей влагоемкости (0,7 НВ).

На основании вышеизложенных рассуждений для b = 0,7-со/с мы получаем величину поливной нормы:

Параметр (/? = 100 К с) включает в себя гидрофизические свойства почвы, подвижность влаги в ней и доступность для растений.

По анализу материала различных по гранулометрическому составу почв Саратовского Заволжья мы установили области значения /? от величины с - разницы влажности наименьшей влагоемкости и нижнего порога при условии УГВ>3,0 м. (рис. 3).

тп,= 100h„K-c~ 100 h„, 30-0,3 = 900 hw, т.е. тт- Phw

(4)

пттп«««

ibitu Ysj/j ягвп/глгиакк

?

юо зоо sc 7Ш 9в> tw ия wo rrn m

Рис. 3. Области изменения параметра /? в зависимости от гранулометрического состава почвы.

Среднее значение параметра /? от «с» и гранулометрического состава почвы представлено в таблице 5.

Таблица 5 - Средние значения параметра /? для почв Саратовского Заволжья.

с=(шА- СОсг) Тип почвы

легкосуглини- среднесуглини- тяжелосуглини- глинистая

стая стая стая

0,1 240 295 345 410

0,15 365 440 515 620

0,2 485 585 685 825

0,25 . 600 725 850 1030

0,3. 725 ' 870 1015 . 1230

0,35 800 970 1190 1440

0,4 960 1150 1340 1640

Также в диссертационной работе представлена карта распределения параметра /? в виде областей значений по территории Саратовского Заволжья в зависимости от гранулометрического состава почв. Наибольшие значения параметра (Р = 1200 - 1350) наблюдаются на территории Пугачевского и Дергачевского районов. На юге, юго-востоке и северо-востоке значения варьируются от 950 до 1200. Почвы севера, запада и юго-запада Саратовского Заволжья (Духовницкий, Балаковский, Марксовский, Энгельсский и Ро-венский районы) имеют значения ¡3 = 630 - 950.

Графоаналитический способ определения поливной нормы.

В зависимости А.Н. Костякова определения величины поливной нормы используются осредненные величины наименьшей влагоемкости, нижнего порога влажности и плотности сложения почвы. Их средние значения зависят от послойных величин. Используя эти определения, и наложив величину поливной нормы (графически величина поливной нормы будет равна площади прямоугольника, т.е. произведению разности наименьшей влагоемкости и предполивной влажности (% от объема) на глубину увлажнения (рис. 4)) на фактические кривые послойного значения наименьшей влагоемкости и влажности разрыва капилляров (ВРК). Из рисунка видно, что данный объем воды не может долго находиться в подвешенном состоянии, т.к. ниже расчетного слоя влажность меньше (при условии УГВ>3,0 м).

влажность, % ат объема 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

ПОрОГ влажности, 70%

верхний порог влажности, 100%

НВ

[/ /\ поливная норма

Рис 4. Графическое изображение поливной нормы и границ влажности.

Для уменьшения величины инфильтрации необходимо на границе расчетного слоя разорвать связность капилляров снизить влажность до ВРК (прямая АВ на рис. 5), тем самым значительно сократив инфильтрацию поливной воды. Это достигается это снижением границ верхнего и нижнего порога влажности, т.е. смещением прямоугольника (величины поливной нормы) влево. Площадь треугольника ABC будет величиной инфильтрации.

Графическое решение этой задачи при известной средней величине инфильтрации 10% от поливной нормы т„, для исследуемого региона: величина поливной нормы:

влажность, % от объема 18 20 22 24 26 28 30..32, 34 36

—— начальные границы поливной нормы — — планируемые границы поливной кормы величина сдвига поливной нормы

Рис 5. Изменение верхнего и нижнего порога влажности поливной нормы при величине инфильтрации 10%.

т„, = 100Ик:г(со£-соа) =60 (31,98-22,39) =575,4м3/га (5)

инфильтрация:

<7 = тп,-0,1=57,5 м3/га (6)

Величину инфильтрации (площадь ДАВС) представляем в виде прямоугольника ОСКМ, на величину которого снижаем значения порогов влажности. В этом случае границы понизится до 0,97 щ и 0,67 су№

Влияние гранулометрического состава на влагопроводность почвы с учетом основной гидрофизической характеристики.

Для проведения эксперимента в лабораторных условиях нами были отобраны послойно двадцать почвенных образцов каяедый мощностью 0,1 м. Образцы были заключены в алюминиевые цилиндры. К каждому образцу был подключен ртутный тензиометр с керамическим датчиком конструкции А.Е. Касьянова (МГМИ). Тензиометрический метод дает количественную оценку энергетического состояния влаги в почве с помощью энергетической функции давления почвенной влаги от влажности почвы. С помощью тен-зиометров, установленных в образцах, определялось давление почвенной влаги.

Вес образцов при иссушении измерялся постоянно при повышении высоты ртутного столба на 10 мм. При увлажнении образцов вес измерялся при стабилизации уровня ртутного столба. При этом при увлажнении почва образца изолировалась для предотвращения испарения с ее поверхности.

На рис. 6, 7 приведены графические выражения зависимости между давлением почвенной влаги и влажностью для образцов из слоев 0-0,1 м и 0,5-0,6 м. Форма и положение этой зависимости характеризуются гистерезисом. Обращает на себя внимание тот факт, что петли состоят из двух ветвей — верхней и нижней, довольно сильно расходящихся между собой. Площадь гистерезисной петли характеризует собой количество энергии, необратимо теряемой в процессе иссушения. Эта петля свидетельствует о том, что функция зависимости давления почвенной влаги от влажности почвы является неоднозначной. В наших исследованиях наибольшую площадь гистерезисной петли имеет образец из слоя 0-0,1 м, а наименьшую - из слоя 0,5-0,6 м.

При сравнении гранулометрического состава видно, что у образца слоя 0-0,1 м, количество частиц размером менее 0,01мм составляет 34,28%, а у образца слоя 0,5-0,6 - 50,96%. Это процентное содержание относит слой 0-0,1' м. к средним суглинкам, а слой 0,5-0,6 м - к тяжелым. Таким образом, более тяжелые почвы теряют меньшее количество энергии при иссушении.

Влажность почвы, % НВ

иссушение

Рис. 6. Гистерезис ОГХ в почвенном слое 0-0,1 м. Влажность почвы, % НВ

иссушение

Рис. 7. Гистерезис ОГХ в почвенном слое 0,5 - 0,6 м. В наших исследованиях была выявлена и построена зависимость коэффициента влагопроводности от давления почвенной влаги и содержания почвенных частиц размером менее 0,01 мм (рис. 8).

Коэффициент

влагопровод-

иости К, м/сут

^ 7,07е-4

Ш 0,002 И 0,004 ЕЭ о.ооб ■ ¡23 0,008 КЗ 0,01 га 0,011

ИЗ 0013 ЕЭ 0,015 ЕП! 0,017 Ш акоте

Давление почвенной влаги Р, атм.

Рис. 8. Зависимость коэффициента влагопроводности от давления почвенной влаги и гранулометрического состава.

Из рисунка видно, что в более легких почвах при равном значении давления почвенной влаги коэффициент влагопроводности выше, чем в тяжелых почвах. В работе предложены уравнения для определения коэффициента влагопроводности при содержании почвенных частиц размером менее 0,01 мм 35%, 40%, 45%, 50%.

К=0,053+0,042*Р-0,001 *С+0,017*Р2-0,0001941 *Р*С+0,00001403*в2 (7)

К35 = 0,017*Р2 + 0,035207*Р + 0,035187;

К,0 = 0,017*Р2 + 0,034236*Р + 0,035448;

К45 = 0,017*Р2 + 0,033266*Р + 0,036411;

К50 = 0,017*Р2 + 0,032295*Р + 0,038075.

Использование предложенной зависимости (7) позволяет провести расчет коэффициента влагопроводности при заданной величине содержания почвенных частиц размером менее 0,01 мм

Энергетическая эффективность режимов увлажнения сои.

Дифференцированный режим орошения (70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ более энергетически эффективен. Это связано с более эффективным использованием оросительной воды на этом варианте, меньшими затратами труда на выполнение агротехнических приемов и производство поливов. Энергетические затраты на 1 тонну урожая в среднем за 3 года составили

4974 МДж, накопление обменной энергии в урожае - 23312 МДж/га. Средний коэффициент энергетической эффективности составил 1,89.

Годовой экономический эффект составил 1,18 тыс. руб./га.

ВЫВОДЫ.

1. Максимальный уровень суммарного водопотребления 4251 м3/га и урожайность зерна сои 2,82 т/га характерен для режима орошения с поддержанием границ влажности: в фазу посев - начало цветения (70-100) %НВ, расчетный слой 0,4 м; в фазу начало цветения - молочная спелость (80-100) %НВ, расчетный слой 0,6 м; в фазу молочная спелость - полная спелость (70100) %НВ, расчетный слой - 0,6 м. Вариант увлажнения с поддержанием границ влажности: в фазу посев - начало цветения (70-90) %НВ, расчетный слой 0,4 м; в фазу начало цветения - молочная спелость (80-100) %НВ, расчетный слой 0,6 м; в фазу молочная спелость - полная спелость (70-90) %НВ, расчетный слой - 0,6 позволяет, снизив непроизводительные потери поливной воды на инфильтрацию и ущерб от повышения УГВ, получать урожайность зерна сои ниже лишь на 12% - 2,48 т/га.

2. Объем инфильтрационных потерь поливной воды за пределы расчетного слоя зависит от режима орошения. Максимальный объем инфильтрацион-ного стока поливной воды за вегетационный период в сумме за три года наблюдался на варианте увлажнения ((70-100)...(80-100)...(70-100) %НВ ) и составил 1446 м3/га. Вариант увлажнения с поддержанием границ влажности: в фазу посев - начало цветения (70-90) %НВ, расчетный слой 0,4 м; в фазу начало цветения - молочная спелость (80-100) %НВ, расчетный слой 0,6 м; в фазу молочная спелость - полная спелость (70-90) %НВ, расчетный слой 0,6 м. позволяет снизить потери поливной воды на инфильтрацию за пределы расчетного слоя почвы по вариантам опыта в среднем за три года с 13,7% до 1,3% от суммарного водопотребления культуры.

3. Снижение значения верхнего порога влажности в фазы развития сои посев - начало цветения и молочная спелость - полная спелость до 90 % НВ, а также дифференциация расчетного слоя почвы 0,4 - 0,6 м. обуславливает экономию оросительной воды до 22%, эффективность использования культурой почвенных влагозапасов, способствует сохранению благоприятной мелиоративной обстановки орошаемого поля.

4. Для оперативного расчета поливной нормы по формуле т„,~ /? /гпроизведено уточнение областей изменения параметра /? в зависимости от гранулометрического состава почвы для почв Саратовского Заволжья.

т„, = (I ПО... 1350) /г„, - для глинистых;

т„, = (920. ..1110) /г„ - для тяжелосуглинистых;

т„, - (820.. .920) Л„, - для среднесуглинистых;

т,„ = (630.. .820) К - для легкосуглинистых почв, м3/га.

5. Зависимость водно-физических констант от гранулометрического состава почвы К = 0,053 + 0,042 * Р - 0,001 * в + 0,017 * Р2 - 0,0001941 * Р * С + 0,00001403 * в2 позволяет регулировать влажность выбранного слоя активной работы корневой системы культуры, используя значения давления почвенной влаги.

6. Экономически выгодным по минимуму приведенных затрат является режим увлажнения (70-90)...(80-100)...(70-90) %НВ и изменение расчетного слоя с 0,4 м в первый период до 0,6 м в последующие периоды. Максимальный коэффициент энергетической эффективности наблюдался на этом варианте в 2007 году и составил 1,91.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. На темно-каштановых почвах Саратовского Заволжья для получения урожая сои на зерно в среднем 2,48 т/га рекомендуется режим орошения с поддержанием границ влажности: в фазу посев - начало цветения (70-90) %НВ, расчетный слой 0,4 м; в фазу начало цветения - молочная спелость (80100) %НВ, расчетный слой 0,6 м; в фазу молочная спелость - полная спелость (70-90) %НВ, расчетный слой 0,6 м.

2. Для оперативного расчета величины поливной нормы на почвах Саратовского Заволжья агрономам и гидротехникам хозяйств при 30% - ной разности пределов регулирования влажности расчетного слоя почвы /г„, и глубине залегания грунтовых вод более трех метров рекомендуется пользоваться выражениями:

т„, = (1110... 1350) - для глинистых;

т„, = (920... 1110) - для тяжелосуглинистых;

т„, = (820.. .920) /гн- ~ для среднесуглинистых;

«„, = (630...820)/г,,,-для легкосуглинистых почв, м3/га.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Кравчук, A.B. Дифференцированные поливные нормы кормовых культур на темно-каштановых почвах Заволжья / A.B. Кравчук, И .С. Завадский // Вестник Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И.Вавилова - Саратов, 2007. - №2 - С. 35-37.

В научных изданиях:

2. Кравчук, A.B. Оперативный расчет поливной нормы / A.B. Кравчук, Й.С. Завадский // Всерос. науч. практич. конф. «Вавиловские чтения». - Саратов: СГАУ им. Н.И. Вавилова. - 2006. С. 42-45.

3. Кравчук, A.B. Поливные нормы для сои Саратовского Заволжья / A.B. Кравчук, И.С. Завадский // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс] - Краснодар, 2007. - №2 (26).

4. Кравчук, A.B. Водно-балансовые исследования на посевах сои /A.B. Кравчук, И.С. Завадский // Системные исследования природно-техногенных комплексов Нижнего Поволжья: сб. науч. тр., вып 2. - Саратов: ООО Издательский центр «Наука», 2007. - С. 83-85.

5. Завадский, И.С. Суммарное водопотребление сои / И.С. Завадский // Системные исследования природно-техногенных комплексов Нижнего Поволжья: сб. науч. тр., вып 2. - Саратов: ООО Издательский центр «Наука», 2007. - С. 86-88.

6. Завадский, И.С. Влияние механического состава на поливные нормы Саратовского Заволжья / И.С. Завадский // Проблемы научного обеспечения сельскохозяйственного производства и образования: сб. науч. тр. - Саратов: ООО Издательский центр «Наука», 2008. - С. 63-65.

7. Завадский, И.С. Зависимость водно-физических констант от гранулометрического состава / И.С. Завадский // Проблемы научного обеспечения сельскохозяйственного производства и образования: сб. науч. тр. - Саратов: ООО Издательский центр «Наука», 2008. - С. 66-67.

Подписано в печать 06.04.2009 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать RISO. Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 068.

Отпечатано с готового оригинал-макета Центр полиграфических и копировальных услуг Предприниматель Серман Ю.Б. Свидетельство № 3117 410600, Саратов, ул. Московская, д. 152, офис 19, тел. 26-18-19, 51-16-28

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Завадский, Игорь Сергеевич

Введение

1. Состояние вопроса

1.1 Ботанико-биологические особенности и история сои

1.2 Опыт изучения дифференцированных режимов орошения сои

2. Условия, схема опыта и методика исследований

2.1 Климат района исследований

2.2 Почвенно-мелиоративные условия

2.3 Метеорологические условия периода исследований

2.4 Схема, варианты и методика проведения исследований

2.4.1 Определение водопотребления сои по методу водного баланса

3. Суммарное водопотребление, режим орошения и ^ продуктивность сои

3.1 Режим орошения сои

3.2 Динамика влагозапасов под посевами сои. Ин-фильтрационные потери поливной воды за пределы расчетного слоя почвы

3.3 Суммарное водопотребление сои

3.4 Урожайность и коэффициент водопотребления ^ сои

4. Обоснование оперативного расчета величин поливной нормы и влияние гранулометрического со- 74 става почвы на ее влажность

4.1 Расчет поливной нормы в условиях Саратовского Заволжья

4.2 Графоаналитический способ определения поливной нормы

4.3 Влияние гранулометрического состава на вла-гопроводность почвы с учетом ОГХ

5. Энергетическая эффективность режимов увлажне- ^ ния сои

Выводы

Предложения производству

Список используемых литературных источников

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Дифференцированные режимы орошения сои на темно-каштановых почвах Саратовского Заволжья"

Актуальность исследований. В засушливых условиях Поволжья орошение - важнейший прием сельскохозяйственного производства и способ улучшения качественного уровня жизни населения.

Однако опыт применения орошения показывает, что без правильного регулирования водного режима почв нельзя добиться

I 1 » высокой отдачи поливного поля и сохранения экологической обстановки мелиорированных ландшафтов. В связи с этим вопросы влияния орошения на окружающую среду и научные разработки экологически безопасных режимов воздействия на земельные и водные ресурсы в данном регионе в настоящее время остаются весьма актуальными.

Соя является одной из ценных культур сельскохозяйственного производства и весьма отзывчивой на орошение. Орошение в условиях Саратовского Заволжья этой рентабельной и перспективной культуры позволяет получать высокие и гарантированные урожаи. По результатам ряда исследователей для уменьшения ин-фильтрационных потерь поливной воды необходимо изменять верхний и нижний пороги влажности и слоев увлажнения по фазам развития сельскохозяйственной культуры, т.е. проводить дифференцированные режимы орошения, что не вызывает значительного уменьшения урожайности культур.

В уже разработанных режимах орошения сои для условий Саратовского Заволжья (П.Е. Губанов, К.П. Калиберда, В.Ф. Корми-лицын, C.B. Затинацкий) в качестве верхней границы оптимальной влажности почвы служит наименьшая влагоемкость. Необходимо проверить влияние снижения значения верхнего порога увлажнения в некритические фазы водопотребления сои на величину инфильтрационных потерь оросительной воды и благоприятную мелиоративную обстановку орошаемого поля.

Цель и задачи исследований.

Цель исследований - разработка дифференцированных режимов орошения сои в соответствии с ее биологическими особенностями при обеспечении максимальной эффективности использования оросительной воды, минимальных инфильтрационных потерь и обеспечении высоких урожаев.

Для достижения намеченной цели решались следующие задачи:

- определить влияние различных уровней водообеспеченности посевов на суммарное водопотребление и урожайность сои;

- определить величину инфильтрации за пределы корнеобитаемой зоны при различных поливных режимах сои;

- обосновать значение верхнего и нижнего порога влажности и глубины увлажняемого слоя почвы в сочетании с фазами развития культуры;

- уточнить методику оперативного расчета поливной нормы для почв Саратовского Заволжья;

- изучить влияние гранулометрического состава почвы на влагопро-водность почвы с учетом основной гидрофизической характеристики;

- дать оценку энергетической эффективности разработанных режимов орошения сои.

Объект, исследования - орошаемая соя на зерно, темно-каштановые почвы Саратовского Заволжья.

Практическая значимость работы определяется разработкой и практической реализацией на орошаемых темно-каштановых среднесуглинистых почвах Саратовского Заволжья дифференцированного режима орошения (70-90).(80-100).(70-90)% НВ, способствующего получению в среднем 2,48 т/га зерна сои при уменьшении величины инфильтрации поливной воды до 0,9-1,5% от величины суммарного водопотребления, что сохраняет благоприятное мелиоративное состояние орошаемого поля. Экономия оросительной воды при реализации данного режима орошения составляет 22%.

Научная новизна.

- разработаны дифференцированные режимы орошения при изменении верхних и нижних границ влажности расчетного слоя почвы и величины этого слоя по фазам развития культуры, способствующие получению гарантированных урожаев, сохранению почвенного плодородия и мелиоративного состояния орошаемых земель

- уточнена методика оперативного расчета величины поливных норм для почв Саратовского Заволжья;

- предложен графоаналитический способ определения поливной нормы с целью уменьшения величины инфильтрации поливной воды за пределы расчетного слоя при снижении верхних и нижних границ влажности почвы;

- установлено влияние гранулометрического состава почвы на влажность почвы и основную гидрофизическую характеристику.

Основные положения, выносимые на защиту:

- дифференцированные режимы орошения сои на зерно;

- влияние дифференцированного водообеспечения на суммарное водопотребление, динамику водного баланса и урожайность сои;

- уточненная методика оперативного расчета величины поливной нормы для условий Саратовского Заволжья;

- зависимость влажности почвы и основной гидрофизической характеристики от гранулометрического состава;

Реализация результатов исследований.

Разработанный дифференцированный режим орошения сои (70-90).(80-100).(70-90)% HB был внедрен в 2007 г. в ЗАО «Ви-та-92» (Энгельсский район Саратовской области) на площади 320 га и в ИП Глава КФХ Лукьянов H.H. (Энгельсский район Саратовской области) на площади 350 га. Годовой экономический эффект составил 1,18 тыс. руб./га.

Апробация работы. Основные материалы и результаты исследований были доложены на Всероссийских научно-практических конференциях, посвященных 117, 118 и 119 годовщинам со дня рождения Н.И. Вавилова (Саратов, 2004, 2005, 20 06), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (Саратов, 2006, 2007, 2008).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и предложений производству. Работа изложена на 105 страницах основного текста, содержит 28 рисунков, 18 таблиц, а также 22 приложения. Список литературных источников включает 169 наименований, в том числе 6 иностранных авторов.