Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Движение почвенной влаги, водный баланс и продуктивность овощных культур при орошении дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Движение почвенной влаги, водный баланс и продуктивность овощных культур при орошении дерново-подзолистой почвы"

1М О V И

15 ! и' '

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

СЛАВИНА Наталья Владиславовна

ДВИЖЕНИЕ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ, ВОДНЫЙ БАЛАНС И ПРОДУКТИВНОСТЬ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР ПРИ ОРОШЕНИИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Специальность 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1994

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор И. И. Судницын

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук Н. А. Муромцев кандидат биологических наук М. Е. Гинзбург

Ведущее учреждение: Институт водных проблем РАН

в 15 час. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании специализированного Совета по почвоведению К 053.05.16. в МГУ им. М.В. Ломоносова.

Адрес 119899, Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного Совета, а отзывы на автореферат в двух экземплярах просим направить по адресу: 119899, Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый Совет.

Защита состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета

Г. В. Мотузова

Актуальность. Какая часть Нечерноземной зоны России откосится к зоне достаточного увлажнения. Однако распределение осадков в теплый период имеет неравномерный характер. В связи с тем, что вероятность летних засух особенно велика в мае - ше, когда растения наиболее нуждаются во влаге, орошение малыш поливными нормами в этот период оказывается эффективным даже в средние по увлажнению годы. В сухие годы полив эффективен в течение всего теплого периода. Отсутствие достаточного опыта орошения в гумидных областях приводит к низкой эффективности мелиорируемых объектов. Простое перенесение в эти условия опыта ирригации аридных районов недопустимо, поэтому необходимо разрабатывать научно обоснованные рекомендации по дополнительному увлажнению почв Нечерноземной зоны, включающему экономное расходование поливной воды. Решение этих проблем невозможно без глубокого изучения закономерностей передвижения почвенной влаги при орошении дерново-подзолистых почв;.

Цель работы. Установить закономерности передвижения влаги и формирования водного баланса дерново-подзолистой суглинистой почвы при орошении и выявить его влияние на урожай овощных культур.

Задачи исследования. 1. Установить закономерности передвижения влаги в почве при внутршгочаенном поливе и дождевании овощных культур разными нормами.

2. Разработать метод измерения физического испарения с поверхности почвы под оеощными культурами.

3. Выявить влияние уровня капиллярного давления почвенной влаги на продуктивность культур томатов, огурцов и укропа при раз-, личных способах полива.

Научная новизна. Впервые рассчитаны скорости потоков влаги в почвенном профиле при различных режимах орошения в условиях дождевания и внутрипочвенного орошения; разработан метод микроиспарите-

лей для измерения физического испарения (в том числе под покровом растений); установлены зависимости интенсивности испарения от влажности почвы и температуры воздуха.

Практическая значимость. Подученные результаты необходимы для оценки целесообразности орошения овощных культур в южной части гу-мидной зоны России, определения оптимальных способов и режимов орошения.

Апробация работы. Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседании кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано У. работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, приложения, содержит страниц машинописного текста, ^^. рисунков, . таблиц. Список литературы включаетнаименований, в том числе $. иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Перспективы дополнительного увлажнения в южной части Нечерноземной зоны России

Московская область относится к зоне достаточного увлажнения. Однако, существует большая вероятность возникновения летних засух. Наболее пагубно почвенная засуха сказывается на ранних стадиях вегетации растений, на которые, как правило, приходятся сухие периоды. Поэтому в средние по увлажнению годы орошение влаголюбивых овощных культур малыми поливными, нормами аффективно в мае-июле, а в сухие годы - в течение всего теплого периода.

Работами Куликовой (1969), Афанасьева (1986,1991), Базыкиной и Лялина (1986), Мосея (1987), Муромцева (1991) и других исследователей показано, что полив влаголюбивых культур в критические фазы развития малыми поливными нормами особенно эффективен на окуль-

туренных дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава.

Исследования Сидоровой (1981), Ладигене (1985), . Богомаза (1988), Гусева (1988), Ковалева (1988) и других показали, что орошение дерново-подволистых почв приводит к улучшению микроклимата, практически не оказывает отрицательного влияния на свойства почвы, а в ряде случаев на легких почвах возрастает содержание гумуса и обменных оснований.

Таким образом, проведенные ранее исследования обнаружили перспективность дополнительного увлажнения почв в условиях южной части Нечерноземной зоны России, особенно под овощными влаголюбивыми культурами.

Водный режим почв формируется при взаимодействии многих процессов, протекающих не только в почве, но и в растениях и приземном слое воздуха. Систему "почва-растение-атмосфера" отличает комплекс сложных связей и взаимодействий между отдельными звеньями системы. Однако физиологическое состояние растений прежде всего связано с водным режимом почвы. Избыточное увлажнение почвы приводит к снижению газообмена в корнях, уменьшении поглощения воды и питательных элементов , к нарушениям, энергетического обмена, снижению фотосинтетической активности растений и скорости роста растений (Гринева,1975; Чиркова и др., 1991; Закржевский, Ладыгина, 1989).

Верхний предел оптимального диапазона увлажнения (ОДУ) обусловлен те.м, что при переувлажнении почвы отсутствует непрерывная, соединяющаяся с атмосферой сеть воздухоносных пор. По данным Сидоровой и др. (1988) это соответствует капиллярному давлению почвенной влаги (Р) -5 кПа.

Почвенная засуха приводит к уменьшению тургорного давления в листьях, снижению интенсивности фотосинтеза, накоплению свободных аминокислот и сказывается на морфологии растении (Максимов, 1952; Генкель 1954; Кушниренко, 1981; Тарчевскии, 1964 и др.).

Существование нижней границы ОДУ обусловлено уменьшением перепада Р в системе "почва-растение" и снижением скорости передвижения воды. Это вызвано как уменьшением коэффициента влагопровод-ности, так и уменьшением градиента давления влаги около корней. По данным Taylor (1972), Муромцева (1991) и других исследователей ОДУ для влаголюбивых овощных культур соответствует интервалу Р от -5 до -40 кПа.

В полевых условиях информацию о Р получают на основе данных тензиометрических наблюдений (Глобус, 1969; Судницын, 1979; Сидорова, 1981; Муромцев, 1979, 1991 и др.).

Глава 2. Общая характеристика объектов и методов исследования

Исследования проводили в закрытых лизиметрах факультета почвоведения МГУ в 1989-1991 гг. на окультуренной дерново-подзолистой суглинистой почве. Использование закрытых лизиметров позволяет точно учитывать поступление воды в почву, гравитационный отток влаги, установить состав фильтрационных еод.

По содержанию физической глины пахотный горизонт Апах. является среднесуглинистым, а иллювиальные горизонты - тяяелосуглинис-тыми. Преобладающей фракцией является крупная пыль. Содержание гумуса в Апах. достигает 3,4%, гидролитическая кислотность составляет 1,7 мг-зкв/ЮО г., pH водной вытяжи - 6,6, солевой - 5,4. Для Апах. характерна высокая степень насыщенности основаниями - 90Z, содержание ?г О^достигает 50 мг/100г., К.,0 - 20 мг/100 г. почвы.

Водно-физические свойства почвы и энергетическое состояние почвенной влаги во многом определяются удельной поверхностью. Внешняя, внутренняя и полная удельные поверхности увеличиваются вниз по профилю, что связано с утяжелением гранулометрического состава. Меньшие их величины для слоя 0,1-0,2 м, по сравнению с поверхностным слоем, связаны с уменьшением содержания гумуса.

Определение зависимости капиллярно-сорбционного потенциала (давления) почвенной влаги от влажности почвы (V/) проводили рас-четно-экспериментальным методом и в полевых условиях. В области потенциалов выше--100 Дж/кг кривая Апах. расположена выше кривой горизонта В1, что связано с наличием гумусовых веществ в Апах. При потенциалах ниже -100 Дж/кг кривая водоудерживания горизонта В1 расположена выше кривой пахотного горизонта, что согласуется с величинами удельных поверхностей.

Коэффициент фильтрации, определенный в условиях безнапорной

-9 з

фильтрации, для Апах. составил 3,0 х 10 м -с-кг . При иссушении почвы (горизонт Апах.) сопровождающимся снижением Р от 0,5 до -5

-12 -12. з

кПа,происходит уменьшение Кв от 6 х 10 до 1 х 10 м-с-кг дальнейшее понижение Р до -10 кПа приводит к уменьшения Кв еще в 3,5 раза (определение Кв проводили в стационарном режше). При определении Кб методом поэтапного расчета (Судницын, 1979) в интервале

ЧЧ -15 3 -{

от -50 до -200 кПа Кв уменьшается от 3x10 до 6x10 м-с-кг .

Для расчета водного баланса почвы необходимо знание величины физического испарения с поверхности почвы (Е). Существует большое ' разнообразие методов определения Е: расчетные, методы прямого измерения и математического моделирования (Будаговский, 1964; Константинов, 1968; Роде, 1969; Зубенок, 1976 и др.). Некоторые исследователи использовали метод микроиспарителей объемом 1-2 куб.дм (Абрамова, 1968; Кулик, 1979; Уханов, 1990). Микроиспарители поз-

воляют определять Е за небольшие промежутки времени (сутки) с поверхности почвы, покрытой растительностью.

Показано, что интенсивность Е зависит от размера испаряющей поверхности (влияние "краевого эффекта"). Для определения минимально допустимых размеров микроиспарителей в лабораторных условиях нами был поставлен опыт по изучению влияния толщины образцов почвы в микроиспарителе на процесс испарения. Результаты опыта показали, что чем меньше толщина образца, тем выше скорость Е при одной и той же средней влачшости почвы (рис. 1). Относительное испарение (Е/Ео, где Ео - испарение с поверхности воды) быстро падает при увеличении толщины образца от 0,2 до 1,0 см. Дальнейшее увеличение толщины образца почвы приводит лишь к незначительному

1.0 •

0.5 •

20.0 15.0

10.0 7.5

о

1.0

2.0

3.0 И,СИ

Рис. 1. Относительное испарение влаги (Е/Ео) при различной средней влажности образца и толщине образца (Ь, см).

уменьшению скорости Е. Поэтому для измерения Е допустимо использовать микроиспарители объемом 80-100 куб. см с высотой образца почвы 4-5 см, однако при этом необходима частая перезарядка испарителей. При этом влажность почвы в испарителе будет тем ближе к естественной, чем чаще будет сменяться почва.

Величины Е, измеренные с помощью таких микроиспарителей, в условиях закрытого грунта под покровом растений за период наблюдений варьируют от 0,2 до 2,0 мм/сут. Сопоставление величины Е и влажности почвы (V/) обнаружило существование зависимости, близкой к прямолинейной: Е= 0,05-Ш - 0,04; коэффициент корреляции г = 0,78 + 0,10 при V/ от 7 до 32% и среднесуточной температуре воздуха на открытом пространстве (Т) от 13 до 20 С.

Зависимость Е от Т прямолинейная: Е- = 0,076-Т - 0,037; г -0,78 + 0,10.

С учетом этих параметров было получено уравнение, связывающее Е с параметрами V и Т: Е = 0,0032-Т-И (при 77. < V < 327. и 13° С < Т < 20° С). Средняя относительная квадратическая ошибка составляет 36%. Учитывая, что средняя относительная ошибка тепловод-но-балансового метода при определении месячных значений Е составляет 207., а для декадных значений Е возрастает до 25-28% (Харчен-ко, 1987), можно говорить об удовлетворительных результатах при расчете суточных значений Е по предложенному уравнению.

Важной проблемой при проведении орошения является выбор критериев полива. Были испытаны три критерия:

1. Эвапотранспирация (Ез) растений, определявшаяся путем ежедневного взвешивания вегетационных сосудов с растениями;

2. Испарение с поверхности воды (Ео) из сосудов, установленных на поверхности почвы среди растений. Сосуды о водой взвешивали ежедневно.

3. Предполивное капиллярное давление почвенной влаги (?20 ) на глубине Ь = 0,2 м, измеряемое с помощью тензиометров. Полив производился при снижении Р до -20 кПа, поливная норма - 5 мм.

При поливе салата "Московский парниковый" по данным о Еб среднее предполивное Р на Ь = 0,2 м составило -17 кПа, а поливные нормы варьировали от 2,5 до 12 мм/сут. При поливе по данным о Ео среднее Р составило -25 кПа, а поливные нормы изменялись от 2 до 5 мм/сут (табл. 1).

Использование критерия Р30 позволило получить высокий урожай салата в теплице на дерново-подзолистой почве (93%. от максимального) при минимальном коэффициенте водопотребления. Поэтому в дальнейших исследованиях мы назначали полив по показаниям тензиометров.

Таблица 1

Водный режим почвы и урожай саяата при использовании различных критериев полива

критерий ороситель- средн. пред- урожай коэффи-

полива ная норма поливное дав- сырой циент

за вегет. ление влаги биомас- ЕОДОПиТ-

лериод, мм на глуб. 20см, сы, рсОЛбКПЯ

кПа КГ/ КЗ. м

эвапотранспнрация 110 -17 1,32 83

испарение с водн.пов-тг 87 -25 1,05 83

показания тензиометров 95 -20 1,22 78

Глава 3. Движение влаги в дерново-подзолистой почве при орошении

Миграция влаги в дерново-подзолистых почвах при орошении, особенно при внутрипочвенном поливе, почти не изучалась, хотя анализ передвижения влаги при различных способах и режимах орошения в гумидной зоне необходим для выбора оптимальных условий орошения.

В 1989 г. было задано 2 варианта орошения укропа (сорт "Гри-бовский"), при которых поливы производили дождеванием при снижении Р на глубине 0,2 м (?го) до значений -15 или -30 кПа. Поливные нормы составили 6,5 и 5 мм, оросительные нормы (ОН) - 480 и 209 мм, соответственно. В 1990 г. орошение дождеванием томатов "Ал-патьевский" и огурцов "Зозуля" производили при снижении до -15, -20, -30 или -45 кПа. Норма полива при Р = -15 кПа составила 10 мм, в остальных вариантах - 5 ым; ОН - 460, 125, 100 и 75 мм, соответственно. В течение всего вегетационного периода значения W в слое 0-0,8 м были выше влажности завядания. Запасы влаги в слое 0-0,5 м при уменьшении ?20 варьировали в пределах от 175 до 155 мм. Запасы продуктивной влаги в слое 0-0,2 м при ? = -15 и -20 кПа оценивались как хорошие, в остальных вариантах как удовлетворительные.

Р в вариантах ? - -15 и -45 кПа после проведения полива повышалось до -5...-7 кПа и -30. ..-40 кПа,соответственно. В течение последующих 3-5 часов происходило интенсивное поглощение воды растениями и перераспределение ее по профилю, в результате чего Р по»

нижалось. На глубине 0,6м средние значения Р составили -9 и -20кПа при ?2Q = -15 и -45 кПа, соответственно.

По величинам Р на глубинах 0,2 и 0,6 м были рассчитаны вертикальные градиенты давления (grad Р) и потоки влаги (q). В варианте Р = -15 кПа наблюдались как положительные, так и отрицательные

-lograd Р. Положительное значение erad Р свидетельствует о существовании нисходящего потока влаги, а отрицательного - о восходящем q. Положительные значения erad Р существовали после поливов, особенно часто в начале вегетационного периода, когда потребление воды растениями было менее активным и поливная вода стекала в нижележащие горизонты. Величина положительного grad Р изменялась от 2 до 12 кПа/м, a q от -0,2 до - 1,1 мм/сут. Во второй период вегетации преобладали отрицательные grad Р, величина которых изменялась от -23 до -2 кПа/м и восходящие потоки интенсивностью от 0,9 до 1,4 ым/сут. В среднем за период наблюдений при ?20 - -15 кПа существовал небольшой отрицательный grad Р и слабый восходящий поток влаги, не отличающийся достоверно от 0. В варианте ?2Q - -45 кПа преобладали отрицательные erad Р (от -45 до -72,5 кПа/м), при этом восходящий q достигал величины 1,3 - 2,3 мм/сут. Среднее значение grad Р составило -64 кПа/ы, a q - 1,6 мм/сут. Выявлены зависимости между средними величинами erad Р и q и значениями Р . Они являются прямолинейными:! grad Pl= 1,85-li^l - 24, коэффициент корреляции Г = 0,95 ± 0,10 И q = 0,04-1^ - 0,28, г = 0,90 + 0,14.

Изучение миграции влаги при различных нормах полива дождеванием под культурой салата проводили в 1991 г. (рис. 2). Поливы проводили при снижении Р до уровней -15...-20 кПа поливными нормами 2; 6 и 12 мм, так как исследования Сидоровой (1980) показали, что поливные нормы выше 15 ым приводят к существенному переувлажнению почвы. Тензиометры были установлены в трехкратной повторнос-ти на глубинах 0,2; 0,4; 0,6 и 0,8 м.

Полив малой нормой (2 мм) привел к смачиванию лишь верхних 20 см почвы, причем Р выше -10 кПа держалось 15 мин, а выше -15 кПа в течение 3 часов после полива.. На глубине 0,4 м наблюдалось повышение Р на 4 кПа, но затем Р постепенно снизилось до исходного зна-

О 6 /2 ~7з Тч~ % ЧАС

Рис. 2. Динамика капиллярного давления влаги (Р, кПа) - а, б -и вертикальных потоков влаги (ч, м/с) - в,г - в суглинистой дерново-подзолистой почве после полива дождеванием разными нормами (ПН, мм) на глубине: 1 - 0,2 м; 2 - 0,4 м; 3 - 0,6 м; 4 - 0,8 М; 5 -0,3 М; 6 - 0,5 М; 7 - 0,7 М.

чения. В слое 0,2-0,4 м возник положительный erad Р и нисходящий

-в

поток влаги интенсивностью -5,4x10 м/с; через 1 час величина q уменьшилась более чем в 1,5 раза, а через сутки упала до -g *

-1,7x10 м/с.

После полива средней нормой (6 мы) происходит быстрое насыщение верхнего слоя (0-0,2м) почвы водой, затем Р опустилось до -10 кПа; в течение 6 часов в слое 0-0,4м' оставалось на уровне выше -10 кПа, а в течение 24 часов после полива не опускалось ниже -15 кПа. Максимальная величина q наблюдалась на глубине 0,3 м, но вследствие выравнивания Р на разных глубинах q замедлился и полностью

прекратился. На глубине 0,5м через 24 часа после полива наблюда-

•Я

лось нисходящее движение влаги (q = -2,7x10 м/с).

При поливе высокой нормой (12 мм) верхние 20 см быстро насыщались водой, в течение 1,5 часов Р оставалось выше -5 кПа. В толще 0-0,4 м значения Р выше -10 кПа наблюдались в течение 24 часов после полива. Максимальная величина нисходящего потока наблюдалась на глубине 0,3 м, в нижележащих слоях величина q меньше. Через 24 часа после полива нисходящие потоки существовали на глубинах 0,3; 0,5 и 0,7 м.

Таким образом, при поливе дождеванием суглинистой дерново-подзолистой почвы нормами 2 мм увлажнился лишь верхний 20 см слои, и достаточная увлажненность почвы сохранялась в течение 3 часов. Поливы нормами 6 и 12 мм позволяли увлажнить толщу 0-0,4 м, при этом оптимальная влажность почвы сохранялась при поливе нормой 6 мм в течение суток, а при поливе нормой 12 мм - в течение нескольких суток.

Внутрипочвенный полив является одним из перспективных способов орошения, так как обеспечивает экономию поливной воды до 30-40% по сравнению с поверхностными способами поливов, не оказы-

вает отрицательного воздействия на структурное состояние почвы и имеет ряд других преимуществ (Григоров, 1984, 1985). Количество работ, касающихся изучения пространственного распределения и передвижения влаги при внутрипочвенном орошении (ВПО), незначительно и относятся эти исследования в основном к аридным районам (Стули-на, 1981; Григоров, 1984, 1985; Кухарев, 1984; Айдаров и др., 1985; Григоров, Боровой, 1989 и др.).

ВПО производилось через перфорированные трубки, уложенные на глубине 0,5 м в корытообразное ложе из полиэтиленовой пленки шириной 0,25 м и высотой 0,15 м. По данным Гостищева (1988) использование полиэтиленового экрана обеспечивает более интенсивное боковое рассасывание влаги. После полива вода насыщала почву над оросителем, затем часть ее, перетекая через края пленки, фильтровалась вниз, а часть капиллярно рассасывалась вверх и в стороны. Для оценки рассасывания влаги из зоны максимального увлажнения над оросителем необходима информация о Р. С этой целью на И = 0,2 и 0,6 м и расстояниях от оросителя (£) 0,3; 0,6 и 0,9 м были установлены тензиометры.

В 1989 г. было задано 2 варианта ВПО культуры укропа при Рго = -10 иди -20 кПа. Полив проводили по показаниям тензиометров, установленных наЬ = 0,2ми£=0,Зм. Поливная норма составила 5 мм, ОН - 285 и 175 мм, соответственно. В 1990 г. ВПО культур томатов и огурцов проводили при снижении Р20 (€= 0,3 м) до -10, -20, -30 или -40 кПа поливными нормами 5 мм, оросительные нормы составили 350, 140, 90 и 50 мм, соответственно.

При ВПО наблюдается некоторая неравномерность увлажнения по площади. По мере удаления от оросителя средние величины Р измеренные на И = 0,2 м, уменьшаются:

|р| - 23,3-С + 3,0; г = 0,98 ± 0,2 при Р2£) - -10 кПа;

\р\ = 18,3-í + 14,0; г - 0,98 + 0,2 при Pw - -20 КПа;

1Р1 = ll,7-¿ + 26,5; г = 0,98 + 0,2 при Рго = -30 кПа;

IPI - 13,3-í + 36,0; г = 0,98 ± 0,2 при Pg^ - -40 кПа.

На глубине 0,6 м Р в этих вариантах полива изменялось

...-9 кПа до -15...-20 кПа.

По данным тензиометрических наблюдений были рассчитаны горизонтальные и вертикальные erad Р и потоки влаги в слое 0,2-0,бы на разных расстояниях от увлажнителя. При Р = -10 кПа и € = 0,3 м вертикальные grad Р изменялись от 15,2 до -9,2 кПа/ы, т.е. наблюдались как нисходящие, так и восходящие q, величиной от -1,5 до 0,8 мм/сут. При £ =. 0,6 и 0,9 м существовали отрицательные вертикальные erad Р и восходящие q, достигающие 2,6 ым/сут. Характерно, что по мере удаления от оросителя, вертикальный grad р уменьшается, что связано с уменьшением Р по мере удаления от оросителя. Зависимость между средними за период набли дений erad Р на глубине 0,4 м и средними Р на глубине 0,2 ы в диапазоне Р от -10 до -48кПа имеет линейный характер: |grad Pl= 1,9-IPl- 20 , г = 0,95+0,-10 Зависимость q от Р имеет сложный характер (рис. 3).

При ВПО существует горизонтальное движение влаги, которое необходимо учитывать для оценки параметров оросительной сети. Величина горизонтальных q достигала 1,7-1,9 мм/сут при Р = -10 кПа и Ь = 0,45, а при £ = 0,9 м и Р^ = - 40 кПа уменьшалась до 0,3 -0,7 мм/сут.

Изучение капиллярного передвижения влаги при ВПО разными поливными нормами (ПН) проводили в 1991 г. Полив нормой 7 мм был проведен, когда в толще 0,2-0,6 м установилось Р =. -10...-15 кПа. В результате полива Р повысилось на 4-5 кПа, а спустя 6-8 часов начало снижаться, достигнув первоначальных значений спустя 24 часа

l^WPl

60

t 2,0

•V

10

■Df

IPI, tflct

Рис. 3. Зависимость средних значении вертикального градиента давления влаги (grad Р, кПа/м) и вертикальных потоков влаги (q, мм/сут) на глубине 0,4 м от капиллярного давления влаги на глубине 0,2 м (Р, кПа) при внутрипочвенном поливе: 1 - erad Р; 2 - q

(-£ = 0,3 м). При = 0,9 м повышение Р происходило в течение 24 часов после проведения полива (рис. 4).

Полив нормой 30 мм провели, когда в почве Р установилось на уровне -18...-21 кПа. В течение 6 часов Р повысилось до -3 кПа (-£•= 0,3 м, Ь = 0,2 и 0,4 м), выше -10 кПа оставалось более 20 часов, а выше -15 кПа в течение 40 часов (-£= 0,3 м, И = 0,2 и 0,4м). При = 0,9 м Р повысилось до -13...-15 кПа, медленно снижаясь в течение 48 часов до -16...-20 кПа (рис. 5).

пн=зо««

О 12 гЧ 36 Т?</АС

Рис. 4. Динамика капиллярного давления влаги (Р, кПа) в дерново-подзолистой почЕе при внутрипочвенном поливе разными нормами (ПН, мм) на разной глубине (Ь, м) и разном расстоянии от увлажнителя (С, м). Ь: 1 - 0,2 м; 2 - 0,4 м; 3 - 0,8 м.

Д-С^ЗМ и -£=0,9 м

^ -и

-2.Н

л

о

i

-з-|

а.

■>к=0,Ъм и £=0,3 м

к=0;Ъм и £=0,9 м

*-

-

ПН=30мм

8-

V

Рис. 5. Динамика вертикальных (а,б) и горизонтальных (в) потоков влаги Сч. м/с) в дерново-подзолистой почве при внутрипочвен-ном поливе разными нормами (ПН, мм) на разной глубине (И, м) и разном расстоянии от увлажнителя м).

При ПН = 7 мм и 30 мм вблизи оросителя - 0,3 м) в течение 48 часов наблюдались нисходящие д, причем величина д при ПН = 30 мм была выше почти в 2 раза. На удалении 0,9 м от оросителя наблюдались слабые восходящие д. Горизонтальные потоки влаги в сторону

от оросителя наблюдались при ПН 7 мм в течение 24 часов (д = -8

1x10 м/с), а при ПН = 30 мм - в течение 48 часов (д = 2x10 м/с).

Таким образом при ПН = 7 и 30 мм оптимальная увлажненность почвы до глубины 0,4 м и ^ = 0,9 м (Р > -15 кПа) сохраняется в течение 40 часов. Однако, при ПН а 30 мм происходит более быстрое промачивание почвы вблизи оросителя и возникают нисходящие потоки влаги, достигающие величины-5,0х10 м/с или-4,7 мм/сут (И = 0,5 м). Это может привести к непродуктивному, а при использовании минеральных удобрений экологически опасному оттоку поливной воды за пределы корнеобитаемого слоя. При ПН = 7 мм для поддержания увлажненности почвы на достаточном уровне (Р не ниже -10 кПа) поливы можно проводить почти ежедневно при расстоянии между оросителями не более 2 м.

Глава 4. Водный баланс дерново-подзолистой суглинистой почвы

при орошении

Количественным выражением водного режима почв является водный баланс (Тюрк, 1958; Роде, 1965; Качинский, 1970).

Значительная часть поливной воды (6-24%) пошло на смачивание почвенного профиля (См). Фильтрация (Ф) наблюдалась при ВПО и дождевании нормами выше 200 мм, при этом фильтрационные потери при ВПО составили 8-10% от ОН, а при дождевании - всего 2%. ВПО привело к меньшим потерям поливной воды на физическое испарение (Е) при поливе томатов и огурцов (22%), по сравнению с дождеванием (31%). Увеличение величины Е при дождевании можно объяснить повышенной

влажностью поверхностного слоя почвы. Транспирационные расходы (Т) составили от 46 до 637., причем при дождевании они несколько выше, чем при ВПО (табл. 2). Это связано с тем, что при этом способе полива часть воды задерживается на растениях, не поступая на поверхность почвы. При увеличении ОН наблюдается тенденция к увеличению расхода воды на физическое испарение, транспирацию, а также на смачивание почвы и фильтрацию.

Зависимости эвапотранспирации (Э = Е + Т) и непроизводительных расходов поливной воды (HP = См + Ф + Е) от оросительных норм (ОН) можно описать следующими уравнениями: Э = 0,75-ОН, Г = 0,98 ± 0,11 HP = 0,75-0Н - 60 Г = 0,93 + 0,21

Наиболее эффективно поливная вода расходуется при ВПО томатов и огурцов ОН = 115 мм (КР,КВ и KT - минимальные), при этом урожай сырых плодов томатов максимальный, а огурцов - в 1,3 раза меньше, чем при дождевании ОН = 190 мм. В условиях дефицита поливной воды можно рекомендовать ВПО этих культур ОН г 115 мм. При более частой укладке оросителей можно ожидать прибавки урожая.

Глава 5. Урожай овощных культур при орошении дерново-подзолистой почвы При дождевании зависимость урожая (Ур, кг/мг) томатов и огурцов от уровня предпроливного Р, измеренного на глубине 0,2 м в диапазоне Р от -15 до -45 кПа, прямолинейная:

Ур = 0.05-IPI+ 3,8 , г = 0,95 + 0,20 для огурцов и Ур г 0.06-IPI+ 3,5 , г = 0,95 ± 0,20 для томатов. По мере снижения Р у огурцов уменьшается средняя масса одного плода (ш) и количество плодов с одного растения (п). У томатов при этом п снижается, а ш увеличивается.

Таблица 2

Водный баланс почвы и урожай овощных культур при различных способах полива (средние по площади величины).

культура способ оросит. Расход воды (мм) на: Урожай, коэффициент коэффициент коэффициент

полива: норна, кг/кв.м расхода водопотреб- транспирации

дождева- мм смачи- фильт- испа- транспи- ления

ние (1); вание рацию рение рацию ОН-См ОН-Ф-См Т

внутрипоч- почвы т'р 1т1 КТ = -

' га г 1\ь г

венный (2) ОН См Ф Е Т ур Ур Ур Ур'

укроп 1 345 82/24 8/2 97/28 158/46 1,0 263 255 158

2 230 38/16 20/9 97/42 "75/33 0,8 235 212 94

огурцы 1 190 12/ 6 0/0 58/31 120/63 2,4 74 74 50

2 200 18/ 9 20/10 47/23 115/58 1,8 101 90 64

2 115 21/18 0/0 25/22 69/60 1,7 55 55 41

томаты 1 190 12/ 6 0/0 58/31 120/63 2,0 89 89 60

2 200 18/ 9 20/10 47/23 115/58 3,6 50 45 32

2 115 21/18 0/0 25/22 69/60 3,8 25 25 18

Примечание: в числителе -

абсолютные величины, мм; в знаменателе - процент от ОН.

30 • (О-

10 Ьо

го Я)

п. т.г

5-

3

I

о

•го

чо Р,к/7а

•го

-*о Р,х/7а

Рис. 6 Зависимость количества плодов с одного растения - Ь (1), средней массы плода - т (2) и урожая - Ур (3) от давления почвенной влаги (Р) на глубине 0,2 м при внутрипочвенном орошении.

При ВПО неравномерность увлажнения по площади приводит к снижению урожая укропа, томатов и огурцов при увеличении 1 от 0,3 до 0,9 м до 39%, 15%, 44%, соответственно. По мере удаления от оросителя Р падает и происходят такие же изменения структуры урожая, как и при дождевании (рис. 6).

Максимальные локальные урожаи были получены для укропа (1,2 кг/кв.м) при дождевании с Рго = -15 кПа, для томатов (4,4 кг/кв.м) и огурцов (3,3 кг/кв.м) - при ВПО с Рго = -10 кПа и € = 0,3 м.

Средние по площади урожаи для огурцов при дождевании с Р2£? = -15 кПа были выше, чем при = -10 кП^ а для томатов - напро-

тив, при ВПО и Р = -10 кПа более чем в 1,5 раза превышают урожаи при дождевании и Р, = -15 кПа. Снижение уровня предполивного Р от

АО 20

-15 (-10) кПа до -30 (-20) кПа снизило урожая укропа при дождевании на 30%, а при ВПО на 32%.

Снижение от -15 (-10) до -45 (-40) кПа привело к уменьшению урожаев томатов и огурцов при дождевании на 50 и 531, а при ВПО на 22 и 637..

Сравнение эффективности разных способов орошения и предполив-ных уровней Р. показало, что томаты лучше выращивать при ВПО и Ро = -10 кПа, огурцы - при дождевании и Р = -20 кПа (так как повышение Рхо от -20 до -15 кПа приводит к значительному увеличению ОН, а урожай при этом увеличивается на 27.), укроп - при дождевании и

Р,л - - 15 кПа.

го

Выводы

1. Сравнение трех критериев полива (1/ предполивное капиллярное давление почвенной влаги на глубине 0,2 м - Р^, 2/ суточная эвапотранспирация, 3/ суточное испарение с поверхности воды) показало, что использование величины Р^ позволяет получить высокие урожаи салата в теплице на дерново-подзолистой почве (937. от максимального) при минимальном коэффициенте водопотребления. Поэтому в качестве критерия полива использовалась величина Р^ .

2. Для измерения основной статьи непроизводительных расходов влаги (физического испарения с поверхности почвы - Е - под покровом растений) использовался метод микроиспарителей. Е связана тесной зависимостью (коэффициент корреляции г = 0,78 ± 0,10) с влажностью почвы (V}) и температурой воздуха (Т):

Е = 0,0032-И-Т при 77. < У < 327. и 13°С < Т < 20°С.

3. Измерения Р на различных глубинах и расстояниях от увлажнителей проводились при помощи тензиометров. Полученные данные позволили вычислить градиенты Р ((¡гас! Р) и потоки влаги (д).

Полив дождеванием производился при ?гсрч -15 до -45 кПа различными нормами полива (от 2 до 12 мм). Р на глубинах 0,2-0,6 м варьировало от 0 до -48 кПа, grad Р от 12 до -72,5 кПа/м, a q от -1,1 до 2,3 мм/сут. Между средними за сезон величинами grad Р, q и Р существуют прямолинейные зависимости:

Igrad Pl= 1,85'|Рао | - 24, г = 0,95 ± 0,10 ; q - 0,04-lPjJ -0,28, г = 0,90 ± 0,14

После поливов дождеванием нормами 2-12 мм в течение 6 часов в

у

почве развиваются grad Р величиной до 7x10 Па/м и q до -7,5х -1

10 м/с.

4. При внутрипочвенных поливах (ВПО) нормами 5-30 мм при Р от -10 до -40 кПа Р варьирует от -3 до -48 кПа. Средний за сезон grad Р находился в прямолинейной зависимости от Рхо :

Igrad Р| = 1,9-lPj- 20, г = 0,9£Г±0,10

Зависимость q от Р при от -25 до -10 кПа также прямолинейная, но при снижении Р до -48 кПа величина q почти не меняется, что связано с резким уменьшением коэффициента влагопроводности в этом диапазоне Р.

При проведении поливов 5-30 мм в почве в течение 3-6 часов развиваются вертикальные grad Р величиной до 3-5x10* Па/м и нис-

~3

ходящие потоки интенсивностью до-5,0х10 м/с.

5. Фильтрация (Ф) при применявшихся нормах полива и уровнях ?го не превышает 20 мм, физическое испарение - 97 мм, транспирация (Т)

- 158 мм. При оросительных нормах (ОН) менее 200 мм Ф отсутствовала, а Е и Т были менее 60 и 120 мм, соответственно.

Расходные элементы водного баланса - эвалотранспирация (Э = Е + Т) и непроизводительные расходы влаги (HP) на CD, Е и смачивание почвы (См) находятся в прямолинейной зависимости от (ОН): Э = 0,75- ОН, г = 0,98 ± 0,11 ; HP =т 0.75-0Н - 60, Г = 0,93 ± 0,21

6. Сравнение эффективности разных способов орошения и предпо-ливных уровней ^„показало, что томаты лучше выращивать при ВПО и Р = -10 кПа, огурцы - при дождевании и Рл= -20 кПа, укроп - при дождевании и = -15 кПа. В условиях дефицита поливной воды можно рекомендовать ВПО томатов и огурцов оросительной нормой 115 мм.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Определение оптимального уровня увлажнения дерново-подзолистой почвы под овощными культурами. // Научн. докл. высш. школы. Биол. науки. 1990, N 1, с. 115-119 (в соавторстве).

2. Давление почвенной влаги, ее движение и потребление обощ-ными культурами в дерново-пбдзолистой почве при орошении. // Почвоведение, 1991, N 5, с. 146-152 ( в соавторстве).

3. Водный баланс почвы в теплице при различных способах полива. // Почвоведение, 1991, N 11, с. 33-38 (в соавторстве).

4. Измерение испарения с поверхности почвы методом микроиспарителей. // Методы физического и химического исследования почв. М., изд-во Моск. ун-та, 1993 (в соавторстве).

5. Движение влаги в дерново-подзолистой суглинистой почве при дождевании разными нормами. // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. В печати (в соавторстве).

6. Tension of soil moisture, its movement and uptake by vegetables in an irrigated sod-podzolic soil. // Soviet soil science. 1992. v. 23. N 3. p. 88-96.

7. Water Balance of Greenhouse Soil with Various Irrigation Methods. // Eurasian soil science. 1992. v. 24. N 3. p. 47-52.