Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Движение влаги в дерново-подзолистой почве, водопотребление и продуктивность овощных культур в условиях дополнительного увлажнения

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Движение влаги в дерново-подзолистой почве, водопотребление и продуктивность овощных культур в условиях дополнительного увлажнения"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М„В.ЛОМОНОС СБА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи ТРСЙНО ОЛЬГА НИКОЛАЕВНА

ДВИЖЕНИЕ БЛАГИ В ДЕРН0В0-П0Д30ЖСТСЙ ПОЧВЕ, ВОДОПОТРЕБПЕНИЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО УВЛАЖНЕНИЯ

Специальность 03.00.27 - почвоведение

. АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени • кандидата биологических наук

Москва 1991

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 биологических наук, профессор H.A. Воронков кандидат биологических наук М.Е. Гинзбург

Ведущее учреждение: Почвенный институт имени Б.В. Докучаева.

в аудитории М-2 на заседании специализированного совета по почвоведению К 053.05.16 в МГУ им. М.В. Ломоносова на факультете почвоведения.

Адрес: 115899, Москва, Ленинские горы, МГУ, ф-т почвоведение

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения.

Автореферат разослан " " _ 199 г.

Защита состоится

Ученый секретарь специализированного совета " - сС ^0ТУ30Ва

"V

Актуальность проблемы. В гумидных областях Нечерноземной зоны овощные культуры не каждый год обеспечиваются атмосферными осадками и нуждаются в поливе. Высокие урожаи и качество овощей не могут быть достигнуты без оптимизации водного режима почвы путем внедрения научно обоснованной системы орошения.

Необходимость экономии водных ресурсов ставит важную задачу разработки более эффективных и экономичных способов полива. Одним из таких способов является внутрипочвенное орошение, воздействие которого на водный режим почв гумидной зоны требует глубокого теоретического анализа.

Цель работы. Оценка влияния дополнительного увлажнения окуль- . туренной дерново-подзолистой суглинистой почвы на движение почвенной влаги и водопотребление овощных культур; выявление почвен-но-гидрофизических условий, обеспечивающих высокие урожаи и качество капусты белокочанной, салата и шпината.

Задачи исследования: - .*.

1. Изучение процессов передвижения влаги в дерново-подзолистой почве при внутрипочвенном орошении в полевых и лабораторных опытах.

2. Выявление влияния влажности почвы и давления почвенной влаги на её доступность растениям и коэффициенты водопотребления овощных культур.

3. Изучение влияния различных способов полива /дождевание, внутрипочвенное орошение/ и уровней капиллярного давления поч-ветой влаги на продуктивность овощных культур калусты белокочанной, салата и шпината.

Научная новизна. Впервые: установлен оптимальный диапазон увлажнения окультуренной дерново-подзолистой суглшшстой почвы при различных способах дополнительного полиса под капустой бепог.оч'ш-ной, салатом и шпинатом; преложен критерий уст'шовледая пссроб-

- г -

ности овощных культур в дополнительном увлажнении; определены зависимости коэффициентов водопотребления овощных культур от их урожая; предложены уравнения для количественного выражения расхода воды на эвапотранспирацию; рассчитаны /с помощью термодинамического подхода/ скорости потоков влаги в почве при различных режимах орошения в условиях внутрипочвенного полива.

Практическая значимость. Полученные материалы необходимы для разработки научно обоснованных рекомендаций по повышению продуктивности орошаемых полей, более- эффективного и экономичного использования водных ресурсов, предотвращения возможных отрицательных последствий орошения.

Апробация. Основные положения работы доложены на IX конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ /Москва, 1907/, на Всесоюзной ш^чно-технической конференции "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия" /Москва, 1988/, на втором зональном семинаре молодых ученых в Северо-Западном ППО "Белогорка" /Ленинградская область, 1988/, на заседании кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 13 таблиц и 31 рисунок. Список литературы содержит 171 наименование.

ОБШШ И МЕТОДЫ ИССЛЕДСВАНИЙ

Исследования проводились в 1986-1988 г.г. на окультуренной дер ново-подзолистой суглинистой почве стационара факультета почвоведения МГУ. Дерново-подзолистая иловато-крупнопылеватая почва стационара хорошо окультурена: в Апах> содержание гумуса 3,С&, рН воднсй вытяжки 6,4-6,8, солевой - 5,4-5,8, гидролитическая кис-

- з -

лотность 1,4-1,9 мг-экв/100 г почвы, степень насыщенности основаниями около 90Я, содержание Р^О^ превышает 30 мг, К^О - 16 мг на 100 г почвы. Коэффициент влагопроводности почвы /К/ увеличивается от ЕМО"14 м?сек-кг-1 при -60 кПа до 6-10"13 при -2,5 кПа ( К определен методом разделения нестационарного процесса на ряд квазистационарных этапов /Судницын, 1979/,).

Опытные культуры: капуста белокочанная среднеспелая сорт "Слава 1305", листовые, зеленые, однолетние' овощи - салат "Московский парниковый" и шпинат "Годри".

Полевые опыты с овощными культурами проводились летом 1986-1988 г.г. Сопоставлялись результаты влияния на урожай дождевания и внутрипочвенного орошения. Полив производился при снижении капиллярного давления почвенной влаги до заданных минимальных уровней /Р / -10 или -30 кПа, контролем служил вариант без полива. Размер делянок при дождевании составлял I м^, при внутрипочвенном орошении - (2"4) м^ под капустой и (1-3) м^-под салатом и шпинатом.

Бнутрипочвенный увлажнитель представлял собой перфорированный полиэтиленовый шланг диаметром 1,5 см (с ленточным экраном из полиэтиленовой пленки шириной 25 см}, проложенный в почве на глубине 40-45 см с уклоном 0,05. Выпускные отверстия диаметром 1-1,2 мм располагались через каждые 15 см. Вода подавалась под напором 10 кПа, её расход при поливе составлял 0,009-0,013 л/сек на I м.

В опытах применялась нитроаммофоска (Д'доРдоКоо)«

Определение физических и водно-физических свойств почвы осуществлялось по методикам, опубликованным в пособии "Метода исследования физических свойств почв" /Ваданина, Корчагина, 1986/. Капиллярный потенциал почвенной влаги измерялся с помощью тенэиомет-ров, влажность почвы - весовым и диэлькометрическим методами. Химические свойства почвы определялись по стандартным методикам /Аринушнина, 1970/. Полученные данные анализировались вариационно-

статистическими методами /Дмитриев, 1972; Благовещенский и др., 1987/.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОВСУВДЕНИЕ

I. Состояние проблемы

В результате исследований по изучению состояния, свойств и про цессов передвижения влага в почвах и растениях бьии установлены критерии оптимизации водного режима. К ним относятся такие показатели, как соотношение между количеством осадков и испаряемость* /Иванов, 1948; Вудыко, Гандин, 1965; Алпатьев, 1969; ftn^nO-nn , 1948/; физиологические характеристики растений ( интенсивность транспирации, степень открытия устьиц, тургор, концентрация и осмотическое давление клеточного сока, интенсивность фотосинтеза и ряд других параметров ) /Генкель, 1946; Крафтс и др., 1951; Максимов, 1952; Иванов, 1956; Алексеев, 1969/; почвенно-гидрологичес кие характеристики (доступность влаги растениям оценивается по сопоставлению влажности / ИУ/ почвы и.запасов влаги в слоях различной мощности <5. полевой влагоемкостью /ПВ/, влажностью завяда-ния /ВЗ/, иногда влажностью разрыва капиллярной связи). Установлено, что наилучшие условия.водного питания растений существуют в диапазоне легко доступной влаги, в котором её подвижность в системе почва-корни высока. По мнению Роде /1965/ легко доступно! для растений является влага сверх ПВ,

Однако, полевые методы определения ПВ Фрудоемнй, а лабораторные не всегда дают достаточно репрезентативные данные. Поэтому сейчас интенсивно развивается термодинамический метод оценки водного режима почвы, который, благодаря применению тензиоыетров, дает Возможность упростить, удешевить, ускорить'« автоматизировав сбор и обработку информации. При этом энергия взаимодействия вод с почвой, растением, атмосферой выражается в.виде потенциала,

или давления /Р/ влаги /Вэкингем, 1907; Судницын, 1964, 1979} Глобус, 1969; Чайлдс, 1973; Воронин, 1984; Tayioz , 1972 и др./.

Для каждого вида растений существует оптимальный диапазон Р, ограниченный верхним и нижним пределами. Верхний предел связан с недостаточной аэрацией почвы, для некоторых культур он соответствует -3 —5 кПа /Сидорова, 1981; Винокурова, 1984/. Нижний предел обусловлен уменьшением перепада давления влаги в системе почва-растение и снижением К, он варьирует от -10 до -800 кПа /Судницын, 1988; Tayfct , 1972/.

2. Динамика влажности почвы и капиллярного давления почвенной влаги

Оросительные нормы соответственно вариантам полива Рм -10 или -30 кПа при дождевании в 1986 г. составили для капусты 76,8 и 51,6 кг/м^, для шпината 7 45,1 и 29 кг/м^, в 1987 г. для капусты они равнялись 102,4 и 55,2 кг/м^, в 1988 г. для салата и шпината -27 и 16 кг/м^. При внутрипочвенном полйве оросительные нормы для капусты /1967 г./были 200 и 82,5 кг на поливную полосу шириной I м, перпендикулярную оросителю (кг/м), и 38,5 и 23,1 кг/и для салата и шпината /1988 г./.

■ V

Влияние дождевания'сказывается до глубины 40 см. Наиболее резкие колебания U/ отмечались в пахотном горизонте /рис. I/. При внутрипочвенном поливе максимальная наблюдалась в слое 30-40 см /глубина заложения оросителя/. № над оросителем при

Рм -10 кПа варьировала от 31 до 33при Рм -30 кПа - от 28 до 29%, по мере удаления от оросителя постепенно уменьшалась и на расстоянии от него // / 40 см падала до 27-26* /?и -10 кПа/ и 2654 /Рм -30 кПа/.

В 1986 г. лето было умеренно теплым и экстремально влажным /331 мм осадков, коэффициент увладаения /1С// 1,02/, однако периодически наблюдались засушливые периоды, когда Р на неполиснсм

30 Й/. * т———«—

4/УIII - 87 г.

внутрипочвенный полив

- Ры -10 rila, - — Рн -30 rila, • • • контроль без

полива; расстояние от внутрипочвенного увлажнителя: -70 см, —о— 150 см, — - 70 см, -* - 150 сы

Рис. I. Влажность / И// дерново-подзолистой суглинистой почвы

по глубине А при различных способах полива «*

варианте падало до -50 —70 кПа и довольно долго держалось на 81оы уровне. До -5 rila и вше (анаэробиозис, угнетающий развитие растений) Р поднималось на контроле 24 раза, при Рм -10 rila - 3 раз и при Рм -30 кГЗа - 25 раз. Среднее за лето Р /Р/ составило при Рм -Ю rila -8,91 * 6,13 rila, при Рм -30 rila - -17,43 i 12,92 кПа, на контроле без полива - -32,50 + 27,20 rila.

Летом 1987 г. осадки едва превысили норму /218 мм, КУ=0,75/. Отмечалось чередование сухих и влажных периодов, Р на контроле изменялось от -5 до -90 rila. При дождевании Р бьшо выше -5 rila I дней /Рм -10 кИа/, 14 дней /Рм -30 rila/ и 10 дней /контроль/. Р пРи Рм -ю rila составило -11,032:5,47 rila, при Р„ -30 rila - -21, i 12 32 rila, на контроле - -38,20 + 26,79 rila. При внутрипочвешг поливе Р над оросителем ни одного раза не опускалось ниже -Ю

При i -50-70 см Р составило' -13,59 £ 8,68 rila при Рм -10 rila /соответственно влажность не падала ниже середины интервала ПВ-ВЗ/, при Рм -30 rila - -20,87112,40 rila. При £-170-190 см Р упало до -30,56i 21,72 кПа /Р -10 кПа/, в засушливые периоды оно опускалось до -60 —80 rila.

За период с 25 мая по I итя 1988 -г. /выравнивание салата и шпината/ все осадки /80 мм, КУ»0,54/ выпали в виде сильных ливней. Длительная засуха наблюдалась с 25 мая по 10 июня, когда Р на контроле не поднималось выше -50 rila. При дождевании Р составило -10,4615,22 вПа./Ры -10 rila/, -22,32i: 10,15 rila /Рм -30 rila/, -39,59±23,65 кПа /контроль/. При внутрипочвенном орошении Р было • равно -13,29 £ 5,92 и -22,30± 10,01 rila соответственно вариантам полива Рм -10 и -30 rila при ¿»50-70 см,и -27,14£ 14,67 и -29,92 £ 15,81 rila при 2=90-100 см.

Таким образом, в засушливые периоды дополнительное увлажнение дерново-подзолистой суглинистой почвы улучшало её водный режим и позволяло бесперебойно снабжать влагой растения в точение вегетационного периода. Однако, во влажные периоды полив /особенно при Рм -10 кПа/ оказывал неблагоприятное влияние на водный- режим почвы, так как к началу .дождливого периода влажность была весьма высокой и осадки, выпадавшие на влажную и плохо фильтрующую тяжелую почву, приводили к более длительному избыточному увлажнению, чем в неполивном варианте.

3. Передвижение влаги при внутрипочвенном поливе

При внутрипочвенном поливе происходит интенсивное горизонтальное движение влаги. Его необходимо учитывать, чтобы оценить оптимальные размеры оросительной сети. Для этого в полевых условиях на различном расстоянии от оросителя были установлены тензиометри, позволившие определить эпюры капиллярного давления почвенной .вл-ira.

Ь.

О

10 20

30

см

Рм -10 кПа

9/УП - 87 г. f

масштаб: I

мм/сут

1 Ю"3 м3/сут

О-

0

нив

Рис. 2

20 40 60 80 100 120 140 I, см

• Бнутрипочвенный увлажнитель, К- - глубина, 1> - расстоя-от увлажнителя

, Горизонтальные потоки влаги (м3/сут) и фильтрация (мм/сут) при внутрипочвенном поливе

л ЗВ

20 40 60 80 100 120 время, сут Рис. 3. Скорость расхода воды (с1ъ/сИ, мм/сут) на фильтрацию /Ф/, боковое рассасывание /БР/, увеличение запаса влаги в почве /а ЗВ/ и испарение /И/ при внутрипочвенном поливе /модельный опыт/

По величине градиента р (д Р/д & , Па/м) и К (м3« сек -кг"1) рассчитывались горизонтальный и вертикальный /фильтрация/ потоки влаги в почве.

По мере удаления от оросителя и горизонтальный, и вертикальный потоки замедлялись. При Рц -10 кПа горизонтальный поток в слое

0-20 см в полосе шириной 1м, перпендикулярной оросителю, снижался от 1,1-10"3 м3/сут при £ >=0,20 м до 0,7» Ю"3 м3/сут при £ =0,53 м ; при Z =0,83 м поток уменьшался в 7 раз, при i »1,35 м - уже'в 30 раз. Фильтрация при £ »0,20 м составила I мм/сут, при £ =1,35 м уменьшилась почти в 7 раз /рис. 2/. При Ры -30 кПа наблюдались те же закономерности.

Изучение процессов передвижения влаги при внутрипочвенном поливе проводилось также в лабораторных условиях. С помощью монолита дерново-подзолистой почвы /высота I м, площадь поперечного сечения 2,25*10~2 i/7 была определена скорость расхода воды на фильтрацию, боковое рассасывание, испарение и увеличение запаса влаги в почве /рис. 3/. Суммарная скорость расхода воды линейно падает с 20,3 до 10,5 ым/сут в течение 115 суток, что объясняется постепенным выравниванием потенциалов влаги в верхних и нижних слоях, что приводит к снижению градиента давления, и снижением К вследствие набухания почвы и заполнения пор пузырьками газа. Скорость бокового рассасывания на протяжении опыта падает в 2 раза и более, хотя . доля её от скорости суммарного расхода- воды остается практически неизменной /около 3®/. Скорость фильтрации с течением времени плавно падает от 2,5 до 1,4 мм/сут, т.е. от 17 до 13% от скорости суммарного расхода. На испарение и увеличение запаса влаги в почве идет около 60$ подаваемой воды, боковое рассасывание составляет 27-30%, вниз фильтруется 10-13%.

4. Влияние влажности почвы и давления почвенной влаги на её доступность овощным культурам

Для выяснения влияния недостаточного увлажнения почвы на влаго-обеспеченность' растений был проведен лабораторный вегетационный опыт. В качестве критерия влагообеспеченности использовалась трансгшрация /Т/. В этом случае оптимальный водный режим растс-ний

соответствует уровню Р или № , при котором Т находится на потенциальном уровне /Т0/, максимально возможном при данных аэрометеорологических условиях /Алпатьев, 1954; Слейчер, 1970; Судницын, 1970/.

В работе определена зависимость между давлением влаги в почве и относительной гранспирацией (Т/Т0) растений при различных начальных уровнях влажности почвы / И/^/, т.е. сложностях выршцива-ния растений до начала иссушения почвы.

Салат, шпинат и капуста выращивались в вегетационных сосудах объемом 2,5 л. В первой фазе опыта /до начала почвенной засухи/ полив салата и шпината производился при снижении УУ до одного из следующих уровней / %^/г 19, 21, 24 и 29#, что соответствует полному давлению почвенной влаги /Р0/: -8,3*10^, -6,7-10^ и -4,2*10^ к11а (или Р капиллярному -70, -50, -30 и -10 кПа). Капуста выращивалась при Щ 24 и 292*. Через 35 дней после посева салата и шпината /фаза товарной зрелости/ и через 2 месяца после посадки капусты /фаза, начала образования кочана/ полив прекращался. Испарение с поверхности почвы было в несколько раз меньше Т, благодаря покрытию почвы слоем мульчирующего материала. Величина потенциальной транспирации принималась равной Т при /т.е. Рои-4,2'10^ кПа/, ЦХ и Т определялись взвешиванием сосудов I раз в сутки в ^-й фазе опыта и 3-4 раза во время почвенной засухи.

Обнаружено, что соотношение между Т/Т0 и Р зависит от Р0 /рис. 4/. Каждому уровню Р0 соответствует определенное критическое давление почвенной влаги /Р^/, при котором начинает снижаться Т/Т0» Для капусты и салата значения Р^ при Р0 -4,2-102 кЛа и -б,7кПа одинаковы. Р^ для шпината на I кПа выше, чем для капус^ч и салата. Это говорит о том, что белокочанная капуста и салат несколько более устойчивы к засухе, чем шпинат. Для испыты-

т/т(

1,0 0,8 0,6

0,4

0,2

капуста белокочанная I

-10?

13 v j- i /¿а

tío3

•Z J

салат

-10?

J V S 6 7&Э

10?

Влажности выращивания растений до начала почвенной засухи /Р0/: I - 29'Х /-4.2-102 rila/, 2 - 24?í /-6,7-IQ2 rila/; 3 - 21% /-8,3-10? rila/, 4 - I9?t /-103 rila/ Рис. 4. Зависимость относительной транспирации (Т/Т0) овощных культур от давления почвенной влаги (Р, rila)

ваемых культур прослеживается общая закономерность: кривые зависимостей Т/Т0 ог Р для различных Р0 пересекаются; в диапазоне снижающейся транспирации чем ниже Р0, тем выше значение Т/Т0, соответствующее заданному значению Р.. Это объясняется прежде всего снижением давления влаги в листьях-и других органах растений. Для салата и штата выявлена зависимость д Р от PQ. (лР)^ -

(Ркр^Р0'" (р'^г) » гДе (Pjm^v, - критическое давление почвенной

* О О * / ■ м

влаги для растений, выращенных при данном уровне PQ, (Р/р ~

давление почвенной влаги, соответствующее точке пересечения кривых T/TQ(P) для данного уровня PQ и T/TQ(P) для Р0, близкого к оптимуму /-4,2'1С? кПа/. Для салата эта зависимость описывается уравнением ¡Л Р|= 7,6-Ю"8-^3, для шпината - Р|- 7,7-Ю"6-• Й'6 /дРиР0, «Па/.

Скорость снижения транспирации при уменьиении Р для капусты несколько меньше, чем для салата и шпината. Например, при PQ

-б,7>I02 кПа отношение а Т/Т0: для капусты равно 1,3, для

салата - 4,3 и для шпината - 5,0. Это отношение может быть важной характеристикой засухоустойчивости растений. Так, для более засухоустойчивой капусты оно в 3,6 раза ниже, чем для шпината.

Оптимальный интервал капиллярного давления почвенной влаги для капусты и салата составляет от -5 до -10 кПа, для шпината - от -5 до -30 кПа.

5. Влияние различных способов орошения дерново-подзолистой почвы на водопотребдение и урожай овощных культур

В 1986 г. испытывалось влияние дождевания и удобрений на урожай капусты белокочанной и шпината /табл. I/. Наибольший урожай капусты, полученный при Рм -10 кИаупревысил контроль на 37%, при Ры -30 кПа - на 2454. Наивысший урожай шпината, полученный при Ры -30 кПа,превдошел контроль на 220?«, а при Рм -10 кПа - на I50K.

Сравнение действия орошения и удобрений показало, что наиболее сильно действующим фактором в данных климатических условиях /прохладное, влажное лето/ было действие удобрений, применение которых увеличило урожай капусты в 2,4-3,0 раза, шпината - в 4,1-4,Б раза. Совместное применение высоких доз удобрений и оптимизация водного режима повышают урожай капусты в 4-5 раз, шпината -в 8-10 раз.

В 1987 г, сопоставлялись результаты влияния внутрипочвенного орошения и дождевания на урожай капусты, в.1988 г. - на урожай салата и шпината /рис. 5/. Максимальный урожай капусты /9,6 кг на м2/ был получен при внутрипочвенном поливе при Ры -10 кПа на расстоянии 0,7 ы от увлажнителя; он на 14054 превысил урожай, полученный Hia контроле без поливали на 375« - урожай, выращенный при дождевании. При Ры -30 вПа на этом же расстоянии от увлажнителя урожа» в 1,8 раза /на 73%/ превзошел контроль и в 1,5 раза /на ЪШ/ - урожай, полученный при дождевании.

Таблица Г

Ехвянве поверхностного полива я удобрений на урожай ( кг/м2 ) овощных культур, 1986 год

Без удобрений С удобрениями добавка ^У™53 прибавок Прибавка Влияние

рм> ТпЛвЯЙ Прибавка Урожай Прибавка урохая от урожая от удоб- урожая от сочетания

Культура ¿цд урохая урожая удобрений рений и полива удобрений факторов

от от при раздельной и полива

полива полива применении при сов-

иестном

применении

П,0; П,0 - Н,0 П,У} П,У - Н,У П,У - П,0; (Н,У - Н,0) + П,У - Н,0 П,У - П,0

Н,0 Н,У Н,У - Н,0 Ш.о - Н,0) - Н,У +

Н,0

Капуста -10 3,1 1,6 7,4 2,0 4,3 5,5 5,9 0,4

-30 2,2 0,7 6,7 1,3 4,5 4,6 5.2 0,6

Н 1,5 - 5,4 0Л 3,9 - ■ - -

Шпинат -10 0,3 0,15 1,25 0,75 0,95 0,5 1.1 0,6

-30 0,35 0,2 1.6 1,1 1,25 0,55 1,45 0,9

н 0,15 - 0,5 - 0,35 - - -

Примечание. Варианты: П - с поливом, Н - без полива, У - с удобрениями, О - без удобрений

При внутрипочвенном орошении в интервале урожайности капусты

4 до 9,6 кг/м2 при Рм -10 кПа и при Рм -30 rila выявлены практически параллельные линейные зависимости между урожаем /Уг/ и расстоянием от увлажнителя / С- , м/, которые в общем виде описываются уравнением типа ^Ci- £1 /рис. 5/. При Рм -10 кПа У^ - 10,6-1,5 ^, коэффициент корреляции (1) -0,9910,01, при Рм -30 кПа 7¿ - 8,2-1,51 , 1 - -0,99 ±0,01. Влияние внутрипочвен-ного орошения сказывается на расстоянии 4,4 м от увлажнителя (Рц -10 rila) и 2,8 ы ( Рм -30 rila). Урожай при дождевании соответствует урожаю при внутрипочвенном орошении на расстоянии 2,4 и 2,2 м соответственно вариантам полива.

Из рис. 5 видно, что на всех расстояниях от увлажнителя разница в урожаях между вариантами полива примерно одинакова и составляет в среднем 2,5 кг/м2.

Таким образом, внутрипочвенное орошение капусты при обоих режимах полива эффективнее дождевания при расстояниях между увлажнителями менее 4,8 и 4,4 м соответственно вариантам Рм -10 и -30 кПа.

При внутрипочвенном орошении листовых зеленых овощей также наблюдается практически линейное падение урожая по мере удаления от оросителя /рис. 5/. Для салата и шпината уравнения зависимостей Уе от 6. в интервале урожайности от 0,7 до 2 кг/м2 представлены на рисунке 5.

Максимальный урожай салата получен при Ры -10 rila на расстоя-1гии 0-0,2 м от оросителя и составил 286% от контроля без полива и 458Я от контроля без полива и бее удобрений. Внутрипочвенное орошение салата проявляется на расстоянии 2,2 м и эффективнее дождевания при расстоянии между увлажнителями менее 2 м.

Наигцспглй урожай шпината получен также при внутрипочвенном ср'.т.еипп, но, в отличие от кспу с ты и салата, при Рц -30 rila. На

'ь

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

Салат

УЛ = 2,4-0,92- /1/ ■г =-0,981- 0,01

Уе = 1,4-0,41 /2/ г=-0,89£ 0,07

2,5 2,0 1.5 1,0

— • — • — О —

Л"

Шшшат

7е = 1,6-0,5 В /1/ г =>-0,91 £ 0,06

= 2,1-0,7£ /2/ х =-0,98 ГО,01

12

10

8 6

~ • — « —— С — л — • — »"УТ

0,5 1,0 1,5 2,0^ 0,5 1,0 1,5 2,0

Капуста

Уг = 10,6-1,51 /1/ г=-0,99± 0,01

Уг. = 8,2-1,52 /2/ X =-0,99 ±0,01

♦ — О — ©

Т£

I I

1,0 2,0 ^3,0 ¿С С

Рис. 5. Зависимость между урожаем /У^ , кг/и2/ овощных культур и расстоянием от увлажнителя внутрипочвенного орошения / £-, м/ при различном предполивном каяшимрноы давлении почвенной влага /Рц = -10 кПа (1) и Рм = -30 кПа (2)/

Ук

х - урожай при дождевании, — в - - контрольный урожай , ¿к — расстояние от увлажнителя, на которое распространяется действие орошения

м сл

У

У

расстоянии 0-0,2 м от увлажнителя он составил 252# от контроля ,рэз .полива, 59436 от контроля без полива и без удобрений и 158% от урожая при дождевании. Внутрипочвенное орошение шпината проявляется на расстоянии 2,4 и /?и -30 кПа/ и 2,6 л /Ры -10 кПа/, оно эффективнее дождевания при расстоянии между увлажнителями менее 2,2-2,4 ы в зависимости от Рм.

Для каждой из испытываемых культур был рассчитан коэффициент водопотребления /КВ/, равный отношению суммарного расхода влаги на эвапотранспирацию /из-почвенного запаса плюс атмосферные осадки/ за время вегетация данной культуры к биомассе её урожая. Самое низкое значение КВ при дождевании, рассчитанное для сырой биомассы /63 и 54 для капусты в 1986 и 1987 г.г. соответственно; 53 и 75 для шпината, соответственно в 1986 и 1988 г.г.; 69 для салата в 1988 г./ соответствует наибольшему урожаю /рис. 6/. Это подтверждает положение о-том, что повышение урожайности обусловливает более экономичное расходование во^ы и снижение КВ /Влада-чинский, 1972; Голованов и др., 1976/.

Зависимости КВ от урожая /У/ для капусты в интервале урожайное ти от 4 до 7,5 кг/м^ и для листовых зеленых овощей в интервале от 0,5 до 1,6 кг/м^ при дождевании и без полива описываются лине! нши уравнениями: КВ * 84,2-3,2У (2« -0,68±0,22) для капусты и КВ = 139,2-44,9У (-*« -0,85* 0,11,) для салата и шпината /рис. 6/ Среднее значение КВ для капусты составило 65, для салата и шпината - 90.

Для расчета оптимального расстояния между линейными оросителями при внутрипочвеннои орошении необходимо знать, как расходуета оросительная вода на разном расстоянии от оросителя. Поскольку точные прямые измерения расхода на очень малых участках весьма затруднительны, можно приблизительно определить его расчетным путем. При этом допускаем, Что питательные вещества не являются

КВ 140

120 100

80 60

2 4 б 8 У, кг/ы2

о - капуста, 1986 г., • - капуста, 1987 г., в - шпинат, 1986 г., х - шпинат, 1988 г., о - салат, 1988 г.

Рис. 6. Зависимость между коэффициентом водопотребления /КВ/ и урожаем /У/ овощных культур

лимитирующим фактором, а КВ постоянен в пределах полученных урожаев для каждого из вариантов опыта. Это равносильно тому, что прибавка урожая по сравнению с контролеи пропорциональна расходу оросительной воды. Отсюда для казадой из испытываемых культур можно подсчитать локальный /дифференциальный/ расход поливной воды на эвапотранспирацию /фильтрация при этом не учитывается/ в любой точке орошаемой зоны, где проявляется действие орошения (В{, кг /м2).

Учитывая вышеизложенное, можно записать:

Ьь

%

(--К 6), /I/

и

о

Ве В о-е. шпинат Ве в ОС шпинат

50 ■ 250 • «I

40 30 - 1 * ✓ 200 150 - *• - * 2

20 10 N. ' * ^^ х" к к " Хг А 100 50 " // ■г ! • > В „I

0 I 2 3 е- 0 I 2 з г

-Вр,---Вр_е; I - Рм -10 нПа, 2 - Рм -30 Й1а

Рис. 7. Дифференциальный кг/м2/ и интегральный /В0-е, кг/м/ расход вода (иэ оросительной нормы /А/ и из оросительной нормы и осадков /Б/ ) на эвапотранспирацию при внутрипоч-венном поливе овощных культур на различном расстоянии от увлажнителя / В , м/

где ^ - а - Н , кг/ы2; ^/к - контрольна для данной культу- , ры урожай, кг/и2 /рис. 5/; Вк - расстояние от внутрипочвенно-го увлажнителя, на которое распространяется действие орошения, м» - оросительная норка, кг на поливную полосу длиной I м и шириной м, т.е. кг/м.

Подставляя в уравнение /I/ значение и интегрируя его, получим уравнение /2/:

Р, - V . (Л-** - /2/

Интегральный расход поливной воду на эвалотранспирацию на любом интервале от £ ^ до , ^ ^ ( В^ # _ £ , кг/ы ) в пределах от внутрилочвенного увлажнителя до ¿к можно выразить уравнением: » ' 1' е

Если интервал начинается от оросителя / ^^ ■ 0/, то уравнение /3/ редуцируется в уравнение /4/:

где I е [о; М.

Расход воды на эвалотранспирацию из оросительной нормы и осадков можно выразить соотношениями, представленными ниже:

л

ч

а

и

/ ¿1 О

(- КБ)

/5/

где - количество осадков за период вегетации растений, кг/м. Отсюда, учитывая, что ^ « (Х- - &£. , получим:

' Л - ¿>£

Б, = С^^)'

/6/

Ь

при

а

и (а-4-её

/в/

где £ £ 10\Ы.

Результат« расчетов по этим уравнениям представлены на рисунке 7. При этом Щ для капусты белокочанной - урожай без полива, так как оросительная вода и удобрения подавались раздельно,

для салата и шпината - урожай без полива и без удобрений, так как удобрения подавались с оросительной водой /рис, 5/.

Интенсивность расхода воды на евапотранспирацию уменьшается по мере удаления от оросителя.

Такой подход позволяет рассчитать для каждой из испытываемых культур среднее по всей орошаемой площади значение коэффициента

водопотребления. КВ для капусты равен 43 /Рц -10 rila/ и 50 /Fu -30 кПа/, для салата - соответственно 66 и 93, для шпината -99 и 73.

Таким образом, внутрипочвеншй полив овощных культур на окультуренной дерново-подзолистой суглинистой почве обеспечил стабильное повышение урожая по сравнению не только с контролем, но и с дождеванием. Повышение урожая при внутрипочвенном поливе сопровождается более вкономным расходованием воды на производство наземной биомассы /уменьшение КВ/. Это ещё раз подтверждает перспективность применения внутрипочвенного полива под овощными культурами в южной части Нечерноземной зоны.

ВЫВОДЫ

1. Выявлен оптимальный диапазон увлажнения окультуренной дерново-подзолистой суглинистой почвы, обеспечивающий получение максимальных урожаев овощных культур. Как при дождевании, так и при внутрипочвенном орошении он соответствует для капусты белокочанной и листового салата капиллярному давлению почвенной влаги (-5) - (-10) кПа, для шпината - (-5) - (-30) вПа. Установлено, что в условиях юга Нечерноземной зоны снижение давления почвенной влаги ниже оптимального диапазона приводит к уменьшению урожая в засушливые периоды, что требует применения дополнительного орошения.

2. Поддержание оптимального диапазона увлажнения почвы в течение вегетационного периода приводит к увеличению урожая овощей /по сравнению с неполивным вариантом/ в среднем по орошаемой площади; при внутрипочвенном поливе для капуста - на 4,0 кг/м2 /1009«/, салата - на 0,78 кг/м2 /92*/, шпината - на 0,65 кг/м2 /81%/; при дождевании для капусты - на 3,0 кг/м2 /75*/, салата -

0,72 кг/м2 /855«/, шпината - 0,48 кг/м2 /60%/.

3. При внутрипочвенном орошении урожай / У^ , кг/м2/ овощных культур падает по мере удаления / ^ , м/ от оросителя. При оптимальном режиме орошения для капусты У^ «= 10,6 - 1,5^, для салата У^ «= 2,4 - 0,9(? , для шпината Уг «= 2,1 - 0,7^ . При внутрипочвенном орошении капусты урожай больше, чем при дождевании при t < 2,2 - 2,4 м, салата и шпината - при I < 1,0 - 1,2 м. Таким образом, при расстоянии между увлажнителями менее 4,4 и для капусты и 2,0 м для-салата и шпината внутрипочвенное орошени эффективнее дождевания. -

4. Коэффициент водопотребления /КВ/ овощных культур в интервале урожайности капусты 4,0-7,5 кг/м2 и листовых зелёных овощей 0,5-1,6 кг/м2 линейно уменьшается при увеличении урожая в соответствие с зависимостью КВ = 84,2 - 3,2 У для капусты и КВ г 139,2 - 44,9 У для салата и шпината, он варьирует в пределах 54-72 для капусты и 53-130 для салата и шпината.

5. При внутрипочвенном поливе происходит интенсивное горизонтальное и вертикальное движение влаги: горизонтальный поток в пахотном слое /0-20 см/ в полосе шириной I м, перпендикулярной оросителя, замедляется от 1,1*10"® м3/сут на расстоянии 0,2 м от оросит«^ до 0,04'10~® ы3/сут при С* 1,35 м. Фильтрация падает от I мм/сут при £ - 0,2 м до 0,15 мм/сут при £ ■■ 1,35 ы

Выведены уравнения, выражающие расход воды на ввапотранспира-цию при внутрипочвенном поливе, которые дают возможность определить вффективность влияния внутрипочвенного орошения на различны расстояниях от линейных увлажнителей, что позволяет рассчитать оптимальное расстояние между ними.

6. Доступность почвенной влаги растениям, выражающаяся в виде зависимости относительной транспирации (Т/Т0) от увлажнённости

почвы (влажности или давления почвенной влаги /Р/) зависит от Р, при котором растения выращивались до начала иссушения почвы /Р0/. Чем ниже Р0, тем выше значение Т/Т0 , соответствующее заданному значению Р. При этом выявлена зависимость д Р от Р0. (л Р)р - (Р„р)р - (Р'^р » ГД0 (Ркр)р ~ критическое давление почвенной влаги, при котором начинает снижаться Т/Т0 для растений, выращенных при данном уровне Р0; (Р'^р " давление почвенной влаги, соответствующее точке пересечения кривых Т/Т0(Р) для данного уровня Р0 и Т/Т0(Р) для Р0, близкого к оптимуму (-4,2* 1(? кПа). Для салата эта зависимость описывается уравнением (л Р|- 7,6<10"§|р5|'3 , для шпината - |д Р[- 7,7-Ю"б.|р|'6 / д Р и Р0, кПа/.

. По материалам диссертации опубликованы и сданы в печать следующие работы:

1. Эффективность поверхностного и внутрипочвенного орошения капусты на дерново-подзолистой почве// Вестн. Моск. ун-та. Серия 17. Почвоведение. 1988. * 3. С. 53-54.

2. Эффективность удобрений при различных способах полива овощных культур// Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия. М., 1988. С. 92-93 (в соавторстве).

3. Определение оптимального уровня увлажнения дерново-подэолис-той почвы под овощными культурами// Каучн. докл. внеш. школы. Биологические науки. 1990. Р I. С. 115-119 (в соавторстве).

4. Влияние увлажненности почвы на транспирацив растений// Мат. IX конф. молодых ученых ф-та Почвоведения МГУ. М.: ВИНИТИ, 1987.

5. Определение оптимального уровня увлажнения и способа полива

дерново-подзолистой почвы под капустой белокочанной и шпинатом// Роль почвы в управлении продуктивностью агроценоаа. Л.5 1989.

С..

6. Влияние различных способов орошения дерново-подзолистой почвы на урожая овощных культур// Почвоведение, в печати (в соавторстве).

Зак.89.Под. ■ печ.Ю/Х-90г.0бъем 1.25п/л.Тир.120.

Типография ВНШТЭИагропром