Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИНФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ОРОШЕНИЯ КОРМОВОЙ СВЕКЛЫ НА ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ САРАТОВСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "ИНФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ОРОШЕНИЯ КОРМОВОЙ СВЕКЛЫ НА ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ САРАТОВСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ"



На правах рукописи

Каледина Ирина Петровна

ИНФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ОРОШЕНИЯ КОРМОВОЙ СВЕКЛЫ НА ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ САРАТОВСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

/

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов - 2004

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова".

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Чумакова Людмила Николаевна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Денисов Евгений Петрович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Косачев Александр Михайлович

Ведущая организация - ФГНУ «Волжский НИИ гидротехники и мелиорации»

Защита состоится в часов на заседании диссер-

тационного совета Д 220.061.05 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" по адресу: 410600. г, Саратов. Театральная пл., 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ\

Автореферат разослан 3- ?. _2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ^"а '

доктор сельскохозяйственных наук, /Ли^"

профессор . ^ / Пронько Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Заволжье - одии ю ведущих аграрных регионов России. Проблема получения здесь высоких урожаев кормовых культ>р осложнена частыми засухами и суховеями, в связи с чем орошение является важнейшим мелиоративным приемом стабилизации сельскохозяйственного производства к любые но в л атообеспеченност годы. Одной ю наиболее отзывчивых на орошение культур является кормовая свекла, которая, как представитель сочных кормов, по своей значимости в кормовом рационе животных не уступает силосу. Г1о количеству питательных веществ, получаемых cira, кормовая свекла превосходит все культуры.

Однако орошению, как свидетельствует опыт последних десятилетий, сопутствуют такие экологически неблагоприятные' явления, как подъем уровня грунтовых вод, засоление и другие, снижающие плодородие почв. Причинами таких явлений являются не только потери ю оросительной сстн, отсутствие дренажных систем, но и иифнльтрационные потери поливной волы на орошаемых нолях, которые отдельно не определяются и, как правило, включаются в суммарное водопотребзение, что привод! гг к завышению оросительных норм. Поэтому исследования, направленные на ! пучение инфильтрационных потерь при различных режимах орошения кормовой свеклы, представляются нам актуальными.

Целью исследований является определенно инфнлътраинонных потерь при рззжгтых режимах орошения кормовой свеклы для выявления ресурсосбе-регаошего режима орошения, а также для получения достоверных параметров расчета суммарного испарения, олагозапасоа и сроков поливов кормовой свеклы.

В связи с этим в задачи исследований входило:

- установить, влияние различных режимов орошения на суммарное водоно-требление, урожайность кормовой свеклы и коэффициент недопотребления;

- экспериментально определить водно-физические свойства почвы, в том числе коэффициенты фильтрации и влагопроволности в зависимости от влажности к давления почвенной влаги;

- изуч1гть динамику влажности к потешталов (давления) почвенной влаги с помощью тензнометров, т.е. получить основную гидрофизическую характеристику (ОГХ) для темно-каштановых почв;

- определить величину влзгопереноса (инфильтрации) за пределы корне-

обнгаемого слоя кормовой свеклы при различных режимах орошения в разные___

по влшхюбеспечснности годы; j

ли:.-:

тхгЫШС^. I

- установить биоклиматнческие коэффициенты и интегральные кривые суммарного испарения кормовой свеклы, а также коррективы к ним, учитывающие метеорологические особенности расчетных периодов и складывающийся режим почвенной влаги, позволяющие проводить расчет суммарного испарения и сроков поливов.

- дать экономическую и энергетическую оценку эффективности возделывания кормовой свеклы при разных режимах орошения.

Основные положения, выносимые па зашнту:

- структура элементов водного баланса при различных режимах орошения кормовой свеклы о разные по увлажненности голы;

- значения потенциалов почвенной влаги и ннфильтрашюнных потерь при различных режимах орошения;

- эмпирические зависимости коэффициентов влаго про водности ог влажности для почвогрунтов разного гранулометрического состава;

- биоклимастческне коэффициеты суммарного испарения кормовой свеклы г» зависимости от нарастающих сумм приведенных температур и интегральные кривые суммарного испарения.

Научная мопнзиа исследований заключалась в том, что:

- впервые для условий Саратовского Заволжья в структуре элементов водного баланса орошаемого поля кормовой свеклы выделены инфильтрадионные потери при осуществлении различных режимов орошения в разные по увлажненности голы;

- получены достоверные биоклиматнческие коэффициенты кормовой свеклы, рассчитанные по величине испарения, определенного методом водного баланса, ш которого выспались инфнльтрациониые потерн;

- экспериментально определены зависимости коэффициентов влагопро-водносш ог влажности И давления почвенной влаги, позволившие рассчитать величину влагопереноса.

Практическая значимость работы;

Применение разработанного умеренного режима орошения кормовой свеклы, при котором предполнвная влажность почвы поддерживается на уровне 70-75 % НВ, обеспечивает снижение ннфнльтрационных потерь на 8-П % но сравнению с рекомендуемым интенсивным режимом.

Результаты работы внедрены на полях орошаемого севооборота ЗАО «Октябрь», где сроки по.-пшов кормовой свеклы рассчитывались по полученным биоклиматическим коэффициентам и поправкам к ним, при этом оросительная

норма била снижена на 7-1 Oí ó, а урожайность культуры а хозяйстве возросла в среднем на 4-5 т/га. Это свидетельствует о целесообразности использования полученных параметров суммарного испарения при расчетах режимов орошения кормовой свеклы на темно-каштановых почвах Саратовского Заволжья.

Апробация работы.

Основные результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГЛУ им. Н.И. Вавилова 19982004 г, на международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения доктора сельскохозяйственных наук М.Н. Багрова в Волгограде, 2001 г., на Вавиловскнх «пениях в ФГОУ ВПО «Саратовский ГЛУ ilm, Н.И. Вавилова» 2003 г.

Публикации. Опубликовано 9 печатных работ, в том числе по материалам диссертации - 7 общим объемом 1,82 ».л., нз них авторских - 0,72 п л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит га введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 256 источников, в том числе 11 на иностранных языках, 8 приложений, Работа изложена на 1S1 странице, содержит 26 рисунков и 19 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Услоння м методика проведения исследований.

Исследования проводились в 1998, 1999 и 2000-ом голах на орошаемых полях кормовой свеклы сорта Эккендорфская желтая, расположенных п ЛО«Новое» Энгедьсского района Саратовской области.

По агроклиматическому районированию Саратовской области территория АО «Новое» огноаггея к третьему агроклиматическому району, который характеризуется как очень теплый, засушливый.

Годы псслеловаштй были различны по метеорологическим условиям: 1998 год - острозасушлнвый, 1999 год—среднсзасушливый, а 2000 год- влажный.

Почвы опытного участка террасовые, темно-каштановые, легко глинистые, срслнемощные. Под шгми до глубины 1,40 - 1,60 м залегают шоколадные глины, трсишноватые в сухом состоянии и сильно уплотняющиеся при увлажнении. Глины подстилаются легкими суглинками, переходящими в лхтьнеЙшем в супеси н пески, В песках на глубине 8-10 м расположены слабомннералюованиые (0,5 г/л) грунтовые годы. Грунты зоны аэрации имеют слоистое строение.

Содержание тубуса в слое 0-40 см колеблется от 3,31 до 3,65 %. В этом же слое содержится: азота - 60 кг, фосфора 500 кг, калия - более 300 кг на гектаре.

По данным В. И. Гречкина, в 100 г почвы содержится гидролизусмого азога 3,645,60 мг; Р205 - 1,4-2,7 мг (по Мачигину); К;0 - 50-51 мг(по Протасову), Следовательно, эти почвы обеспеченны достаточным количеством питательных веществ.

Опыт рендомгонрованный, проводился на трбх вариантах, заложенных в четырехкратной повторности (Доспехов Б.А., 1973). Полив проводился дождевальной машиной «Днепр» ДФ-120, работающей позиционно. Каждая повтор-ность вариантов поливалась от одного гидранта.

Схема опыта по предполивкым порогам была следующая:

I вариант - $0-85% от наименьшей влагоемкости (НВ) — интенсивный режим орошения: II вариант - 70-75% НВ - умеренный; Ш вариант - 60-65% НВ - жесткий. Расчетный слой был принят глубиной 0,6м.

Для определения потенциалов (давлений) почвенной влаги и величины вла-гопереноса были го готовлены и установлены тегаиометры на всех вариантах в 4-х кратной повторности горизонтально в шурфах вд глубинах 0,30; 0,60; 0,90; 1,20; 1,50 м и вертикально в скважинах до глубины 2,50 м.

Плотность почвы определялась в трёхкратной повторности в начале и конце вегеташш кормовой свеклы каждый год по методике С. В. Астапова. Образцы отбирались через каждые 10 см в первом метре и через каждые 20 см во втором метре пугбм взятия проб почвенным буром А. Н. Качинского. Наименьшая вла-гоемкоегь определялась до глубины 2,0 м методом затопления площадок. Поливная норма нетто учитывалась дождемерными стаканами, установленными на поверхности почвы через 2,0 метра параллельно водопроводяшему поясу дождевальной машины «Днепр» ДФ-120 на каждой повторности. Осанки учитывались осадкомерамн Третьякова, установленными на высоте 2,0 м, а па поверхности почвы осадки учитывались почвенными дождемерами. Влажность определяли каждую декаду вегетационного периода, а также до и после поливов, после обильных осадков. Использовали термостзтно-весовой и тешиомстрическнй методы.

Суммарное испарение кормовой свеклы определялось по уравнению водного баланса:

Е^-и'. + т^ + Х-Г (I)

где и \УК - запасы влаги в расчетном слое почвы соответственно в начале и конце расчетного периода, мм; X, — осанки и поливы, поступившие на поверхность почвы, мм.

Ежедекадно рассчш-ывались биоклиматические коэффициенты Кф»:

~ Ефв^^фи, (2)

где н - соответственно суммарное испарение и дефицит влажности шшуха за каждую декаду. Были рассчиганы средние за 1рн гола бииклиматические козффшшещы кормовой свеклы Кср и поправки к ним, рекомендуемые И.А. Крником. Поправки на влажность <?1 рассчитывались но выражению:

гле \У„ означают то же, что и в формуле (1), а величина \УС[> - средние вла-

гоззкасы за расчетную декаду, определяемые выражением \Уср « ——и

влагозапасы до и после полива при наименьшей влагоемкости. Поправки на метеорологические условия расчетного периода конкретного года, отличающегося от среднемноголстнего, определялись выражением:

где все обогшачешш прежние.

Величина инфилырашюппых потерь определялась но обобщенному уравнению Дарен при использовании термодинамической теории потенциалов почвенной влаги:

Г-КввгайФч-КвЛ*/, (5)

ь

где Г- удельный расход влаги; ДФ - разность потенциалов почвенной влаги, м; Н — глубина слоя, м; К» — коэффициент влаго проводи ости, мм/сут, I — период наблюдений, с)т.

Дтя тарировки тешиочетров одновременно со снятием показаний ртутных манометров проводили определение влажности термостатно-весовым методом. Бурение проводилось при изменении показаний ртутных манометров на 2 — 3 см. По данным фактической влажности и показаниям теданометров строились тари-ровочные кривые (ОГХ). В последующем они использовались для установления сроков поливов и при расчете инфнльтрационных потерь.

Коэффициент плато про вод] юсти определялся нами экспериментально по методике, описанной Л.М Рексом (1971) и А.И. Хохловым (1988). В каждой ли-тологической разности, слагающей зону аэрации, отрывался отдельно монолиг. Повгорность каждого монолита была трехкратной. В диссертации приводится схема и методика измерения коэффициентов фильтрации и вдагоироводноети.

При проведении нолевых опытов нами выполнялись все необходимые агробиологические наблюдения в соответствии с существующими методиками полс-

вы.\ опытов. Учет урожая провожен) с 1 тошным методом на учетных делянках размером 50 м1 (Доспехов Б.А., 1973),

Агротехника на всех вариантах была общепринятой. На всех вариантах вносился I юлуперепревший навоз в одинаковой дозе 30 т/га.

Энергетическая эффективность рассчитывалась но методике М.М. Ссвернева (1991)ндр.

Результаты водпобаланеовых исследований.

На всех вариантах опыта определялись элементы водного баланса, сроки проведения поливов н по данным влажности строились хроношоплеты за все годы исследований. В таблице 1 приведены элементы водного баланса орошаемого поля кормовой свеклы опытного участка за период исследований с 1998 г. по 2000 г. Так как 1998 г. относился к острозасушливому, то и оросительная норма на всех трех вариантах в этом году была наибольшей 455 - 600 мм при крайне незначительном количестве осадков, выпавших за вегетационный период. В этом году на варианте (80-85% НВ) было проведено 15 поливов поливной нормой 400 м3/га (рнс.1), на умеренном варианте - 9 поливов нормой 600 м3/га; на варианте (60-65% НВ) - 6 поливов нормой 750 м'/га. В среднезасушливом 1999 году соответственно по указанным варншггам провели 10, 6 и 4 полива. Во влажном 2000-м году по варищггам опыта было проведено 6, 4 и 3 полива соответственно теми же нормами.

Таблица 1

Элемент водного баланса за тды исследований

Год исследова- Предполивной Осад- Оросительная норма, М, мм Использование почвенных ела-гозаласов AW, Инфильтрация, Суммарное испарение Е, мм

порог влажности, %НВ ки X, /

ний мм мм мм %отЕ

80-85 45 600 17 46 7,5 616

1998 70-75 45 540 21 41 7,3 565

60-65 45 455 32 38 7,7 494

80-85 145 400 25 50 9.6 520

1999 70-75 145 360 34 46 9,3 493

60-65 145 285 39 42 9.8 427

80-85 337 240 10 65 12,5 522

2000 70-75 337 222 -8 62 12,3 489

60-iS 337 193 15 60 12,8 485

В острозасушливом 1998 году суммарное испарение на всех вариантах достигло самых высоких значений за годы исследований и соответственно составило 616,565 и 494 мм.

Как следует щ таблицы 1, инфильтрация на умеренном варианте оказалась меньше на 5 мм, т.е. на 10,9% но сравнению с интенсивным вариантом, а, на варианте 60-65 % НВ на 8 мм, т.е. на 17,4%. В 1998 г в отдельные периоды наблюдался не только нисходящий поток влаги, по и восходящий вдагоперенос.

[3 среднсзасушливом 1999 г., когда осадки были близки к среднемноголег-ним значениям и составили 145 мм, суммарное испарение уменьшилось на вариантах опыта по сравнению с 1998г. Естественно и оросительная норма была ниже 285-100 мм, величина инфильтрации при этом несколько возросла за счет нисходящего влзгопереноса. Различие п инфильтрации по вариантам в этом году по сравнению с 1998г уменьшилось весьма незначительно и в процентном выражении составляло 8 и 16 % соответственно.

В исключительно влажном 2000 году с осадками за вегетационный период 337 мм более чем в 2 раза была уменьшена оросительная норма по сравнению с 1998г. Используемые почвенные влагозапасы принимали отрицательное значение на умеренном варианте за счет высокой влажности в конце вегетации, инфильтрация же была самой большой за годы исследований. Суммарное испарение в эгом году изменялось от 485 до 522 мм, а- инфильтраш!я по вариантам изменялась от 12,3 до 12,8 % от Е. Наибольшее среднесуточное потребление влаги на всех вариантах было в период интенсивного роста листьев. В среднем за три года оно составило 5,9 — 6,3 мм/сут, а к концу августа в период интенсивного роста корнеплодов и накопления сахзров оно уменьшалось до 4,5-3,8 мм/сут (табл. 2),

Ежегодно по данным о влажности на всех вариантах строились хроноизоплеты влажности, наглядно иллюстрирующие динамику почвенной влаги. На рис. 1 представлены такие хроноизоплеты для условий осгрозэсутливого 1998 года на варианте с шгтснсивным режимом орошения. В этом году массовые всходы кормовой свеклы зарегистрированы 5 мая, когда запасы влаги в почве составили 193 мм. Быстрый рост температур и дефицитов влажности воздуха обусловил в период до смыкания междурядий на интенсивном варианте 3 полива умеренном — 2 полива, жестком — один. Для поддержания влажности 80-85% НВ в расчетом слое проводили частые поливы, что обусловило такое очертание хрононзоплет (рис, 1). При снижении нредполивного порога увеличивались как межполнвные периоды, так и поливные нормы на вариантах с умеренным и жестким режимами увлажнения, поэтому хроноизоплеты па этих вариантах не так* круто поднимались к поверхности за счег более глубокого увлажнения поливами. Интенсивное пересыхание верхних почвенных слоев при отсутствии осад-

20 30 1С 20 10 26 ЗД 10 20 » 10 20 30

Месяц маА hkhtb июль | mivct емпбм

Рис. 1 -Хрснюикшеш (в % от массы сухой почвы) >ш вариаше (80-85 % ПВ) в 1998 г

ков привело к тому, что на варианте 80-85% НВ в 1998 г. было проведено еше 12 поливов, а на вариантах (60-65 %НВ) и (70-75 % НВ) еще 5 и 7 соответст-

Таблииа2

Водопотребленне и биоклиматические коэффициенты кормовой свеклы в среднем за 1998-2000 гг.

Период вегетации Сумма среднесуточных температур Суммарное водопсь ■ требление НЕ, мм Среднесуточное возопотребле-иие Е ф, мм/сут Биоюшмати-ч ее кие коэффициенты К, мм/мб

Всхоль-с мыкание ботвы в ря- 203 17,5 1.7 0,1«

ду (всходы - 10 листьев)

Смыкание ботвы в ряду- смы- 651 70,0 2,6 0,26

кание междурядий

(10-20 листьев)

Смыкание междурядий— раз- 464 4$ 0,38

мыкание междурядий

(21 - 30 листьев) 572 120,3 6,3 0,47

(31 -40 листьев) 616 131 л 5,9 0,36

(41 - 50 листьев) 654 98,4 3,8 0,27

51 лист-уборка 375 30.9 1.8 0,20

венно. В исключительно влажном 2000 голу характер изменения влажности, а, следовательно и влагоза

пасов, был совсем иной, при обильных осашсах, как нрн поливах, наблюдались линии разрыва хроноизоппет, то есть резкое возрастание влажности.

Различные режимы орошения но вариантам опыта, обусловившие разные оросительные и поливные нормы, их число и сроки проведения, повлияли не только на динамику почвенной влаги, но и на урожайность кормовой свеклы (табл.3).

Таблица 3

Урожайность кормовой свеклы по вариантам опыта за голы исследований, т/га

Годы исследований Варианты по ггредлоднвиым порогам, *А НВ НСР,^ т/га

80-85 70-75 ЬО-65

199Х 90.8 913 77,1 из

1999 88,7. 84,5 78,3 1,36

2000 84,4 82.5 80,6 0.4У

В среднем за 3 гола 90,0 86,1 78,7

Эффективность орошения кормовой свеклы характеризуется не только урожайностью, но н затратами на формирование единицы продушин, то есть коэффициентом водопогребления К». Зависимость К, от урожайности представлена на рис 2, из которого видно, что на варианте (80-85 % НВ) К, принимает несколько большие значения по сравнению с другими вариантами (рис. 2).

Рис.2 Зависимость коэффициента суммарно го водопотребяепия от урожайности

кормовой свеклы

♦На рисунке 2. использовались данные Серовой Л.А. (*) на ««орошаемом участке кормовой свеклы в АО «Новое» й 1998-2000годы.

Бноклнматнческне коэффициенты и коррективы к ним.

По данным воднобалансовых исследований нами были рассчитаны биоклиматические коэффншюты за каждый год и средние за 3 года, и построена их зависимость от нарастающих сумм приведенных температур воздуха (рис. 3.).

При проведении расчетов биоклиматических коэффициентов К из величи- . ны суммарного водопогребления вычитались инфильтрашгонные потери, определенные тензиомстрическим методом. Анаша биоклиматических коэффициентов, полученных в разные по увлажненности годы, подтверждает их временную изменчивость, о которой говорится в работах многих авторов на протяжении последних двух десятилетий.

Кривые влажных лет расположились выше кривых засушливых лег. Аналогичная закономерность отмечена в работе И,А, Кузшоса (1979). Максимальные значения биоклиматических коэффициентов кормовой свеклы во влажные годы достигали 0,57 мм/мб, а в засушливые годы они были не более 0,44 мм/мб. Это объясняется тем» что в засушливые годы по сравнению с влажными дефшогт влажности воздуха возрастает гораздо интенсивнее, чем суммарное испарение, а

К, мм/мб

0,6

г 0.5

Я

г 0.4

* 0,3

1 0.2

£

0.1

14

0

! 5 : /V I (

! 1 !

1 ; ЧТ^е—^ ^ \ ! 1 "Ч | | 1—0—1Э98тод: \ \ ! : ----1999 год -- 2000 год ^""чо^4*^- . 2 ■ ]---среднее;

л 1 1 1 1 1 1 1 1 ^^ 1 1

1 ! !

500

1000

1500 • 2000 2500 „ 3000 3500 4000

Илр.

Рис.3 Зависимость биоклиматических коэффициентов от суммы приведенных температур К ^ Г пр) для кормовой свеклы

так как К рассчитывали по формуле (2), то понятно почему в засушливые годы уменьшаются значения биоклиматических коэффициентов. Так в 1998 году дефицит влажности воздуха возрос почти в два раза, по сравнению с влажным 2000 г, в то время кок суммарное испарение увеличилось только на 20 %.

В таблице 4 приведены рассчитанные нами поправки, учитывающие отклонение метеорологических условий расчетного периода от среднемноголет-них, т.е. фгИ^ЗДи.ОДр).

Таблица 4

Поправки <рг к средним биоклиматическнм коэффшше>тгам кормовой свеклы

) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 | 1,0 | 1.1 | 1,2 и I 1.4 1,6

<Рг | 1Л9 1Д5 1,12 1,10 1,05 | 1,02 ) 0,91 | 0,в8 0,84 0,73 0,70 0,65

В связи с тем, что между суммой тепла, расходуемого на испарение и суммой дефицитов влажности воздуха имеется тесная корреляция, мы рассмотрели зависимость интегральных значений суммарного испарения кормовой свеклы от сумм дефицитов влажности нарастающим итогом от всходов кормовой свеклы до конца вегетации. В течение вегепшиошюго периода кормовой свеклы может происходить рост или снижение транспирации к испарения с поверхности почвы, но за возрастающие периоды наблюдений суммарное испарение обязательно нарастает при одновременном нарастании суммы дефицитов влажности воздуха

На рисунке 4 представлены такие интегральные кривые, построенные по данным водного баланса с учетом инфильтрации за 1998, 1999,2000 гг., которые расположились следующим образом.

та0 -. 1 ! 1 1 ^ >

500 1**

...... 1 1

^ 1 1 г

ТОО п

1 1 !

2<1мбар

о ЬОО 1000

О- ■ обеспеченность 5-10% (1998 г.) -— — обеспеченность 80-90% (2000 г.)

1500 2000 2500

■ - обесовченносп,40*(199Эг.>

Рис. 4 Интегральные кривые суммарного испарения кормовой свеклы в зависимости от сумм дефицитов влажности воздуха для лет разной обеспеченности по дефициту водного баланса

Нижиля криаая характеризует острозасушпианй 1998 год, когда сумма дефицитов влажности воздуха за период вегетации кормовой свеклы составила 2369 мб, - а суммарное испарение - 617 мм. Выше всех расположилась кривая влажного 2000 года. Сумма дефицитов влажности воздуха в 2000 — ом году составила всего 1386 мб, а суммарное испарение лишь 527 мм. Кривая 1999-го года занимает среднее положение.

Подобное положение кривых в разные по метеорологическим условиям годы является следствием опережающего роста И над ЕЕ. В засушливые годы, благодаря более интенсивному росту —<1 по сравнению с ЕЕ, одно и то же значение суммы дефицитов влажности воздуха от момента массовых всходов соответствует меньшим ^значениям суммарного испарения, наблюдаемым за более короткий период времени по сравнению с влажными голами, что обусловливает такое расположение кривых на рис. 4. Однако, за всю вегетацию суммарное испарение в засушливые годы превышает испарение во влажные годы.

Результаты термодинамических исследований. Основную гидрофизическую характеристику почв и грунтов (ОГХ) или тарировочную кривую тензно-метров мы определили экспериментально в поле при одновременном определении влажности термостатно-весовым методом и давления почвенной влаги с помощью тензиомегров (рис. 5). ■

а

На рисунке четко разделились кривые для грунтов разного гранулометрического состава. При одной и той же влажности наибольшее по абсолютной величине давление имеет место в шоколадной глине, меньшее в почвенной толще и наименьшее в суглинках.

Р м вил ст

12 119

те

I i* -

я

ti

I '

I"

= «г

1 «

0.4 О -

Ш2

Влажность в ао**х от объема

Рис.5 Тарировочные кривые зависимости давления почвенной влаги от влажности почвы и грунтов

По объяснению А.А. Роде (1965), Б.Н. Мичурина. (1967), это связано с тем, что в почвах тяжелого гранулометрического состава, обладающих большей удельной поверхностью, одно и тоже количество влаги удерживается более прочно, чем в легких почвах с меньшей удельной поверхностью.

В природной обстановке, особенно в зоне недостаточного увлажнения, к которой относится Заволжье, обычно происходит постепенное более или менее длительное иссушение почв, сменяющееся кратковременными периодами быстрого увлажнения в результате выпадения осадков, поливов, снеготаяния. Поэтому для изучения влагообеспече] шости расгашй важнее знать десорбционную ветвь гистерезисной петли (Судницин И.И., 1964). Кривые, представленные на рис.5, получены нами в процессе десорбции и имеют вид гиперболы, вследствие нелинейной зависимости между давлением Р и влажностью 0. Влажность 0 выражена в долях от объема в связи с тем, что объемная влажность дает более наглядное представление об истинном содержании влаги в почве. Анализ этих кривых показывает, что в начале с уменьшением влажности почвы давление почвенной влаги медленно уменьшается, но затем при влажности, равной приблизительно наименьшей влагоемкости, давление почвенной влаги резко меняется и начинает уменьшаться значительно быстрее влажности. Полученные

—О—h= 150 - 200см ! - ш -ti = 0-60см -h = 60-150 см I

ais ojj о.я е.з» о.н о,ж оч о.« ока ан

зависимости давления почвенной влаги от влажности почв и грунтов использовались нами в расчетах ннфнлырашюнный потерь (кривые 1 и 3) в двухслойной толще глин и легких суглинков и при установлении сроков поливов (кривая 2) для почвенного слоя 0-0,60 м. На варианте (80-85 % ИВ) полив назначали при давлении Р=1Д м. вод. ст. в слое 0-0,60 м, вариантах 70-75 и 60-65 % HB соответственно при Р™1,8м. вод. ст. и Р=2,2 м. вод. ст., что соответствовало выдерживаемым предаю л явным порогам влажности на этих вар наших (рис. 5).

Для расчета величины инфильтрацнонных потерь использовались значения коэффициентов фильтрации Кф и влагопроводности K«, полученные в полевых опытах, проводимых совместно с аспирантом С.С. Шилкиной на больших монолитах. После насыщения монолита процесс фильтрации влаги в нем поддерживался в течение десяти суток, после чего был определен коэффициент фильтрации, составивший для шоколадной глины 2,2 мм/сут. Определив коэффициент фильтрации, мы при разных влажностях определяли коэффициенты влагопроводности.

На рисунке б представлены полученные зависимости коэффициентов влагопроводности от влажности для глин и легких суглинков.

Рис. 6 Зависимость коэффициента влагопроводности К© от влажности

Известно, что зависимости Ке=Д0) подвержены гистерезису незначительно. Поэтому кривые, представленные на рис. б справедливы для этих грунтов и при процессе адсорбции влаги.

По показаниям тензиометров, установленных на вариантах опыта в 19982000 г. нами были построены эквнпотенциали (рис. 7), характеризующие процесс влагопереноса как во времени, так и по глубине, и позволяющие о преде-

Осадки, поливы, мм

Глубина от поверхности почвы,

•ь -Ь -ь о О о О

в ллмовев*"

г г гёзгзё

Температуры ,00

« ? 3

лить направление поiока в любой момент времени. В соответствии с режимом почвенной влаги, различном па указанных вариантах, эквшдогенииалн очерчены неодинаково. Характерным для всех рисунков является возрастание потенциалов после поливов и обильных осадков и преимущественное передвижение влаги по направлению вниз по профилю. Так как значения потенциалов резко возрастают после поливов и осадков, (Ьолинии здесь прерываются. При этом влияние обильного увлажнения проявляете* в основном до глубины 1,00 - 1,50 м. Перед поливом потенциалы почвенной влаги снижаются до 1,0 - 2,5 м вод. ст. в расчетном (0,60м) слое.{рис. 7).

Таким образом, наблюдения за изменениями потенциалов до глубины 2,5м показали, что хотя расчетный слой увлажнения принят глубиной 0,60 м, фактическое передвижение влаги при поливах происходит глубже, до 2-х метров н более, следовательно, часть поливной нормы не потребляется растениями и представляет дополнительные потери на инфильтрацию (табл. 5).

Как показали результаты иссяедоваштй, инфильтрация зависит от метеорологических условий, величины оросительной нормы н осадков, сроков проведенияполивов и выпадения осадков. В таблице 5 представлено распределение инфильтрации на интенсивном варианте в разные по увлажненности годы при частых поливах малыми нормами (400 м'/гз). Инфильтрация при этом распределилась более или менее равномерно но межмолнвным периодам за исключением мая (998 года, сентября 1999 и июля-сентября 2000 года, когда в межлолнвные периоды выпадали осадки. При поливах большими поливными нормами (варианты 70-75 и 80-85 % ИВ) эта равномерность нарушается. Инфильтрация возрастаем после поливов, становясь меньше в межполивные периоды и в целом за вегетацию. & годы с большим количеством осадков ff инфильтрация оказывается больше, чем в годы с меньшим количеством осадков. В связи с этим можно полагать, что в голы с незначительными осадками, когда режим увлажнения в основном определяется поливами, проведенными в строго расчетные сроки и расчетной нормой, ш [фильтрация будет меньше, чем в годы с большим количеством осадков, когда увлажнение определяется как поливами, так и осадками, иногда выпадающими после поливов.

Эпсргетнческзм н экономическая эффективность.

Наиболее высокая урожайность корнеплодов получена на варианте 80-85%НВ за всс годы исследований; так в 1998 году она составила 96,8 т/га, в 1999 году- 88,7 т/га н в 2000 - 84,4 т/га. По мерс снижения предполивного порога

Таб.иша 5

Инфюьтращюпцые потерн в межлолнвше периоды па варианте с интенсивным режимом орошения в

1998, 1999 и 2000 г.г.

Даш поливов 0Ш 12.06 1806 2606 02 07 12.07 17,07 22.07 27.07 02,08 08.08 18.08 24.08 05.09 12.09 Забс-гета-пию

1998 г

Поливные нории, мм 40 40 41 38 40 43 39 38 41 38 40 39 42 40 41 600

Осадки за межполк вние периоды, мм 17 - - - 4 3 - - - 12 - 3 3 - 3 45

Илфилираци» та межлоливные пепиолы, мм 8 4 3 2 4 4 2 2 2 5 2 2 2 2 2 46

1999 г

Даты поливов 03.06 12.06 21.06 07.07 17.07 28.07 | 1008 1808 30.08 11.09 За вегетацию

Поливные нормы, мм 37 38 40 37 41 42 45 45 37 38 400

Осадки за межпо-ливиые периоды, ми 17 21 7 8 22 2 8 4 7 16 37 145

Инфильтрация та межполивные пепиолы, мм 5 6 3 5 3 3 4 4 6 П 50

2000 г

Латы поливов 2805 09.06 2007 10.08 20.08 09.09 За вегеш:ию

Полните нормы, им 41 39 38 42 40 40 240

Осазки 1а межноли вные периоды, мм 8 5 163 33 56 52 337

Ни филы рация м ме* поливные периоды, мм 3 2 21 II 12 16 65

влажности до 70 и 60 %НВ урожайность корнеплодов снижалась от 91,3 до 77, I т/га (табл. 2).

Расчет энергетически ой и экономической эффективности режимов орошения кормовой свеклы, возделываемой на темно-каштановых почвах Саратовского Заволжья, показал, что общие затраты на возделывание кормовой свеклы за голы исследований по вариантам составляли от 63 до 87 ГДж/га. Накопление обменной энергии с урожаем составило в среднем 145-174 МДж/га. По величине энергетических затрат на выращивание культуры был рассчитан коэффициент биоэнергетической эффективности. Он был максимальным на варианте 60-65 % HB по влажные голы (2,30), а на вариантах 80-85 % HB и 70-75 % HB он был ниже: 2,16 и 2,19 соответственно. В засушливые годы коэффициент энергетической эффективности принимал наибольшие значения (2,13-2,15) на варианте с иред-поливным порогом влажности 70-75 % HB.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Суммарное испарение кормовой свеклы принимало самые большие значения на варианте 80-85 % HB за все годы. На этом же варианте была наибольшая урожайность, составившая в среднем за 3 года 90,0 т/га, оросительная норма и инфильтраинонные потери. Снижение предполивного порога влажности до 70-75 и 60-65 % HB позволяет уменьшать оросительную норму и иифильтрашгонные потери и получать урожайность ниже лишь на 10-12%.

2. Метод водного баланса, используемый в наших исследованиях, завышает суммарное испарение на величину инфильтрационных потерь, определяемых термодинамическим метолом, которые за годы исследований составляли от 38 до 65 мм. В засушливые годы различие в инфильтрационных потерях по вариа!ггам больше, чем во влажные, когда увлажнение в основном определяется осадками, а не оросительными нормами.

3. Максимальный объем инфильтрационных потерь в сумме за 3 года был самый большой на варианте 80-85% HB vi составил 1610 м'/га, при снижении предполивного порога он уменьшался и составлял при умеренном и жестком режимах орошения соответственно 1490 м'/га и 1400 м'/га.

4. Выявлено, что величина суточного водопотреблеипя кормовой свеклы изменяется в зависимости от метеорологических условий, фазы развития и влажности почвы. Наибольшее среднесуточное потребление влаги на всех вариантах было в период интенсивного роста листьев, в среднем за три го-

18

да оно составило 5,9—6,3 мм/сут, а к концу августа в период интенсивного роста корнеплодов и накопления Сахаров уменьшаюсь до 4,5 — 3,8 мм/сут.

5. Установлены бнокл им этические коэффициенты кормовой свеклы которые {□менялись в остро засушливом 1998 г. от 0,15 до 0,44 мм/мб; в средне засушливом 1999 г. - от 0,22 до 0,42; во влажном 2000 г. - от 0,26 до 0,57 мм/мб. Получены средние за три года биоклимагнческис коэффикиеюы и поправки к ним, учитывающие погодные условия, а также шггегралыгые кривые суммарного водопотребления, которые могут быть использованы при прогнозировании влагозапасов и сроков поливов кормовой свеклы.

6. Выли определены коэффициенты фильтрации, составившие 2,2 мм/сут для шоколадной глины и 200 мм/сут для легюга суглинков, а также зависимости коэффициентов влаго проводи ости от влажности и основные гидрофизические характеристики почв и гру)ггов, позволившие более точно рассчитать величину влагопереноса и уточнять сроки поливов по давлению почвенной влаги.

7. Наиболее энергетически эффективным в засушливые годы был умеренный режим орошения, коэффициент энергетической эффективности на этом варианте составил в 1998 и 1999 годах соответственно 2,13 и 2Д5. Во влажном 2000-м году наиболее энергетически выгодным был жесткий режим орошения - коэффициент энергетической эффективности 2,30.

8. Уровень рентабельности оказался наиболее высоким в засушливые годы на варианте с предлоливной влажностью 70-75% НВ, в 1998 году он был равен 63,4%; а в 1999 - 66,81. Во влажном 2000 году уровень рентабельности был наибольшим на варианте с жестким режимом орошения и составил 89,01.

Рекомендации производству

1. Полученные в результате исследований биоклич ал пес кие коэффициенты и интегральные кривые суммарного испарения для лет разной влагообес-печенностн по дефициту водного баланса, а также поправки к ним рекомендуются для водобалансовых расчетов нри проектировании режимов орошения.

2. В условиях производства можно принимать инфильтриннонные потери от б до 12 % от суммарного испарения в разные по увлажнению годы.

3. В засушливые годы осуществлять умеренный режим орошения (70-75 % HB), а во влажные годы снижать предполнвной порог влхкности до 60-65 %НВ.

Основные положения диссертации опубли кованы в следующих работах:

1. Чумакова Л.Н., Ко лядина И.П. Термод»шам ические исследования влагопере-носа / Агропшрологнчесшie и агроэкологическне основы орошения: Сб. науч. работ. - Саратов, 2000. С. 12 - 24.

2. Коляднна И.П. Водопотребление кормовой свеклы при разных режимах орошения / Молодые ученые СГЛУ им. Н.И. Вавилова - агропромышленному комплексу Поволжского региона: Сб. науч. работ. - Саратов, 2001. С. 115-117.

3. Чумакова Л.Н., Лржанухнна Е.В., Коляднна И.П. Расчет суммарного водопо-требления кормовых культур в условиях Заволжья / Проблемы научного обеспечения экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях: Сб. науч. работ. - Волгоград, 2001. С. 26 - 28.

4: Чумакова Л.Н., Колосов С.С., Коляднна И.П., Булатов A.A. Закономерности передвижения влаги на нолях орошаемых кормовых культур / Передовой производственный и научно-технический опыт в технологии возделывания сельскохозяйственных культур: Сб. науч. работ. - Саратов, 2002. С. 13 - 17.

5. Грлгоров М.С., Чумакова ЛЛ., Лржанухнна Е.В., Коляднна И.П. Инфильтра-шюнные потери воды на полях кормовой свеклы и лкшерны // Мелиорация и водное хозяйство, 2002, № 6. С. 37 - 38.

6. Чумакова Л.Н., Коляднна И.П. Режимы орошения и водопотребление кормовой свеклы // Вестник СГЛУ, А'а 2. - Саратов, 2003. С. 47 - 49.

7. Чумакова Л.Н., Коляднна И .П., Булатов A.C. Потери влаги на орошаемых полях кормовой свеклы, кукурузы, возделываемых на темно-каштановых почвах Заволжья / Вавиловские чтения: Материалы межрегиональной научной конференции молодых ученых и специалистов системы ЛПК Приволжского федерального округа. — Саратов, 2003. С. 24 - 26,

Подписано в печать 23.03.2004 г. Формат60x34 Гарнитура Times, Бумага писчая. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 104.

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И Вавилова» 410600, Саратов, Театральная пл., 1.

• -656 S

i

i i