Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Мелкодисперсное дождевание сельскохозяйственных культур в зоне сухих степей Нижнего Поволжья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Бородычев, Виктор Владимирович, Москва

^ M if сШД

â -я efltu

tí

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ И МЕЛИОРАЦИИ ИМЕНИ А.Н. КОСТЯКОВА

Бородычев Виктор Владимирович

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

мелкодисперсное дождевание сельскохозяйственных культур в зоне

сухих степей Нижнего Поволжья

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

Диссертация на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант: академик Российской академии сельскохозяйственных наук, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации

На правах рукописи УДК 631.67.5(470.4)

[Б.Б. Шумаков]

Москва, 1997

Содержание

Введение.........................................................................................................6

1 Способы орошения и проблемы повышения продуктивности сельскохозяйственных культур..................................15

1.1 Прогрессивные способы орошения........................................19

1.1.1 Поверхностное дождевание..........................................22

1.1.2 Дождевание.....................................................................27

1.1.3 Внутрипочвенное орошение..........................................31

1.1.4 Субирригация (подземное орошение)..........................33

1.1.5 Мелкодисперсное дождевание......................................33

1.2 Научные основы повышения продуктивности растений.............................................................................................35

1.2.1 Значение влажности почвы для жизнедеятельности растений................................................................35

1.2.2 Отношение растений к температуре и влажности воздуха............................................................................38

1.2.3 Зависимость водного режима и интенсивности фотосинтеза растений от факторов внешней среды...............................................................................42

1.2.4 Реализация потенциала продуктивности сельскохозяйственных культур, обоснование направления исследований...............................................47

2 Почвенно-климатические ресурсы Нижнего Поволжья, метеорологическое обоснование потребности сельскохозяйственных культур в мелкодисперсном дождевании ........................................................................................................65

2.1 Характеристика природных условий и оценка соответствия для возделования сельскохозяйственных культур .............................................................................................65

2.2 Метеорологическое обоснование потребности сельскохозяйственных культур в мелкодисперсном дождевании.........................................................................................73

3 Постановочные вопросы, условия и методика исследования ...............................................................................................87

3.1 Вопросы исследования и схема опытов................................87

3.2 Размещение и условия проведения экперименталь-

ной части работы.....................................................................95

3.3 Методика постановки и выполнения опытов.......................100

4 Технические средства мелкодисперсного дождевания........112

4.1 Классификация систем мелкодисперсного дождевания...........................................................................................112

4.2 Обоснование выбора технических средств для полев-

. : ,ых исследований и их разработка......................................124

4.3 Результаты исследования рабочих органов агрегата мелкодисперсного дождевания на базе дождевальной машины ДДА-100МА..............................................................129

4.4 Технология мелкодисперсного дождевания двухкон-сольными агрегатами............................................................140

4.5 Использование широкозахватной дождевальной техники для мелкодисперсного дождевания.............................145

5 Поливной режим, основные закономерности и особенности суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур при сочетании орошения с мелкодисперсным дождеванием..................................................................149

5.1 Поливной режим сельскохозяйственных культур при

сочетании орошения с мелкодисперсным дождеванием ............................................................................................149

5.1.1 Картофель.....................................................................149

5.1.2 Пшеница........................................................................154

5.1.3 Люцерна........................................................................162

5.1.4 Кукуруза.........................................................................172

5.2 Основные закономерности и особенности суммарного

водопотребления сельскохозяйственных культур в условиях мелкодисперсного дождевания............................182

5.2.1 Показатели количественной оценки потребности растений в воде............................................................183

5.2.2 Суммарное водопотребление сельскохозяйственных культур и определяющие его факторы..........186

5.2.3 Оценка продуктивности использования потребляемой агрофитоценозом влаги..................................197

5.2.4 Закономерности водопотребления сельскохозяйственных культур в период вегетации...................205

5.2.5 Биокпиматические коэффициенты испарения и закономерности их численных значений....................210

6 Формирование фитоклимата и особенности водного режима в условиях мелкодисперсного дождевания.............220

6.1 Фитоклиматические условия среды в зависимости от режима увлажнения посева..................................................220

6.2 Особенности водного режима растения при мелкодисперсном дождевании.......................................................231

7 Фотосинтетическая деятельность и продуктивность посева сельскохозяйственных культур при мелкодисперсном дождевании.....................................................................249

7.1 Картофель..............................................................................249

7.2 Пшеница.................................................................................267

7.3 Люцерна..................................................................................279

7.4 Кукуруза..................................................................................296

8 Научное обоснование технологии, экологическая и экономическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур при мелкодисперсном дож-

девании..............................................................................................307

8.1 Технология мелкодисперсного дождевания картофеля.....313

8.2 Технология мелкодисперсного дождевания пшеницы.......317

8.3 Технология мелкодисперсного дождевания семенной люцерны.................................................................................321

8.4 Технология мелкодисперсного дождевания кукурузы........326

8.5 Экологическая и экономическая эффективность включения мелкодисперсного дождевания в технологию воззделования сельскохозяйственных культур..................330

8.6 Исходные требования на проектирование систем мелкодисперсного дождевания............................................348

Выводы.......................................................................................................352

Предложения производству..................................................................35$

Акты внедрения........................................................................................360

Литература.................................................................................................365

Приложения...............................................................................................405

Введение

Актуальность проблемы

Из общей площади 218,8 млн.га всех сельскохозяйственных угодий Российской Федераций под пашню используется 61%, сенокосы и пастбища 38%. Большая часть (70%) сельскохозяйственных угодий располагается в засушливой зоне с постоянным или периодически повторяющимся дефицитом атмосферных осадков, что обуславливает снижение урожайности полевых культур. В таких условиях главным гарантом стабильности получения растениеводческой продукции выступает орошение, применяемое в комплексе с другими видами мелиораций, при которых обеспечивается существенное повышение продуктивности земли и расширенное воспроизводство плодородия почвы.

Площадь орошаемых угодий в Российской Федерации превышает 6 млн. га, основная часть которой (25%) сосредоточена в степной и полупустынной зонах [208, 215]. Участие орошения в решении продовольственной проблемы определилось получением всего производимого в России риса, около 80% овощей, почти 50%) плодов, фруктов и винограда, до 40% зерна кукурузы, значительного количества кормов для животноводства. Занимая менее 3% площади сельскохозяйственных угодий орошаемые земли в стоимостном выражении дают 12-17%) всей продукции растениеводства. Но возможности поливного гектара используются пока далеко не полностью. В 1994 году средняя по Российской Федерации урожайность кукурузы на силос, зеленый корм составила 14.4 многолетних трав, на сено 1.85, зерновых 1.44, в том числе риса 2.71, овощей 12.9, картофеля 10.1 тонны с гектара, что значительно ниже потенциала продуктивности орошаемого поля. Поэтому проблема повышения продуктивности гектара поливных земель остается одной из приоритетных.

Анализ современных методов мелиорации земель, основанных главным образом на регулировании водно-воздушного и солевого режима почв, показывает, что они не позволяют в достаточной мере использовать потенциальную продуктивность сельскохозяйственных культур. Повышение эффективности гидромелиоративных систем можно достичь лишь на основе комплексного регулирования факторов жизни растений, создания оптимального водно-воздушного, солевого, теплового, газового и питательного режима почвогрун-тов и приземного слоя воздуха на протяжении вегетационного периода.

Сравнительная оценка возможности и фактической продуктивности основных сельскохозяйственных культур возделываемых в Нижнем Поволжье (пшеница, люцерна, кукуруза, картофель) свидетельствуют о наличии большого нереализованного потенциала повышения урожайности этих культур за счет оптимизации сочетания факторов роста и развития растений, что и определило выбор культур для исследований. Особую теоретическую и практическую значимость приобретает изучение продуктивности растений в тесной связи не только с окружающей средой в целом, но и с теми физиолого-биохимическими процессами, которые протекают в самом растении.

Актуальна проблема рационального использования водных ресурсов, разработки и внедрения наиболее эффективных методов орошения в целях получения устойчивых и высоких урожаев сельскохозяйственных культур при экономном расходовании поливной воды. Одним из новых способов, предусматривающих создание оптимальных оросительных режимов, экономию оросительной воды и повышение продуктивности посева, а также удовлетворение других требований, предъявляемых к оросительным системам, является мелкодисперсное дождевание. Решение вопросов внедрения в практику сельскохозяйственного производства нового способа орошения с целью создания наиболее благоприятных для развития растений микро- и фитоклимата путем регулирования температуры и влажности приземного слоя воздуха, температуры

растений малыми расходами оросительной воды определило направление исследований по разработке режимов и технологии мелкодисперсного дождевания, а также решение вопросов технической реализации этого способа орошения.

Последовательному поэтапному решению изложенных вопросов в процессе многолетних исследований, имевших единую тематическую направленность, посвящена предложенная диссертация. В ней изложены результаты аналитических и экспериментальных исследований, выполненных во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова в 1975-1996 гг.

Цель исследований

сводилась к разработке теоретических и научно методических основ, практических рекомендаций по созданию ресурсосберегающих, экономически обоснованных и экологически безопасных технологий мелкодисперсного дождевания картофеля, зерновых и кормовых культур в условиях Нижнего Поволжья.

В соответствии с этим в исследованиях решались следующие основные задачи:

• на основе анализа динамики агрометеорологических показателей обосновать целесообразность орошения сельскохозяйственных культур мелкодисперсным дождеванием;

• разработать агротехнические требования для оросительных систем мелкодисперсного дождевания, обеспечивающих сохранение, структуры, сложения и плодородия почв, получение экономического эффекта;

• провести сравнительную оценку и обосновать технические средства для орошения сельскохозяйственных культур мелкодисперсным дождеванием;

• разработать технологии мелкодисперсного дождевания картофеля, пшеницы, люцерны и кукурузы;

• установить особенности и динамику водопотребления сельскохозяйственных культур, водного режима почвы при орошении обычным в сочетании с мелкодисперсным дождеванием;

• дать оценку влияния мелкодисперсного дождевания на основные физиологические показатели роста, развития и продуктивности сельскохозяйственных культур в зависимости от режима орошения и уровня минерального питания;

• установить характерные особенности формирования фитоклимата в аг-роценозах при мелкодисперсном дождевании;

• дать экологическое и экономическое обоснование, энергетическую оценку технологии орошения и выращивания сельскохозяйственных культур в сочетании обычного с мелкодисперсным дождеванием.

Научная новизна.

В диссертации разработаны и экспериментально подтверждены теоретические основы, даны практические рекомендации по месту и объемам применения ресурсосберегающих технологий мелкодисперсного дождевания сельскохозяйственных культур в зоне сухих степей Нижнего Поволжья. С учетом агроклиматических ресурсов региона и биологических особенностей растений определены новые подходы к обоснованию поливного режима картофеля, зерновых и кормовых культур с применением мелкодисперсного дождевания. Изучено влияние этого способа орошения на основные физиологические показатели сельскохозяйственных культур, формирование фитоклимата посева, сохранность генеративных органов в зависимости от режима орошения и уровня минерального питания. Установлены особенности и закономерности формирования суммарного водопотребления изучаемых культур, определены численные значения биологических коэффициентов испарения. Новизна принятых

направлений и полученных результатов исследований подтверждается авторскими свидетельствами СССР № 1561906, 1561899.

Практическая ценность

работы заключается в том, что доказана экономическая эффективность и экологическая защищенность мелкодисперсного дождевания при экстремальных температурах воздуха выше биологического оптимума (картофель 28°С, зерновые и кормовые культуры 30°С, люцерна на семена в период цветения-плодообразования 25...28°С). Разработаны и рекомендованы для применения технические средства мелкодисперсного дождевания с использованием центробежных насадок с винтовым вкладышем (Б сопла 2-3 мм). Обоснована технология сочетания обычного с мелкодисперсным дождеванием, обеспечивающим получение клубней картофеля 25-30, зерна пшеницы 6-8, семян люцерны 0,6-0,9, силосной массы 75-90 и зерна кукурузы 6-10 т/га при экономии оросительной воды на 14-22А по сравнению с обычным дождеванием. Полученные результаты исследований использованы при проектировании оросительных систем мелкодисперсного дождевания проектными организациями (ИЦ "Союзводпроект", ПО "Совинтервод", Волгогипроводхоз и др.), а также сельскохозяйственными производственными предприятиями Волгоградской и Омской областей на общей площади до 500 га.

Основные положения, выносимые на защиту:

• научно-экспериментальное обоснование ресурсосберегающих технологий мелкодисперсного дождевания картофеля, зерновых и кормовых культур в зоне сухих степей Нижнего Поволжья, обеспечивающие повышение продуктивности использования орошаемых земель, экономию оросительной воды, сохранение плодородия почвы;

• агротехнические требования на оросительные системы мелкодисперсного дождевания;

• закономерности формирования фитоклимата сельскохозяйственных культур и разработка на их основе ресурсосберегающих технологий орошения;

• экологическое и экономическое обоснование, энергетическая оценка технологии орошения и выращивания сельскохозяйственных культур в сочетании обычного с мелкодисперсным дождеванием.

Реализация результатов исследований осуществлялась:

• использованием институтом "Волгогипроводхоз" при проектировании стационарной системы мелкодисперсного дождевания на Городищенской оросительной системе в Волгоградской области на площади 300 га;

• включением Союзводпроектом в "Руководство по разработке технических решений оросительных систем с мелкодисперсным дождеванием";

• включением Главным управлением сельского хозяйства и продовольствия Администрации Волгоградской области в "Рекомендации по интенсификации сельскохозяйственного производства";

• внедрением технологии мелкодисперсного дождевания на семенных и кормовых посевах сельскохозяйственных культур в хозяйствах Волгоградской и Омской областей;

• использованием ИЦ «Совинтервод» рекомендаций по технологии мелкодисперсного дождевания сельскохозяйственных культур при научном обосновании проекта 1 очереди Южно-Омской оросительной системы.

• использованием основных положений диссертации комиссией по изучению производительных сил и природных ресурсов Российской академии наук (КЕПС РАН.) при подготовке Федеральной целевой программы «Возрождение Волги»;

• публикацией книг, статей, инфор�