Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оптимизация режима орошения суданской травы на южных черноземах Саратовского Заволжья при различных нормах внесения минеральных удобрений

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Никишанов, Александр Николаевич, Саратов

Министерство сельского хозяйства и продовольствия России

Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова

Никишанов Александр Николаевич

Оптимизация режима орошения суданской травы на южных черноземах Саратовского Заволжья при различных нормах внесения минеральных удобрений

06.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители:

1. Доктор сельскохозяйственных наук

Хохлов А.И

2. Кандидат сельскохозяйственных наук

Халилов Ш.А.

На правах рукописи

Саратов - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение....................................................................................... 5

1. Орошение и удобрение суданской травы.............................................9

1.1. Биологические особенности роста и развития суданской травы...............9

1.2. влияние отдельный факторов на жизнедеятельность растений...............15

1.2.1. Водный режим почвы - важнейший фактор роста и развития культуры и его связь с эксплуатационным режимом орошения...................15

1.2.2. Отношение суданской травы к минеральным удобрениям..................18

1.3. Водный режим почвы и его влияние на мелиоративное

состояние земель...........................................................................21

1.3.1. Понятие об экологически обоснованных режимах орошения...............21

1.3.2. Факторы, определяющие процесс инфильтрации за пределы расчетного слоя почвы.....................................................................................25

2. Методика исследования и условия их проведения.................................27

2.1. Место проведения исследований....................................................27

2.2. Схема опытов............................................................................27

2.3. Методика проведения исследований................................................29

2.3.1. Водно-балансовые исследования в расчетном слое почвы

суданской травы...........................................................................29

2.3.2. Термодинамический исследования процесса перемещения почвенной влаги в зоне аэрации.......................................................30

2.3.3. Сопутствующие исследования.....................................................34

2.4. Условия проведения исследований..................................................35

2.4.1. Характеристика метеорологических исследований за

годы исследований........................................................................35

2.4.2. Почвенные условия опытного участка..........................................41

2.4.3. Агротехника...........................................................................47

3. Водный режим орошаемых южных черноземов на посевах

суданской травы.......................................................................... .49

3.1. Эксплуатационные режимы орошения суданской травы за годы исследований и динамика влажности по вариантам опытов.....................49

3.2. Составляющие суммарного водопотребления суданской травы..............56

3.3. Суммарное и среднесуточное водопотребление суданской травы............61

3.4. Влияние водного режима почвы на эффективность использования

влаги суданской травой..................................................................69

3.5. Зависимость продуктивности суданской травы от водного

режима почвы..............................................................................71

4. Влияние водного режима орошаемых южных черноземов на величину инфильтрации за пределы расчетного слоя почвы на посевах суданской травы.........................................................................................76

4.1. Давление почвенной влаги и его зависимость от влажности почвы.........76

4.2. Коэффициент влагопроводности почв и методы его

определения................................................................................80

4.3. Инфильтрация за пределы расчетного слоя почвы на посевах суданской травы...........................................................................85

4.4. Зависимость инфильтрации от водного режима почвы.........................93

5. Влияние различных норм внесения минеральных удобрений на рост и

развитие растений суданской травы......................................................97

5.1. Сочетание различных режимов орошения и норм внесения минеральных удобрений на развитие суданской травы................................................97

5.1. Потребление элементов питания растениями суданской травы

при различных сочетаниях водного и пищевого режимов......................102

5.2. Динамика развития подземной и надземной частей растений

суданской травы..........................................................................104

5.3. Химический состав зеленой массы суданской травы и ее

кормовая ценность.....................................................................109

5.5. Зависимость урожайности суданской травы от режима орошения

и уровня минерального питания.....................................................113

6. Расчет полных энергозатрат и энергетической

эффективности орошения.................................................................119

Выводы.......................................................................................125

Рекомендации производству.............................................................127

Список литературы........................................................................128

Приложения.................................................................................143

ВВЕДЕНИЕ

Наличие в Саратовской области плодородных черноземных и каштановых почв позволяет выращивать зерновые, кормовые и овощные культуры, но рост их урожайности сдерживается недостаточным количеством осадков.

Важным средством повышения продуктивности посевов сельскохозяйственных культур, наряду с применением научно-обоснованных технологий возделывания, является орошение, которое позволяет значительно увеличивать урожайность (74, 90). За последние 30 лет количество орошаемых площадей в Поволжье постоянно увеличивалось, что привело к нарушению экологического равновесия. Как свидетельствует опыт этих десятилетий, на большинстве мелиорируемых агроландшафтов не достигается необходимый уровень продуктивности. На орошаемых землях отмечается ухудшение экологической обстановки в результате подъема уровня грунтовых вод, развития процессов вторичного засоления и осолонцевания почв, водной эрозии (144, 156). В основном это вызвано неэффективными эксплутационными режимами орошения и системами удобрений, большими непроизводительными потерями воды, которые иногда достигают 50-60% от величины водозабора, неудовлетворительным техническим состоянием элементов орошаемой системы.

Для практического решения экологических проблем необходима разработка методов и технологий мелиорации для комплексного управления водным и пищевым режимами почв. Анализ работ многих ученых показывает, что за счет повышения технического уровня оросительных системы не могут быть решены все существующие экологические проблемы. Значительная их часть может быть устранена за счет повышения эффективности управления водным и пищевым режимами почв.

Управление водным и пищевым режимами почв связано со значительными трудностями, так как их изменение во времени зависит от большого числа природных факторов. Современный уровень развития компьютерной техники позволяет ускорить решение данной проблемы (81, 111). Поэтому методы математического моделирования все более широко применяются при управлении процессами в орошаемом земледелии.

Одной из важнейших кормовых культур в Саратовском Заволжье является суданская трава. Это - высокоурожайная культура. На орошаемых землях при правильной агротехники урожайность ее зеленой массы может достигать до 80-100 т/га. Однако, фактическая урожайность этой культуры в хозяйствах области еще далеко отстает от ее потенциальных возможностей. Объясняется это отсутствием научно-обоснованных технологий возделывания и управления водным и пищевым режимами почв. Эта проблема во многом решается за счет использования в эксплуатационной практике оперативного управления, основанного на использовании эмпирических моделей, связывающих продуктивность культуры с водным и пищевым режимами почв.

Основной целью наших исследований являлось определение оптимальных водного и пищевого режимов почвы, обеспечивающих получение высоких и устойчивых урожаев зеленой массы суданской травы и позволяющих сохранять благоприятное мелиоративное состояние орошаемых земель на ее посевах в Саратовском Заволжье.

Для достижения данной цели решались следующие задачи: - сбор и анализ научно-технической информации по влиянию различных эксплутационных режимов орошения и систем удобрения на урожай зеленой массы суданской травы и закономерностям процессов влагопереноса в зоне аэрации;

разработка концепции и основных принципов повышения эффективности орошения и удобрения суданской травы и сохранения благоприятного мелиоративного состояния орошаемых земель на ее посевах;

- получение количественных данных об элементах водного баланса расчетного слоя почвы на посевах суданской травы при различных метеорологических условиях и различных эксплутационных режимах орошения, обоснование и разработка математической модели, связывающей продуктивность культуры с водным режимом почвы, определяемым эксплутационным режимом орошения;

- исследование процесса влагопереноса за пределы расчетного слоя почвы на посевах суданской травы, получение количественных данных, характеризующих этот процесс в зависимости от эксплутационного режима орошения, разработка математической модели зависимости величины инфильтрации от водного режима почв;

- получение количественных данных об урожайности суданской травы в зависимости от применяемой системы удобрения, разработка математической модели, связывающей продуктивность культуры с нормами внесения минеральных удобрений;

- энергетическое обоснование оптимальных режима орошения и системы удобрений суданской травы.

Для решения поставленных задач в 1996-1998 годах были проведены полевые опыты.

Научная новизна исследований заключается в том, что впервые для условий южных черноземов Саратовского Заволжья изучено влияние различных эксплутационных режимов орошения и уровней внесения минеральных удобрений на продуктивность культуры и инфильтрационные потери за пределы расчетного слоя почвы. Разработаны математические модели, связывающие режим почвы и нормы внесения минеральных удобрений с продуктивностью культуры, величину инфильтрации с водным режимом почв. Установлены оптимальные эксплутационные режимы орошения и система удобрений культуры.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Оптимальный режим орошения суданской травы, возделываемой на южных черноземах Саратовского Заволжья.

2. Математическая модель, связывающая водный режим расчетного слоя почвы с продуктивностью культуры.

3. Зависимость величины инфильтрационных потерь за пределы расчетного слоя почвы от проводимого режима орошения и математическая модель, связывающая их с водным режимом почв.

4. Оптимальная система удобрения и математическая модель, связывающая уровень минерального питания с продуктивностью культуры.

Диссертация выполнена на кафедре мелиорации, рекультивации и охраны земель Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова.

Производственная проверка и внедрение результатов исследований были осуществлены в коллективном хозяйстве «Преображенское» Пугачевского района Саратовской области.

Все основные материалы и результаты исследований были доложены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского агроинженерного университета в 1996-1998 годах, на научной конференции профессорско-преподавательского состава Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии в 1998 году, на Всероссийской конференции.

1. ОРОШЕНИЕ И УДОБРЕНИЕ СУДАНСКОЙ ТРАВЫ

Среди однолетних культур одной из наиболее ценных является суданская трава. Она пригодна для приготовления сена, сенажа, травяной муки, силоса и использования зеленой массы на корм (58, 133, 134, 145,164, 166).

Суданская трава не требовательна к почвенным условиям. Возделывание ее возможно почти на всех типах почв, включая солонцы.

Очень отзывчива на поливы и удобрения, приближаясь в этом отношении к люцерне (130, 135, 136).

По наличию наиболее ценной части корма - белка - суданская трава стоит на первом месте среди всех злаковых однолетних трав и уступает в этом отношении только бобовым. Зеленую массу данной культуры хорошо поедают животные всех видов (137). Как отмечает Б.Ф. Соловьев (133), пастбищная продуктивность одного гектара суданской травы в условиях Юго-Востока в пересчете на одну голову крупного рогатого скота составляет 232 кормо-дня. Карнаухов И.П., Иванов Д.А. и другие (58) подчеркивают, что из-за питательной ценности низкой себестоимости корма ряд стран (Австралия, Новая Зеландия, Голландия и другие) базируют свое животноводство на данном корме.

1.1. Биологические особенности роста и развития суданской травы

Суданская трава принадлежит к общему семейству мятликовых (злаковые), роду соргум. Родиной суданской травы считается плоскогорье Судана в Африке. Эта культура широко распространена во всех тропических и субтропических районах Африки, Австралии, Азии, Америки, и также в южной части Европы. В России суданская трава возделывается практически во всех земледельческих районах страны.

Многие ученые (28, 44, 85, 88, 89, 105, 113, 134) отмечают медленный роет надземной части растения в начальный период. Для образования первых пяти листьев ей требуется 5-6 недель. К началу кущения стебель достигает высоты в среднем 20-25 см. Это объясняется тем, что в этот период суданская трава укореняется и развивает мощную корневую систему. Поэтому И.С. Шаталов, А.П. Мовсисянц, И.А. Драненко и другие (166) считает, что суданскую траву надо шире использовать в качестве подсевной культуры под озимую рожь на зеленой корм, озимый и яровой ячмень на зерно.

Суданская трава обладает большой способностью куститься. Кущение -важный биологический процесс, который сопровождается образованием новых дополнительных побегов. Процесс кущения имеет важное значение. От его интенсивности зависит урожайность культуры и качество зеленой массы, которое определяются количеством листьев, богатых протеином, витаминами и другими элементами питания.

Энергия кущения суданки высокая. Как отмечает ряд авторов, при редком стоянии в кусте может образовываться до 125 побегов (44, 133, 134, 145). При этом процесс кущения продолжается весь период вегетации, вплоть до цветения.

Процесс образования новых побегов зависит как от естественных условий произрастания, так и от уровня агротехники.

Многие ученые отмечают влияние влажности почвы на процесс кущения (44, 49, 145). Наиболее энергично кущение у суданской травы протекает при влажности почвы 30-40% от ее полной влагоемкости. При недостатке влаги в начальный период наблюдается отмирание некоторого количества уже образовывавшихся побегов, при избыточном увлажнении процесс образования новых побегов прекращается.

Многие ученые отмечают, что кустистость растений бывает более высокой при ранних сроках сева. Так, в Московской области кустистость суданской травы при высеве ее в первой декаде полевых работ составляла 29,7,

при высеве на 10 дней позже - только 8,7 побега на одно растение (145). Большую кустистость растений при ранних сроках посева объясняют тем, что при неблагоприятных температурных условиях, в которые попадают растения ранних сроков посева, рост их очень замедляется. Это ведет к пробуждению запасных почек узла кущения, из которых и образуются вторичные побеги. При поздних сроках сева главные побеги забирают основную массу питательных веществ, препятствуя тем самым образованию новых побегов.

Различные виды минеральных удобрения оказывают разное влияние на кустистость суданской травы. Как показали исследования С.А. Смелова, азотное удобрение стимулирует образование новых побегов только в том случае, если эти удобрения внесены в ранние фазы вегетации, так как применение удобрений в более позднее время влияет на растения не в направлении стимулирования процесса кущения, а в направлении роста и мощности тех побегов, которыми растение располагало к этому сроку.

Небольшое количество калийных удобрений не влияет на процесс кущения, а повышение дозы снижает кустистость суданской травы.

Фосфор оказывает огромное влияние на кустистость. Если фосфорные удобрения совсем не вносить, то растения суданской травы долго не кустятся. Внесение фосфора даже в небольших дозах сразу резко повышало кустистость растений. Лучшее время внесение фосфорных удобрений - во время предпосевной культивации (4, 5, 14, 40, 140, 145).

Большое хозяйственное значение имеет удельный вес листьев в общем урожае культур, выращиваемых на силос, сено или зеленый корм. Это объясняется тем, что в листьях содержится большая часть всех питательных веществ. Многочисленные исследования показывают, что облиственность растений сильно изменяется в зависимости от фазы развития, от условий выращивания и от сорта растения. Общепринятым считается мнение, что в фазу кущения у суданской травы вес стеблей ко всей массе урожая ничтожно мал, в период от кущения до выхода в трубку процентное содержание листьев к

общей массе снижается за счет быстрого роста растений в высоту, однако это изменение незначительно, так как проис