Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Регулирование водного режима южных черноземов Западной Сибири при орошении люцерны дождеванием

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Регулирование водного режима южных черноземов Западной Сибири при орошении люцерны дождеванием"

всероссийский орлена трудового красного знании научио-исследовательский институт гидротехники и мелиорации иы. а. н. костикова

V . ч

На правах рукописи УДК 626.824:631.674.5

БАЛКИЗОВ АФРАСИМ БАШНРОВИЧ

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА ЮЖНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПРИ ОРОШЕНИИ ЛЮЦЕРНЫ ДОЖДЕВАНИЕМ

Специальность 06.01.02 - Мелиорация и орошаемое земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

москва 19»»

Pador» выполнена ■ тлел» ороввям Эе«росск*ского ядрао» ВСОЛвДОвЛГкЛСКОГО «c-rrrjr» пиротехника ■ мыжорацн ш. АЛ. Костяком.

uajnoou руководатв» - каамяат с«аскохо>я>отв«яшх наук, старой! научшв сотруднях

в.о* МАКЕИИЕНКО

Офпииишша оппоненты - доктор твпитисюи kajx, старь*!

ЯАгаай оотрухяах 1.3. КИРЙЧЕЦ шоиидт твхкгчвоисс Mjr*. отарм! научкмй оотруднкк а. В. ДАНШЬТНШ)

Наддай оргеяязяцяя -ДО "Соаяятврьол' '

Заздта состоится '<№" Ы.41994 г. в t® чаоов

на »асаданаж совцкалижроаашюго Совета К 099.0S.01 во Всвроо-сдСском иагшо-«о<и«доватмьоком потктгм гадротаххкха ж малорадо ш. АЛ!. Коотяхом по «дрвоух 127SS0, г. Москва, ул. Б. ix*« дмолмокад, НШГкМ.

От»ивы ка автореферат • двух »ившилрох, 8&мрвкшм В»-чатио, проскм направлять по указанному адрвоу и кия умного • секретаря сшщыиоивроваяяого Совета.

С двооертацве* мокво оэважоматься * Йшс^иотека ШИИГИ1.

Автореферат ракхиак 9 JL#i1394 Г.

Timul секретарь соицмахизвроваиного Совета K.T.H., О.I.e.

В. П. ЕАШНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время возделывание люцерны на южных черноземах Западной Сибири осуществляется преимущественно при орошении дождеванием в условиях острого дефицита водных ресурсов. Однако из-за отсутствия экспериментальных исследований режимов орошения сельскохозяйственных культур и научно обоснованных рекомендаций по поддержанию оптимальных пределов регулирования влажности почвы, реализуемые режимы орошения не обеспечивают получение высоких и устойчивых урожаев, экономного использования оросительной воды, совладение почвоохранных требований, Поэтому главным направлением в решении данной проблемы является разработка рациональных водо-почвосберегающих режимов орошения сельскохозяйственных культур, в частности, люцерны.

Актуальность данной работы в этих условиях заключается в необходимости разработки научно обоснованных рекомендаций по рациональному режиму орошения люцерны и выявления оптимальных пределов регулирования влажности южных черноземов, ориентированных на получение максимально возможных урожаев при минимальных затратах воды на единицу продукции, создание и поддержание благоприятного мелиоративного режима и экологической безопасности на орошаемых землях. I

Цель и задачи исследований. Цель исследований - обоснование оптимального водного режима южных черноземов при орошении люцерны дождеванием, обеспечивающего получение высоких урожаев при минимуме затрат воды на единицу продукции, сокращение инфильтра-ционных потерь и недопущение засоления почв. В этой связи были поставлены и решены следующие задачи:

- установлена зависимость урожайности люцерны от уровня предполивной влажности почвы;

- изучено водопотребление люцерны в различные периоды ее развития при разных уровнях- водообеспечения;

- определены затраты воды на единицу получаемой продукции в зависимости от уровня предполивной влажности почвы;

- 'изучена. впитывающая способность почвы при дождевании для установления эрозионно-допустимой поливной нормы;

- разработаны режимы орошения люцерны, обеспечивающие минимум затрат воды на единицу продукции;

- составлены прогнозы водно-солевого режима орошаемых южных

черноземов при возделывании люцерны, подтверждающие поддержание благоприятного мелиоративного режима почв.

Объект исследований. Исследования проводились на опытно-производственном участке, расположенном в учхозе им. О.А, Гага- * рина Кустанайской области. • '

Научная новизну. Дня орошаемых южных черноземов юга Западной Сибири впервые установлены зависимости урожайности люцерны и удельных затрат води от уровня водообеслечения культуры; выявлены оптимальные пределы регулирования влажности почвы, обеспечивающие получение высоких урожаев при наименьших затратах води на единицу продукции и создание благоприятного мелиоративного • режима орошаемых земель. Разработаны рациональные режимы орошения люцерны для лет различной обеспеченности на основе уточненных в ходе исследований биологических коэффициентов. Установлены эрозионно-допустимыэ поливные нормы при орошении ДМ " КЗг-бань-М " с учетом впитывающей способности южных черноземов. Составлены прогнозы водно-солевого режима почв с использованием современной модели влагосолепереноса.

Практическая ценность работы. Полученные в результате проведенных исследований зависимости урожайности люцерны я удельных затрат воды от уровня водообеспечения позволяют оптимизировать водный режим южных черноземов при дождевании. Впервые для рассматриваемого региона появляется возможность прогнозирования продуктивности люцерны при заданном уровне водообеспечения или определения потребности в оросительной воде для получения планируемой урожайности. Производству рекомендованы научно обоснованные режимы орошения люцерны для лет различной увлажненности, обеспечивающие экономии оросительной воды я сохранение благоприятного мелиоративного режима почв.

На залит? выносятся: результаты исследований с использованием больших лизиметров по установлению зависимостей урожайности люцерны и удельных затрат воды от водообеспечения и суммарного водопотребления от урожайности;

- режимы орошения люцерны для года заданной обеспеченности, разработанные с учетом уточненных в ходе исследований биологических коэффициентов;

- результаты исследований по установлению эрозионно-до^ тимых поливных норм при орошении ДМ " Кубаль-М

Апробация работы. Основные результаты исследований доклаг-дывались и обсуждались на секции Ученого Совета ШШИШ! / 1989 -1993 г.г. /.

Пгбликаииц. Основные результаты исследований опубликованы в четырех статьях и четырех научно-технических отчетах ЭДИИГиМ.

Структура я объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений. Изложена на 224 страницах и содержит 55 таблиц, 35 рисунков и список литературы из 190 наименований.

: ; СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В цэрвой главе изложены задачи оптимизации-водного режима южных черноземов, приведены данные о допустимом уровне иродполи ной влажности почвы и его влиянии на урожайность люцерны в различных почвенно-климатическнх зонах страны, анализируются имею: вдеся рекомендации по режиму орошения и суммарному водопотребле-ш люцерны в рассматриваемом регионе, основные методы их расчета и обоснованы задачи исследований.

. Большинство земель, пригодных к орошению в регионе, приходится на районы с весьма ограниченными водными ресурсами. В связи с этим главной задачей оросительных мелиораций является оптимизация регулирования водного режима и установление допустимых пределов увлажнения почвы, обеспечивающих наиболее благоприятные условия для получения максимальных урожаев сельскохозяйственных культур с минимальными затратами воды на единицу продукции при соблюдения почвоохранных требований.

Задачи и методы регулирования водного режима почв и пути его оптимизации при орошении изложены в работах А.Н. Костякова, Б.А. Шумакова, Б.Б. Шумакова, И.П. Кружилина, И.П. Айдарова, А.И. Голованова,Т.К. Льгова, Н.С. Петинова, М.Н. Багрова, М.А. Козина и других исследователей. Тем не менее, изучение критериев регулирования водного режима почвы с целью его оптимизации продолжает иметь большое научное и практическое значение. В первую очередь это относится к тем почвенно-климатическим зонам, где отсутствуют экспериментальные исследования, нет накопленного опыта орошаемого земледелия, но имеются огромные земельные площади при дефиците водных ресурсов.

Показано, что в литературе встречаются отличные друг от дру-

га мнения о допустимых уровнях предполивной влажности почвы при орошении люцерны. Это связано с тем, что исследования проводились в различных почввнно-шшматических зонах и выводы в .каждой конкретном случае были сделаны для местных условий. Отмечено, что для почвонно-климатических условий юга Западной Сибири отсутствует функциональная зависимость урожайности люцерны от уровня ее водообеспечэния, позволяющая судить о характере изменения урожайности и устанавливать,необходимый уровень поддержания влажности почвы. Кроме того, имеющиеся рекомендации по оптимальному пред-поливному уровню влажности почвы сделаны исходя из условия получения максимальных урожаев без учета затрат воды на единицу продукции как основного критерия оптимизации водопотребности сельскохозяйственных культур в регионах с ограниченными водными ресурсами.

Во второй главе приведены характеристики метеорологических условий как в многолетнем разрезе, так и за годы исследований; данные о гранулометрическом составе и водно-физичеоких свойствах почвы опытного участка, а также агрофизическая и агрохимическая характеристики южных черноземов.г

Метеорологические условия характеризуются достаточно высокими теплоэнергетическими показателями / сумма среднесуточных температур воздуха выше 10 °С - 2300 °С /, незначительным количеством осадков за вегетационный период / среднемноголатнее значение - 207 мм /, сравнительно низкой относительной влажностью воздуха / 61% / и высокой испаряемостью за вегетационный период -566 мм / среднемноголетняя /. Особенностью климата является интенсивная ветровая деятельность в виде частых и сухих ветров / в теплое время года /, значительно усиливающих испарение влаги.

Грунтовые воды на опытном участке залегают глубже 10 м и практически не оказывают влияния на процессы влагообмена в зоне аэрации.

' _ Почвы представлены маломощными малогумусными черноземами: содержание гумуса в слое 0 - 0,6 м - 2,21%. Содержание солей в 2-х метровом слое почвы колеблется от 0,068 до 1,325? от массы сухой почвы, возрастая от верхних горизонтов к нижним.

Водно-физические свойства почвы для слоя 0 - 1,0 м хар. ризуются следующими показателями: объемная масса - 1,454 -максимальная гигроскопичность / МГ / - 14,3$; влажность завяда-нкя / 33 / - 18,наименьшая влагоемкость / ВЗ / - 33,852 от ооьема почвы.

б

На гранулометрическому составу рассматриваемые почвы отно-оятоя к легкоглиниатым / Н.А. Качинский, 1965 /. Содержание фи-аичаской глины / частицы ф < 0,01 мм / в метровом слое почвы составляет 62,13С, в двухметровом - 65,8& Глинистая фракция на 2/3 представлена илистыми частицами / ф < 0,001 мм /.

В третьей глдвд описаны условия я методы исследований, организация и проведение полевых опытов, методика водобалансовых ясоледований в лизиметрах и на опытно-производственном участке, а также методы контроля влажнооти почвы.

Решение поставленных задач осуществлялось на основе водобалансовых исследований в лизиметрах с мощностью монолита ненарушенной отруктуры 2 м н на опытно-производственном участке площадью 168 га, орошаемом дождевальной машиной." Кубань-М Исследованиями были охвачены разные годы - от влажного и холодного / 1992 г. / до оухого и жаркого / 1991 г, /.

В лизиметрах изучались шесть вариантов водного режима почвы о поддержанием предполивной влажности в слое 0,6 м на уровнях: 90, 05, 80, 75, 70 и 65% НВ, На опытном участке радом с лизиметрическим комплексом оборудовали мотеоплощадку для наблюдений за метеорологическими параметрами. Возделывался районированный сорт люцерны " Карабалыкская-14посев семян осуществлен из расчета 12,7 кг/га / Н.*И. Можаев, 1981 /. Урожай учитывали в фазу начала цветения на контрольных площадках и при сплошном укосе по общепринятой методике.

Контроль влажности почвы в лизиметрах и на опытно-производственном участке осуществляли с использованием нейтронного влагомера ВНЛ-1 " Электроника плотность почвы определяли с помощью радиоизотоотого прибора ППГР-1, а также в шурфах стандартным методом с использованием стальных колец вместимостью 50 см3.

Суммарное водопотреблениэ расчитывали по уравнению водного баланса. В связи о тем, что грунтовые воды залегают на глубине свыше 10 м, при моделировании условий, близких к .естественным, в лизиметрах не создавался искусственно уровень' грунтовых вод. Это позволило решить одну из поставленных задач: учесть величину инфильтрации оросительной воды и атмосферных осадков при различных уровнях предполивной влажности почвы и зафиксировать момент, когда в лизиметрах, в зависимости от рассматриваемых вариантов водного режима, сформируется уровень грунтовых вод.

Наименьшую влагоемкость определяли методом залива изолиро-

ванного с боков монолита площадью поперечного оечения 1x1 в трехкратной повторности.

Изучение распространения корневой оистемы люцерны в /гочвея-ном профиле проводилось по мотодике Н.З. Станкова /1964 /.

Впитывание воды в почву при доадевании и определение доого-ковой поливной нормы проводили по Н.С. Ерхову / 1975 /.

Результаты экспериментов обобщались с применением методов математической статистики / Б.А. Доспехов, 1979 Л Для подтверждения результатов натурных исследований выполнялись теоретические ¡расчеты по современным моделям влатосолепереноса / Л.М. Раке, А.М, Якиревич, 1989 /.

3 четвертой главе приведены данные о поливном режиме люцерны, динамике суммарного водопотребления, зависимости урожайности и затрат воды на единицу продукции от уровня водообеспечения культуры, зависимость суммарного водопотребления от урожайнооти люцерны, а такие результаты исследований по изучению характера влаго-обмена в почвенном профиле о учетом развития корневой оистемы ло-церны. Анализируются данные опытов по установлению безнапорной водопроницаемости южных черноземов и эрозионно-допустимшс поливных норм при Орошении ДМ' " Кубань~М Приведены технологические охемы полива, обеспечивающие полив достоковыми нормами.

В результате проведенных исследований установлены поливные режимы люцерны при рааличных уровнях предполивной влажности почвы. Наибольшее количество поливов / 32 - 35 нормой 175 - 295 м3/га / потребовалось на варианте с уровнем предполивной влажности почвы 90% НВ. При этом оросительная норма изменялась от 7900 до 8870 м3/га. По маре снижения уровня предполивной влажности почвы уменьшалось количество поливов. На варианте, где пред-полявная влажность почвы поддерживалась на уровне 655С НВ число поливов составило по годам исследований 5 - 14 нормой 550 - 700 мэ/га. Оросительная корма колебалась от 3430 до 6109 м3/га в зависимости от напряженности метеорологических условий года исследований. •

Поливной режим люцерны от укоса к укосу также складывался неодинаково по вариантам водного режима почвы и по годам: количество поливов уменьшалось по всем вариантам опыта.

Исследования по регулированию водного режима в ело« 0-0,6 м показали, что глубина иссушения находится в т<к.. . зн с глубиной промачивания. При величине поливной нормы 200

• • : .

/ вариант 90$ НВ / глубина пром&чяваяия почвы, составила 30-35 см. Увеличение поливной нормьь до 300 и3/га / вариант 85$ ИВ / привело к увеличении глубины., промачивания до 40-45 см. При поливной корме 400 мэ/га / вариант 80/5 ИВ / глубина промачивания составила 45-50 см; при норме 500 и^/га / вариант 75$ 11В / - 50-55 см; при норме 600 м3/га / вариант 70$ НВ / - 55-60 см и при поливной норме 700 м3/га / вариант 65$ НВ / - 60-65 см. Анализ послойного распределения поливной воды и послойного ее расходования по всем вариантам водного режима показал, что относительные значения этих элементов водного баланса внутри каждого варианта опыта практически совпадают, т.е. послойное расходование влаги в процессе иссушения почвы происходит в соответствии о послойным аккумулированием поливной воды. Отмечено, что чем выше уровень пред-поливной влажности почвы / при более частых поливах малыми нормами /, тем интенсивнее происходит расходование влаги из верхних горизонтов на испарение. Это объясняется повышенной интенсивностью транспирации а значительным физическим испарением влаги из почвы. При снижении влажности почвы расход влаги из верхних слоев уменьшается, одновременно возрастает доля расхода из более глубоких горизонтов. Особенно заметно снижается расход влага из 20-ти сантиметровое©, слоя почвы. Так, при влажности, соответствующей 90$ НВ, из слоя, 0 - 2(5' см расходуется до 90$ от общего потребления воды полем люцерны, при глубине активного влагообмена 60 см. При снижении влажности почвы, до 65$ НВ доля участия слоя 0-20 см уменьшается до 54$ от общего расхода, воды»

Установлено, что послойное расходование- влаги, соответствует характеру распределения корневой системы люцерны.. По данным опытов в слое 0 - 10 см масса корней достигает 50,1$ от общей массы их в метровом слое. В слое 10 - 20 см масса корней уменьшилась более чем в,2,5 раза и составила 18,0$, а в слое 20 - 30 см -1Д,,8$. Основная масса корней / 91,7$ / сосредоточена в слое почвы, 0 - 60 см. В слое 100 - 150 см наблюдались единичные корни -1<,5 — 0,8/2 от общей массы. На варианте с предполивной влажностью почвы 75$ НВ из верхнего полуметрового слоя расходуется 48 — 52$ влаги,- а из метровой толщи - 80 - 82$. Таким образом, основная часть влаги расходуется из слоя 0 - 100 см.

Расчет интенсивности влагообмена между активным слоем почвы / 0 - 60 см / и нижележащими олоямя по формуле Ю.Н. Никольского / 1988 / показал, что величина ее при поддержании предполивной

влажности почвы на уровне 1Ъ% _НВ не превышает 3,5/С от суммарного водопотребленяя и соотавляет в среднем за годы иооледов»-ний 300 м8/га / рис. i /. .

Рис. 1. Зависимость влагообмена от влажности южных черноземов ори орошении люцерны

Аналогичные результаты получены я при прогнозах водного режима южных черноземов по модели влагосолопереноса Л,Ц. Рекоа * А.М. Якиревич / 1989 /. Цри регулировании влаадорт* почвы в пределах 0,75 - 0,90 НВ величина инфильтрациокного потока по этой модели составила 400 и3/га или 4,5% от суммарного водопотребла-няя. Полученные расчетные значения интенсивности влагообмена между активным слоем почвы и нижележащими слоями соответствуют т . зультатам экспериментальных исследований, проведенным в л..,;.. pax.

, Результаты водобалансовых исследований, выявили устойчивую зависимость изменения водопогребления люцерны от уровня предпс-

лявной влажности почва / табл. 1 /. Анализ этих данных показывает, что суммарное водопотребление люцерны уменьшается со снижением уровня предполивной влажности почвы и при принятой агротехнике возделывания культуры определяется режимом орошения, величиной урожайности, а также складывающимися метеорологическими условиями. Самое высокое значение суммарного водопотребления наблюдалось на варианте о предполивной влажностью почвы 90$ НВ / в среднем за 1990-1991 г.г. - 9843 м3/га /, самое низкое - на варианте 65$ НВ / 6830 м^/га /. В вегетационный период 1992 года, когда погодные условия в целом были неблагоприятными для развития я роста растений, что отразилось на фактическом режиме орошения люцерны н определило получение двух укосов вместо трех, обычных для данных климатических условий, суммарное водопотребление изменялось от 4852 мэ/га /вариант 65$ НВ / до 5994 м3/га / вариант 9055 НВ /. На опытно-производственном участке, где был реализован режим орошения с поддержанием предполивной влажности почвы на уровне 7555 НВ суммарное водопотребление составило 4847 иР/га при двух укосах люцарны.

В зависимости от пределов регулирования влажности почвы, а также фактической урожайности люцерны, сложившегося режима орошения и степени засушливости года изменяется и структура суммарного водопотреблен&я, т.е. величины составляющих его элементов. Основной приходной отатьей водного баланса почвн при орошении люцерны в рассматриваемом регионе является оросительная норма. Доля оросительной воды в общем недопотреблении изменялась по вариантам от 55 - 80$ / вариант 655? НВ / до 79 - 86% / вариант 905? НВ / по годам исследований. Доля атмосферных осадков в водо-потреблении люцерны была значительно ниже и составила по годам ОТ 11,8 - 33,0$ / вариант 65$ НВ / до 9 - 19,7$ / вариант 905? НВ/, т.е. снижение уровня предполивной влажности почвы обусловливает возрастание доли осадков в водном балансе поля.

Доля используемых запасов почвенной влаги в общем зодопотреб-лении зависит от реализуемого варианта водного режима почвы, сложившихся погодных условий вегетационного периода. С уменьшением уровня предполивной влажности в активном слое почвы увеличивается доля, влагозаласов в суммарном водопотреблении от 1,3 - 4,8% / вариант 905? НВ / до 5,8 - 13,0$ / вариант 65$ НВ /. В вегетационный период 1992 года величины составляющих суммарного водо-

Таблица 1

Водный баланс ганнх черноземов оря воздвлнваанх хядарны

Варианты водного режима почвы, * НВ Использовано влаги из почвы, м^/га Поступило воды в почву, мЗ/га Суммарное водопот-реолениа,. ь^/га

1 2 3 4 5 6

1990г.

90 134 1969 7900 9870 10003

85 566 1959 6800 8770 9335

80 713 1969 6330 8300 9013

75 ' 406 1969 5770 7740 8145

70 738 1969 4360 6330 7067

65 848 1969 ' 3430 1921 г. 5400 ' 6247

90 470 876 8338 9214 9684

85 . 425 876 8918 37Э4 10219 .

80 286 876 8351 9227 9513 '

75 392 876 7712 8588 аэао

70 585 876 6232 7108 7693

с г , 427 876 6109- 6985 7412

Продолжение таблицу 1

—1_-2_;_2___-J_;,.,,?■ _§_

1992 г. в лизиметра!

90 734 1940 „ 3320 5260 5994

85 751 1940 2900 4840 5591

80 820 1940 2660 4600 . 5420

75 835 1940 2300 4240 5075

70 1041 1940 2050 3990 5031

•65 1112 1940 1800 3740 4852

ва орошаемой участке

75 707 1940 2200 4140 -4847

потребления изменялись следующим образом: доля оросительной води - от 37 Д$ / вариант 65$ НВ / до 55,4$ / вариант 90$ НВ /i доля атмосферных осадков - от 40,С$ / вариант 65$ НВ / до 32,4$ ./ вариант 90$ НВ / и доля используемых запасов почвенной влага -от 22,9;? / вариант 65J6 НВ / до 12,2i / вариант- 90$ НВ /. Таким образом, на всех вариантах водного режима почвы потребность люцерны в воде удовлетворялась в основном за счет поливов и атмоо-фаряых осадков, тогда как доля почвенных влагозаласов сравнительно невелика.

Изучение суммарного водопотребления люцерны по межукосным периодам выявило, что наибольшее количество воды расходуется до формирования урожая 1-го укоса / 42 - 52$ общего водопотребла-няя /; до формирования урожая 2-го укоса приходится 26 - 36$ а до формирования урожая 3-го укоса - 18 - 30$.

Регрессионный анализ зависимости суммарного водопотребления от урожайности люцерны в относительных величинах показал, что зту зависимость можно характеризовать квадратичным уравнением. При этом за единицу приняты показатели варианта о минимумом удельных затрат воды / рис. 2 /:

rfl - 0,54 ?? - 0,11 V 0,57, / 1 /

где c(i ■ ■ I -vr1—; Вi - суммарное недопотребление,

Copt ^opt

соответствующее урожайности Ji i SQpi - суммарное водопотреб-ление при урожайности , соответствующей наименьшим затратам воды на единицу продукции. Корреляционное отношение, равное • 0,89, показывает, что между изучаемыми параметрами имеется довольно тесная связь. Уравнение / 1 / действительно при 0,72 < «it < 41,20 и 0,64 1,20, а также при поддержании предполивной

влажности почвы на уровне от 65 до 90$ НВ.

Анализ суммарного водопотребления по более коротким янтар-•валам времени / пятидневкам / выявил, что наиболее интенсивно влага расходовалась в период формирования урожая второго укоса по всем вариантам водного режима почвы. При уровне предполивной влажности почвы 75$ НВ, например, интенсивность водопотреблепш за период формирования урожая первого укоса составила 5,4 второго - 6,9 мы/оут, третьего - 5,0 ым/сут. Динамика сро; ■'..«: точного водопотребления показывает, что чем выше уровень ггрод.. •

Рис. 2. Зависимость суммарного водопотробления люцерны от урожайности в относительных единицах

лавноЗ влажности почва, тем интенсивнее расходовалась влага. Б среднем за вегетацию интенсивность Еодопотребленкя по вариантам водного режима почвы распределялась следующим образош ЗСЙ 11В -7,3 т/су?-, 85% НВ - 7,1 ш/сут; 805? НВ - 6,8 ш/сут? 75$ НВ -508 км/оуг; 70$ НВ - 5,4 ш/сут и &Ъ% НВ 5,0 мм/суг. Характер» кой особенностью динамики этого параметра язялэтся то, что в начале вегетационного, периода а в период отрастания люцерны посла укоса значение его является минимальным. С развитием вагетатиз-ных органов увеличивается интенсивность недопотребления о выраженным максимумов в период бутонизации со ссем заряаятам водного режима почвы. В зависимости от уровня првдЕолавйбй алагяосга йоч-вн, метеорологических условий и массы растений вз валячкна на.го'1 достигать в этот период от 7,8 мм/су« / вариант 65$ 11В / ха 15,0 ш/сут / вариант 9Р?£ НВ /.

Различные уровни предполивной' вяшиоста почва споссбсгпова-ли получению разного урожая зеленой .массы люцерна / табл. 2 /. При поддержании предполиЕкой влажности почвы на урони® НВ в

Таблица 2

Урожайность зеленой ыаосы люцерны, суммарное водопотребление и затраты воды на единицу продукции по вариантам водного режима почвы / средние за 1990-1991 г.г./

Варианты водного режима почвы, $ НВ Урожайность зеленой массы люцерны, ц/га Суммарное во-допогребление, м3/га Затраты воды на единицу продукции. ууд

90 608,0 9843 16,2

85 640,4 9777 15,3

80 601,4 9262 15,4

75 . 595,4 8562 14,4

70 491,7 7380 15,0

65 424,4 6830 16,1

среднем получено 424,4 ц/га зеленой массы люцерны. Увеличение предполивной влажности почвы до 70$ НВ привело к росту урожайности - 491,7 ц/га; до 75$ НВ - 595,4 ц/га; до 80$ НВ - 601,4 ц/га; до 85$ НВ - 640,4 ц/га и до 90$ НВ - 608,0 ц/га. В вегета^ ционный период 1992 года при двух укосах люцерны урожайность ее по вариантам опыта распределялась следующим образом: 90$ НВ -426,3 ц/га; 85$ НВ - 445,8 ц/га; 80$ НВ - 418,8 ц/га; 75$ НВ -408,1 и/та-, 70$ НВ - 403,4 Vra и 65$ НВ - 371,2 ц/га. На опытно-производственном участке при поддержании предполивной влажности почвы на уровне ,75$ НВ урожайность люцерны при двух укосах составила 402,0 ц/га. Таким образом, наибольший урожай получен на варианте водного режима почвы при поддержании предполивной влажности 85$ НВ, дальнейшее увеличение уровня влажности почвы не обеспечивает прироста урожайности. Наименьшие затраты воды на единицу продукции при этом получены яри уровне предполивной влажности почвы 75$ НВ / 14,4 м3/ц - в среднем за 1990-1991 г.г. при трех укосах люцерны; 12,4 и 12,1 mVh - в лизиметрах и на опытно-производственном участке соответственно при двух укосах в 1992 году /.

Для сравнимости полученных данных зависимости урожайности люцерны и затрат воды на единицу продукции от водообеспечения построены в относительных значениях. При этом вариант с наимень-

ними затратами воды на единицу продукции принят за оптимальный» о которым сравниваются остальные варианты / рис. 3 /.

0,4 0,6

0,8

_' ■ в

1,0 1,2 1,4- 1 ^

Рис. 3. Зависимости урожайности люцерны и затрат воды на единицу продукции о* водообеопечения / в относительных вдияШДах /

В результате такой обработки опытных Данных йолучвны уравнения: •

?

/2/

' 2,81Д + 3,38,

«V» 1,39/1- 3,12рц- 2,84,

/3/

где

1 * -я»»»«"1»™

/ ц/га /, соответствующая водообоспочошга </4/ »^/га /}

урожайность / ц/га /, соответствующая водообеспеченяю пря минимуме затрат воды на единицу продукции; ¿1 - затраты воды на единицу продукции, соответствующие водообеспечению } 6т1п -минимумы затрат воды, полученные в опытах. Уравнения /2/ к /3/ действительны при 0,77 < 1,33, т.е. в том диапазоне изменения уровня водообеспечения, в пределах которого располагаются полученные опытные точки.

Из анализа зависимостей, приведенных на рисунке 3, следует, что максимум урожайности и минимум затрат воды на единицу продукции соответствуют разным уровням водообеспечения культуры. Получение максимального урожая / на уровне 633 ц/га / потребовало увеличение затрат воды на 15$ / 1150 м3/га /, в то время как прирост урожая.составил 6$ / 45 ц/га /. Удельные затраты воды на 6$ прироста урожайности, как видно, составили 25,6 ыР/ц, что больше минимальных почти в два раза.

По приведенным зависимостям можно расчитать потребность в оросительной воде для получения заданной урожайности люцерны для данного уровня плодородия почвы или определить урожайность культуры при заданной водообеспеченности посевов. Таким образом, для рассматриваемых природно-климатических условий появляется возможность прогнозировать урожайность люцерны при различных уровнях водообеспечения с минимумом затрат воды на единицу продукции.

С целью проверки и распространения результатов лизиметрических исследований на орошаемое поле проводился сравнительный опытно-производственный эксперимент на участке площадью 168 га, Исследования проводились в 1992 году на орошаемой люцерне 3-го года. В качестве опытно-производственного участка было выбрано поле, на котором расположен лизиметрический комплекс. На опытно-производственном поле был реализован режим орошения люцерны о поддержанием предполивной влажности почвы на уровне 75$ НВ. Данные опытно-производственного эксперимента показали, что результаты лизиметрических исследований с достаточной степенью точности можно распространить на орошаемое поле и подтвердили, что водный режим южных черноземов, оцениваемый допустимым уровнем пред-поливной влажности почвы 75$ НВ, является оптимальным с точки зрения обеспечения наименьших затрат воды на единицу продукции при незначительном снижении урожайности люцерны от максимального.

При дождевании режим орошения должен базироваться на технологически возможных поливных нормах с учетом впитывающей способ-

booth почвы. В связи о этим в работе рассмотрена возможность реализации рекомендуемого режима орошения достоковыми нормами mg при дождевании ДМ " Кубань-М В качестве критерия оценки впитывания воды в почву были приняты показатель свободной / безнапорной / водопроницаемости почвы Р , интенсивность и структура доздя / H .С. Ерхов, 1975 /. В ходе исследований установлены зависимости показателя свободной водопроницаемости и эрозяонно-до-пустимой поливной нормы от предполивной влажности почвы, которые имехя прямолинейный характер, С увеличением уровня предполивной влажности почвы уменьшается показатель Р , соответственно снижается и ЗДПН. При уровне влажности почвы 75$ HB показатель Р для иоследуемой почвы составляет 85 мм, а достоковая поливная норма при дождевании ДО * Кубань-М " - 32 мм.

На основе экспериментальных данных построены графики зависимости достоковой нормы от интенсивности дождя при различных крупноотях капель. Показано, что о увеличением интенсивности дождя происходит уменьшение ЭДПН, при этом большему значению крупности капель дождя соответствует меньшее значение достоковой нормы. При средней интенсивности доздя 1,0 мм/мин и крупности капель 2,0 ш ЭДПН составила 30 мм.

Влияние объемной массы почвы на показатель безнапорной водопроницаемости описывается уравнением / Н.С. Ерхов, О.В. Кантор, 1977 /:

Р= PTml exp [a (i-r)î, /4/

где Рг., - показатель безнапорной водопроницаемости при объемной массе почвы, равной 1 г/см3} а - параметр, выражающий степень влияния объемной массы почвы на ее безнапорную водопроницаемость. Соответствующая обработка опытных данных дала возможность определить эти параметры: для исследуемых южных черноземов при поливах ДМ " Кубанъ-М " параметр {>,, равен . 158,5 мм, а параметр а 2,72. •

Анализ результатов исследований по установлению достоковой норма при поливе ДМ " Кубань-М "показал, что реализация режима орошешм о поддержанием предполивной влажности почвы на уровне 75$ HB при расчетной поливной норме 500 м3/га невозможна без образования поверхностного стока. Поэтому расчетную норму полива рекомендуется реализовать за несколько приемов технологическими нормами, не превышающими достоковую.

Для довдевальндас ыавдин, " фбань-М " рекомендованы наиболее приемлемые схемы полива, при, орошении люцерны в рассматриваемых природно-хозяйртвеадвдс условиях. Специфика орошаемой культуры / многоукосный, характер /, а также конкретные природно-хозяйст-венные условия, обусловливают необходимость применения комбинированных схем работ,ы. дождевальной машины: с поливом в два прохода в пиковый, период, водопотребления / фаза бутонизации / от начала поля, с выдачей. 1/2 поливной нормы / 250 *Р/га. / за каждый проход, а в.фазу отрастания и стеблевания - с началом полива с середины, поля, в четыре этапа, с выдачей на каждом из них также 1/2 поливной нормы»

В пятой главе приведены значения биологического коэффициента люцерны для рассматриваемого региона, установленные в результате проведенных исследований; дан анализ закономерности его изменения по периодам, вегетации; выполнен расчет режима орошения для года заданной обеспеченности по дефициту водопотребления о использованием полученных значений биологического коэффициента. Приведен солевой- баланс почвы по каждому из рассматриваемых вариантов, водного режима / по суше солей и по иону хлора /, даны описание многокомпонентной модели влагосолепереноса и результаты прогноза водно-солевого режима южных черноземов при рекомендуемом режиме орошения люцерны.

Биологический коэффициент, связывающий суммарное'водопотреб-ление с испаряемостью, определен по декадам вегетационного периода люцерны. Анализ полученных данных показал, что наименьшее его значение отмечается в начальный период вегетации / или в период отрастания люцерны после очередного укоса / - 0,52; 0,74 и 0,74 соответственно; наибольшее - в период начала цветения / к моменту укоса / - 1,18; 1,18 и 1,16. Расчетные параметры режима орошения люцерны установлены для лет различной обеспеченности. Расчеты выполнены по методу дефицита испаряемости / Н.В. Даняльчен-ко, 1978 / исходя из условия поддержания предполивной влажности почвы на уровне 1Ъ% НЗ. В год 25$-ной обеспеченности оросительная норма люцерны составит 2500 м3/га при пяти поливах; в год 502-ной обеспеченности - 3000 ы3/га при шести поливах и в год 75£-ног обеспеченности - 4000 ма/га при восьми поливах.

Солевой баланс по изучаемым вариантам водного режима показал, что рассматриваемые почвы при использовании оросительной воды о общей генерализацией 0,70 г/л и 1,79 не подвержены засоле-

Яйю. На всех вариантах водноТо (режийа почвы отмечена тенденция к уменьшению содержания солей к -концу опытов / 7 - 135? от исходного /» Невязка солевого баланса, составляющая менее 205?, свидетельствует об удовлетворительности полученных результатов. Аналогичные данные имеют место и при рассмотрении баланса по хлор-иону» Отмеченную тенденцию некоторого снижения солей в почвенном профиле можно объяснить рассоллющим действием осадков зимнего периода и выносом солей вместе с урожаем люцерны.

Прогнозные .расчета солевого ражима по многокомпонентной модели влагосолепереноса / Л.М, Рбййч A.M. Якиревйч, 1989 /, выполнении® при условий регулирований Влажности почвы в пределах 0,750,90 НВ и для года 755?-ной обеспеченности подтвердили, что процессов осолонцэвания и засоления не наблюдаются / рис. 4, 5 /.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. На основе экспериментальных и теоретических исследований выявлены оптимальные пределы регулирования влажности почвы для, люцерны / 0,75 - 0,90 НВ /, обеспечивающие получение высоких урожаев при наименьших затратах воды на единицу продукции.

2. Установлены зависимости урожайности и удельных затрат воды от уровня водообеспеченяя. Максимум урожайности и минимум затрат воды на единицу продукции соответствуют разным уровням водообеспеченяя культуры. Получение максимального урожая / на уровне 630 ц/га / потребовало увеличение затрат воды на 15$ от 'минимального / 1150 MVra /, в то время как прирост урожая составил 6$

/ 45 ц/га /. Удельные затраты воды на 65? прироста урожайности составили 25,6 м3/ц, что больше минимальный почти в два раза.

3. Получена зависимость водопотребления люцерны от урожайности, описываемая для данных почвенно-климатических условий криволинейным уравнением регрессии. Наибольшая интенсивность расходования влаги растениями отмечена в фазу бутонизации. В среднем, при рекомендуемом оптимальном уровне продполнвйой ¡влажности почвы, равной 75$ НВ, максимум водопотребления люцерйй 9 данную фазу развития соотавил: 5,4' юл/сут в период формйроа&нйя урожая первого укоса; 6,9 мч/сут - в период формйров&нйй урожая второго укоса и 5,0 ьш/сут - в период формрдйаййй .урожая третьего уноса»

4. На основе полученных биологйчоййп коэффициентов разработаны режимы орошения люцерны для Mt 25 , 50 й 755?-Иой ойаспе-

С. %

Д/а в ППК, мг-экв

6 5 4 3 2

1 0

0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06

0,04 0,02 О

в слое 0 - 1,0 м

__

— ----соде

сумма солей, %

одержание натрия Ш1К, мг-экв/100 г

—г-

1

6 т, гоД

Рис. 4. Динамика солевого режима южных черноземов

10 15 20 25

На 6-ой год Рис. 5. Содержание ионов в. ППК, мг-экв/100 г

чшшостп по дефициту водопотребления. При поддержании уровня предполивной влажности, почвы 75$ НВ оросительная норма люцерны составит 2500 м3/га для года 25$-ной обеспеченности, 3000 м3/га -для года 50$-ной обеспеченности и 4000 м3/га - для года 75$-ной обеспеченности.

5. Установлены показатели безнапорной водопроницаемости и эрозионно-допустямые поливные нормы при дождевании М " Ку-бань-М * в зависимости от энергетических характеристик дождя, уровня предполивной влажности н объемной массы южных черноземов. Реализация рекомендуемого режима орошения о поддержанием предполивной влажности почвы 75$ НВ при поливной норме 500 мэ/га без образования поверхностного стока невозможна. Поэтому расчетную норму полива следует реализовать за несколько приемов технологическими нормами, не превышающими достоковув.

6. Водный и солевой балансы, а также прогнозные расчеты водно-солевого режима почв показали, что при поддержании предполивной влажности почвы на уровне 75$ НВ сброс воды за пределы слоя активного влагообмена не превышает 300 - 400 м3/га или 3,5 - 4,5$ от суммарного водопотребления и обеспечивает создание благоприятного солевого режима южных .черноземов.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах:

1. Режим орошения люцерны на южных черноземах Северного Казахстана,- В сб.: Создание мелиоративных систем нового типа. Труды ВЫИИГиМ, т. 79, И., 1991. - о. 128 - 131 / в соавторстве /.

2. Водопотребление и продуктивность орошаемой люцерны на иге Западной Сибири. - Мелиорация и водное хозяйство, 1993,, Л 2.-о. 33 / в соавторстве /.

3. Оптимизация режима орошения люцерны в условиях юга Западной Сибири. - Аграрная наука, 1993, № 2. - с. 46 - 47 / в соавторстве /.

4..Изменение слоя активного влагообмена в зависимости от режима орошения люцерны на южных черноземах,- В сб.: Гидромелиоративные системы многофакторного регулирования режимов. Труды ВНИИГиМ, т.87, М.,.1994 / в печати /.