Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние различных элементов ландшафта на микроклимат и урожайность озимой пшеницы в подзоне светло-каштановых почв Волгоградской области

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Глушкова, Людмила Ивановна, Волгоград

На правах рукописи

ДА ГЛУШКОВА

Блияиие рашшк элементов ландшафт, на микроклимат и урожайность озимой пшеницы в подзоне светло-каштановых нож® Волгоградской области

Ш>.01»09 - Ряешшводпво

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сшыжохозяйственных наук

Научные руково/щтели : академик А АО. доктор сельскохозяйственных наук, профессор Г. А, Медведе®, кандидат сельскохозяйстаенных наук, доцент А, М, Белжш

Волгоград, 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................4-5

1. Обзор литературы по теме исследований....................................6-13

2. Почвенно-климатическая характеристика места проведения опытов......................................................................................14-29

2.1. Характеристика почв опытных участков.........................14

2.2. Климат природной зоны....................................................18

2.3. Погодные условия в годы проведения исследований.......22

3. Программа, методики и объекты исследований.....................30-36

3.1. Программа исследований ...........................30

3.2. Методика исследований........*..............................31

3.3. Объекта исследований........................................................36

4. Влияние элементов ландшафта на составляющие микроклимата .......................................................................... 37-78

4.1. Скорость ветра....................................................................38

4.2. Температура воздуха..........................................................40

4.3. Относительная влажность воздуха....................................41

4.4. Радиационный режим.........................................................43

4.5. Температурный режим почвы............................................62

4.6. Испаряемость......................................................................68

4.7. Сиегоотложение..................................................................69

4.8. Влажность почвы................................................................75

5. Рост и развитие фитоценоза озимой пшеницы в зависимости от условий произрастания............................................................79-104

5.1. Особенности роста и развития озимой пшеницы под

влиянием элементов ландшафта......................................79-98

5.2. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах

озимой пшеницы..........................................................................98-104

6. Влияние различных элементов ландшафта на урожай и

качество зерна озимой пшеницы.......................................105-116

6.1. Урожай зерна озимой пшеницы .......................................105

6.2. Качество зерна озимой пшеницы...........................................111

Экономическая эффективность ...............................................................117-120

Выводы и предложения производству..................................121 -124

Список использованной литературы......................................................................125-145

Приложения..............................................................................146-165

ВВЕДЕНИЕ

Проблема повышения устойчивости зернового производства и увеличения валового сбора зерна является ключевой в сельском хозяйстве Поволжья. При переходе к рыночным отношениям, когда многие хозяйства испытывают значительные финансовые трудности, особенно важно более полно использовать биоклиматический потенциал зоны путем рационального применения приемов интенсификации производства зерна.

Для нормального роста и развития озимой пшеницы необходимо постоянное наличие и оптимальное сочетание целого ряда факторов, таких как питательные вещества, поступающие из почвы и удобрений, элементы климата - тепло, свет, влага, кислород, углекислый газ, представляющие собой важные природные ресурсы сельскохозяйственного производства, которые оказывают заметное влияние на продолжительность вегетационного периода озимой пшеицы, ее зимостойкость, засухоустойчивость и другие физиологические и хозяйственые признаки.

Приход солнечной радиации в нашей зоне выше, чем в черноземной зоне, изменяется и качественный состав спектра, что существенно влияет на активность фотосинтетической деятельности озимой пшеницы, на прохождение всех физиологических процессов, что в конечном итоге и определяет величину урожая. Известно, что интенсивность освещения растений в посевах зависит не только, от числа облачных дней, но и от направления и крутизны склонов, наличия лесополос, направления рядков, густоты травостоя и ряда других элементов ландшафта. Переход к адаптивному земледелию при планировании высоких урожаев, возникает насущная потребность в более полном учете влияния этих факторов.

В связи с тем, что около 70% валового сбора зерна в Российской Федерации производится в засушливых регионах, в долгосрочной программе "Зерно России" указывается на необходимость интенсификации производства зерна в Нижнем Поволжье, куда входит и Волгоградская область. К числу наиболее ценных и высокоурожайных зерновых культур в нашей области относится озимая пшеница.

За последние 10 лет посевные площади этой культуры в Волгоградской области превышали 1 млн.га, а уборочные колебались от 592 до 1123 тыс.га. Урожайность за эти годы, в среднем по области колебалась от 0,88 до 2,93 т/га. Такие резкие колебания урожайности озимой пшеницы, объясняются погодными условиями, и в первую очередь, количеством выпавших осадков. Следовательно, в увеличении производства зерна озимой пшеницы в наших условиях основной проблемой остается повышение устойчивости этой культуры к засухам и суховеям.

комплексе мероприятии но преодолению вредного действия засух наиболее важным остаются развитие водной и химической мелиораций, влагосберегающая обработка почвы, подбор и создание новых засухоустойчивых сортов озимой пшеницы, сохранение и повышение плодородия почвы, а вместе с тем более глубокое изучение экологических факторов произрастания с целью последующего введения технологических приемов их регулирования .

В связи с этим мы и поставили перед собой задачу выявить влияние различных элементов ландшафта на микроклимат и урожайность озимой пшеницы в подзоне светло-каштановых почв Волгоградской области.

I. Обзор литературы по теме исследований

Озимая пшеница относится к числу наиболее ценных и высокоурожайных культур. В хлебном балансе страны на долю озимой пшеницы приходится до 30% , а площадь посева составляет около 20% от всех зерновых культур. В Поволжье, из-за неблагоприятных условий перезимовки и засушливости климата, озимая пшеница появилась сравнительно недавно. По данным ЮЛ. Ковырялова(1989) к началу XX столетия озимая пшеница высевалась в Саратовской губернии на площади 2 тыс.десятин и урожайность ее составляла 0,8 т/га. В настоящее время посевные площади этой культуры в стране достигают 20 млн .га, а в Волгоградской области ежегодно засевается более 1 млн.га. Урожайность ее сильно меняется, как по годам, так и по регионам области. В условиях Поволжья наиболее заметным элементом ландшафта являются лесополосы.

Мелиоративная эффективность полезащитных лесных полос определяется в первую очередь их влиянием на скорость ветра и интенсивность турбулентного обмена воздушного потока в приземном слое атмосферы. Установлено, что ветровой поток, встречая на своем пути лесные полосы, обтекая и частично проходя через них, значительно снижает свою скорость и интенсивность турбулентного обмена (И.К. Винокурова, 1968; Б.В. Лабазников,1969; П.С. Захаров, Ф.С.Барышман, В.М. Горяинов, 1974; Л.А.Вайно, 1979; Н.И.Ивченко, М.Н. Юнникова, 1979 и др.).

Работами Я.Д.Панфилова (1936) и Г.И.Матякина (1952) было определено, что эффективность воздействия лесных полос на скорость ветра зависит от их конструкции. Они дали первое определение трех основных конструкций лесных полос: непродуваемой, ажурной, продуваемой.

Степень уменьшения скорости ветра зависит от угла подхода воздушного потока к лесной полосе. Наибольшее уменьшение скорости ветра на межполосном поле, по сравнению с незащищенным, наблюдается при угле подхода 90 градусов. В этом случае снижение скорости ветра может достигать 57% от исходной (Л.П.Боброва, 1960, 1964; Б.В. Лабазников,1965; А.И.Пилюгина, 1971; Н.В.Вдовин, 1972, 1975; П.Д.

Никитин, М.И.Долгилевич, 1977; К.П.Митрюшкин, Е.С. Павловский, »

1979). В силу боковой шероховатости лесных полос их ветрозащитное действие остается значительным и при параллельном направлении ветра относительно основных насаждений и составляет примерно 25% от ветрозащитного действия при перепендикулярном направлении (А.Р.Константинов, Л.Р.Струзер, 1965).

Зона хозяйственно-эффективного снижения скорости ветра (10% и более) ограничивается расстоянием в 25-30Н (Я.Д. Панфилов, 1937; Г.И.Матякин,1955; Г.Г.Данйлов,1971;М.М.Лазарев, 1975 и др.). В настоящее время это расстояние принимается при расчетах коэффициента полезного действия лесных полос во взрослом состоянии (А.Ф.Калашников, 1972).

В результате уменьшения скорости ветра и ослабления турбулентного обмена под действием лесных полос изменяется и температура приземного слоя воздуха.

Г.Г.Данилов (1955) приводит по Куйбышевской области следующие данные. Температура воздуха под защитой лесной полосы продуваемой конструкции выше, чем на контроле на 0,5-1,2 градуса, а ажурной - 1,1-1,9 градусов. В ясные дни с большой солнечной радиацией на поле, окаймленном ажурными лесными плосами, температура воздуха на высоте растений резко возрастала и в отдельные дни превышала контроль на 5-10 градусов. В безоблачные ночи температура воздуха на

облесённом поле ниже, чем на контроле на 3-7 градусов, а иногда -10 градусов.

Л.П.Боброва (1961, 1964) в результате опытов на Поволжской АГЛОС Куйбышевской области сделала вывод, что лесные полосы продуваемой конструкции уменьшают температуру воздуха на межполосном поле, по сравнению с незащищённым, на 0,4-1,5, а плотной конструкции -1,0 градус.

Снижение температуры воздуха в период вегетации сельскохозяйственных растений среди лесных полос на 2,0-3,5 градусов зафиксировали А.И.Молчанова и Р.М.Тураходжаев (1979).

Анализируя результаты своих опытов на Кутулукской оросительной системе Куйбышевской области, К.И.Повов (1957, 1959) пришёл к заключению, что в начальные фазы развития, пока травостой сельскохозяйственных растений имеет незначительную высоту и не сомкнулся, температура воздуха на межполосном поле формируется в зависимости от ослабления скорости ветра и турбулентного обмена. После смыкания травостоя температурный режим зависит и от мощности растительного покрова, интенсивности его транспирации. Более мощный травостой на защищенных полях расходует влагу и тепло на транспирацию больше, чем низкорослый травостой в открытой степи, а отсюда температура воздуха днем на полях среди лесных полос ниже, чем в степи на 1,0-1,5, а ночью - 0,3-0,9 градусов.

В настоящее время вопрос о влиянии полезащитных насаждений на влажность воздуха прилегающей территории довольно широко отражён в работах многих исследователей. Определено, что лесные полосы повышают абсолютную и относительную влажность воздуха по сравнению с незащищёнными полями. По данным Г.М.Тумина (1926), Л.А. Кузнецовой (1954), Л.П.Бобровой (1964), И.К.Винокуровой (1968), Г.Г.Данилова, Д.А.Любанова, И.Ф.Каргина (1980) и др. относительная

влажность воздуха на полях среди лесных полос в течение дня в среднем выше на 1-6%. Наибольшая разница между влажностью воздуха межполосного и открытого поля отмечается в полуденные часы. В сухую и жаркую погоду различия в минимальной влажности над растениями возрастают в среднем до 9-16% т.е. с ее превышением среди лесных полос по сравнению с пространством без лесных полос. В отдельные дни с суховеями лесные полосы повышают относительную влажность воздуха на 10-20%, а в вечерние часы эти различия иногда достигают 30%.

Наиболее заметное повышение относительной влажности воздуха, в среднем на 4-5%, оказывают лесные полосы продуваемой конструкции, а ажурной - 2,5-4,5% (Г.Г.Данилов, 1960).

Дальность самого эффективного влияния защитных насаждений на влажность воздуха распространяется по одним данным на 4-5Н (В. А.Каргов, 1971), другим - 10-15Н (Г.И.Матякин, 1936, 1952; Б.В. Кару-зин, 1940; В.В.Захаров, 1976).

Уменьшение испарения с открытой водной поверхности на межполосном поле, по сравнению с незащищённым на 7-45%, было отмечено многими исследователями (З.Ф.Самохина, 1939; Б.В.Лабазников, 1965; А.В.Альбенский, 1971; А.Д.Нехаев, 1974; А.Ю.Раков, 1975; Г.И.Воробьёв, 1977; П.Д.Никитин, М.И.Долгилевич, 1977; В.Н. Виноградов, 1978; А.Ф.Калашников, 1979; В.В.Захаров, 1980; Л.С. Молчал-кин, 1981).

Дальность влияния лесных полос на сокращение испарения простирается в заветренную сторону на 20-25Н, а в. наветренную - 3-7Н (Б.В.Карузин, 1936; Г.Г.Данилов, 1955;В.А.Бодров,1961). Причем, степень сокращения испарения зависит от конструкции лесной полосы, у ажурной лесной полосы потери воды на 2-4% выше, чем у продуваемой (М.М.Лазарев, 1967).

Таким образом, в леггний период под воздействием защитных насаждений на межполосном поле создаются более благоприятные условия для роста и развития сельскохозяйственных растений: уменьшается скорость ветра, снижается интенсивность испарения, повышается относительная влажность воздуха.

Зимой основная работа лесных полос заключается в сохранении и накоплении выпавших твёрдых осадков.

С открытых полей снег ежегодно сносится в овраги и балки (до 40% и более), а с полей, защищенных лесными плосами, снос снега не превышает 5-8%(П.Г.Кабанов,1939; Н.И.Сус, 1948; И.Д.Копанев, 1955, 1971; А.М.Бялый, Б.А.Исупов, Ф.С.Черников, 1975; М.М.Лазарев, 1975; П.Д.Никитин, 1975; В.В.Захаров, 1976; П.Д.Никитин, М.И.Долгилевич, 1977).

В малоснежные зимы мощность снежного покрова на полях, защищенных полосами, в 1,5-2,5 раза выше, чем в степи, а в снежные зимы - 4-5 раз (Г.Я.Маттис, 1961; П.С.Захаров, Ф.С.Барышман, В.М. Го-ряинов,1974; А.Ю.Раков, 1975; М.М.Лазарев, 1979, 1981; К.П. Митрюпь кин, Е.С.Павловский, 1979; В.В.Захаров, 1980).

В.В.Захаров (1971), учитывая неравномерность распределения снежного покрова по межполосному полю, делит его на зоны, различающиеся запасами снега, а следовательно, и запасами воды.

Согласно средним многолетним данным межполосные поля в системе лесных полос за счт снегоотложений получают на 74 мм воды больше, чем открытые поля (А.М.Бялый, 1980, 1981).

Неравномерное распределение снежного покрова на межполосном поле приводит к неравномерному увлажнению почвы. На межполосных полях с ровным рельефом распределение влаги и глубина промачивания почвы в весенний период, как правило, повторяет кривую залегания снежного покрова (А.Ф.Калашников, 1968, 1969, 1974; Г.Г.Данилов,

1971; Г.Г.Данилов, Д.А.Лобанов, 1973).Болыпе всего вйаги бывает в самих полосах и приполосных участках поля. По мере удаления от полос в сторону середины поля количество её уменьшается.

В.В.Захаровым (1976) установлено, что разница в запасах влаги между зонами межполосного поля может достигать в слое почвы 0-150 см - 60-130 мм.

Изменение лесными полосами микроклиматических условий на прилегающей территории в период вегетации и дополнительное увлажнение почвы за свет зимнего снегонакопления, в сравнении с незащищённой, влияет в свою очередь на различие физиологических процессов в растениях, на их рост и развитие.

Вблизи лесных полос отмечается более раннее на 1 -3 дня появление всходов сельскохозяйственных культур, а созревание зерна здесь удлиняется на 1-2 дня, по сравнению с открытыми полями. В результате этого период вегетации зерновых культур на межполосном поле увеличивается в целом на 1-5 (иногда 7-9) дней (Б.В.Карузин, 1936, 1937, 1940; Г.Г.Данилов, 1955, 1971; Г.Г.Данилов,Д.А.Лобанов, 1973; А.И. Пилюгина, 1974).

Д.И.Шашко (1957) отмечает, что транспирация растений определяется целым комплексом внешних и внутренних факторов. Влажность почвы, по его мнению, оказывает на транспирацию косвенное влияние -через растительную массу. Достаточное увлажнение почвы обеспечивает мощное её накопление и соответственно большие размеры тран-спирации. Интенсивность же транспирации мало зависит от влажности почвы.

Исследования показали, что во все годы лесные полосы положительно повлияли на урожай. Так, в 1954 г. средняя прибавка урожая зерновых составила 2,2 ц/га (26%), в 1956 г. - 2,8 ц/га, в 1972 г. - 4,3 ц/га

(44%) и в 1974 г. - 3,5 ц/га (17%) (Т.И.Воробьев, Г.И.Матякин, А.Н.Павлов, 1977).

Под влиянием лесных полос на прилегающих к ним полях происходит качественное изменение урожая зерна. По мере приближения к древесным насаждениям в зерне пшеницы уменьшается содержание сырого белка и клейковины (А.Н.Тарасенко, 1975, 1979). Качество зерна пшеницы на лесозащищенной площади во многим зависит от погодных условий периода вегетации. При обилии осадков наибольшее количество белка и сырой клейковины синтезируется в менее увлаженных второй и четвертой зонах межполосного поля. В засушливый год картина обратная. По видимому, при недостатке влаги растения значительно быстрее оканчивают цикл развития и налив зерна не успев реализовать всех своих возможностей (И.В.Добросердова, 1972).

В зерне пшеницы белок в основном накапливается в результате поглощения азота из почвы* и вторичного использования азотистых веществ, накопленных в вегетативных органах до начала налива зерна (А.И.Моисеева, 1975). Отсюда снижение белковости зерна в приполос-ных зонах объясняется вымыванием почвенного азота талыми водами (В.В.Захаров, В.М.Креггинин, 1979). По их данным потери азота в слое почвы 0-100 см на обыковенном черноземе (после черн�