CC BY
42
ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ УВЛАЖНЕНИЯ ПОЧВ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ КАРТОФЕЛЯ В АРИДНОЙ ЗОНЕ
А.В. Шуравилин1, Ю.И. Сухарев2, М.А. Табук1, В.В. Бородычев3
'Кафедра почвоведения и земледелия Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 8/2, Москва, Россия, 117198
2Кафедра мелиорации и рекультивации земель Московский государственный университет природообустройства ул. Прянишникова, 19, Москва, Россия, 127550
волгоградский филиал ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии ул. Тимирязева, 9, офис 36, Волгоград, Россия, 400002
В статье изложены результаты исследований водного режима супесчаных полупустынных почв Омана при капельном орошении картофеля. Приведена оценка влияния уровней увлажнения с учетом создания водоаккумулирующего слоя из сапропеля и бентонитовой глины на плодородие почв, экономное расходование воды, урожайность картофеля. Установлено, что с повышением порога предполивной влажности почвы в течение вегетационного периода с 70% НВ до 80% НВ урожайность картофеля увеличивается в среднем на 26,2%. Искусственное формирование водоаккумулирующего объема в корневой зоне почвы из сапропеля и бентонитовой глины способствует снижению затрат оросительной воды на 5—6% и повышению урожайности картофеля соответственно на 10—11% и 3—5%.
Ключевые слова: картофель, почва, капельное орошение, влажность, оросительная норма, водопотребление, сапропель, глина, урожайность.
Научные исследования, проведенные в России и других странах мира, свидетельствуют о высокой экономической и эколого-технологической эффективности капельного способа орошения, при котором обеспечивается экономия оросительной воды и повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 40—100% по сравнению с дождеванием [1—4].
В условиях аридного климата и дефицита влаги, который отмечается в Омане, большое значение при орошении сельскохозяйственных культур придается экономному расходованию воды. Поэтому целью наших исследований являлась разработка научно-обоснованной водосберегающей технологии капельного орошения картофеля, возделываемого на легких полупустынных почвах Омана, на основе оптимизации порога предполивной влажности почвы и формирования во-доаккумулирующего слоя из сапропеля и бентонитовой глины.
Экспериментальные исследования проводились на землях сельскохозяйственной исследовательской станции Недж. За период вегетации картофеля в 2009— 2012 гг. погодные условия мало чем отличалась от среднемноголетних данных. Почвы исследовательской станции пустынные серо-коричневые, представлены легкими супесями. В метровом слое почвы плотность сложения составляет
1,45 г/см3, наименьшая влагоемкость — 16,4% от массы; коэффициент фильтрации — 1,04 м/сут. Почвы щелочные (pH 7,9), незасоленные. В слое почвы 0—30 см содержится гумуса 0,015%, общего азота 0,01%, доступного фосфора 3,14 мг/кг и обменного калия 2—4 мг/кг почвы. Содержание карбоната кальция в почве очень высокое — более 40—50%.
В опытах нами изучалось влияние различных режимов предполивной влажности почвы (фактор А) и компонентов, обеспечивающих повышение влагоем-кости почвы (фактор В), на урожайность картофеля при капельном орошении (табл. 1). Расчетный слой почвы по межфазным периодам принимался 0,4— 0,5—0,5 м. Полевой был опыт заложен в трехкратной повторности в соответствии с общепринятой методикой [5]. В процессе исследований использовались общепринятые и современные методики, агротехника картофеля принималась общепринятой для условий Омана. Перед закладкой опыта в почву во все варианты было внесено по 50 т/га навоза. Применяли гребневую схему посадки 70 х 25 см. Расстояния между капельными трубопроводами принимались 70 см, а между капельницами — 25 см. Расход капельницы составлял 1,50 л/час. Поливы проводились через 1—3 дня.
Таблица 1
Схема полевого опыта при капельном орошении
№ вар. Режим предполивной влажности почвы (фактор А) Субстрат (фактор В)
1 70% НВ в течение вегетации Почва без минеральных добавок (контроль)
2 То же Почва + сапропель 200 г/растение
3 То же Почва + бентонитовая глина 200 г/растение
4 80% НВ в течение вегетации Почва без минеральных добавок
5 То же Почва + сапропель 200 г/растение
6 То же Почва + бентонитовая глина 200 г/растение
7 Дифференцированный режим по межфазным периодам* 70—80—70% НВ Почва без минеральных добавок
8 То же Почва + сапропель 200 г/растение
9 То же Почва + бентонитовая глина 200 г/растение
*Примечание: межфазные периоды: 1-й: посадка — начало бутонизации; 2-й: начало бутонизации — окончание роста ботвы; 3-й: окончание роста ботвы — техническая спелость клубней.
В зависимости от режима предполивной влажности почвы и природных компонентов изменялось число поливов и оросительная норма (см. табл. 2). Наибольшее число поливов и наибольшая оросительная норма отмечались в вариантах 1, 4 и 7 без формирования водоаккумулирующего слоя.
В среднем за годы исследований при предполивной влажности почвы 70% НВ в течение всей вегетации было проведено 44,7 поливов, а оросительная норма составляла 5970 м3/га. Поддержание более низкого порога предполивной влажности почвы (80% НВ) в течение всей вегетации увеличивало среднее число поливов до 79,7 и оросительную норму до 7040 м3/га. По сравнению с режимом влажности почвы 70% НВ оросительная норма была больше в среднем на 1070 м3/га, или на 17,9%, а число поливов увеличилось на 35, или на 78,3%.
Таблица 2
Число поливов и оросительная норма (м /га) при капельном орошении картофеля
№ вар. 2009—2010 г. 2010—2011 г. 2011—2012 г. Среднее
число поливов оросительная норма число поливов оросительная норма число поливов оросительная норма число поливов оросительная норма
1 44 5 805 46 6 184 44 5 921 44,7 5 970
2 40 5 476 42 5 858 41 5 664 41,0 5 666
3 41 5 532 42 5 896 41 5 648 41,3 5 692
4 78 6 844 82 7 261 79 7 015 79,7 7 040
5 73 6 446 77 6 828 74 6 589 74,7 6 621
6 73 6 468 79 6 870 74 6 615 75,3 6 651
7 55 6 264 60 6 628 58 6 443 57,7 6 445
8 52 5 911 56 6 260 53 6 075 53,7 6 082
9 53 5 953 55 6 282 54 6 098 54,0 6 111
В варианте 7 с дифференцированным режимом предполивной влажности почвы 70—80—70% НВ число поливов и оросительная норма соответственно составляли 57,7 и 6445 м3/га.
По сравнению с режимом предполивной влажности почвы 70% НВ (вар. 1) было проведено на 13 поливов больше, а оросительная норма возросла на 475 м3/га, или на 8%. Однако в сравнении с более высоким режимом влажности почвы — 80% НВ (вар. 4) — в среднем число поливов было меньше на 22, а оросительная норма — на 595 м3/га, или на 8,5%. При всех режимах предполивной влажности почвы создание водоаккумулирующего слоя из сапропеля способствовало снижению числа поливов на 4—5 и объема оросительной воды на 304— 419 м3/га, или на 5,1—6,0%, а из глины — соответственно на 3—4 и на 278— 389 м3/га, или на 4,7—5,5%. Природные материалы — сапропель и бентонитовая глина — оказывали примерно одинаковый эффект по снижению затрат оросительной воды.
Результаты опытов показали, что водопотребление картофеля при капельном орошении возрастает с увеличением влагообеспеченности растений и снижается в вариантах с внесением в почву природных компонентов из сапропеля и бентонитовой глины (см. табл. 3).
Так, при режиме предполивной влажности почвы 70% НВ в контроле (вар. 1) без водоаккумулирующего слоя суммарное водопотребление в среднем составляла 6541 м3/га, а среднесуточное — 58,9 м3/га. Повышение режима предполивной влажности почвы с 70% НВ до 80% НВ приводило к увеличению суммарного и среднесуточного водопотребления. Так, в варианте 4 без создания водоаккуму-лирующего слоя суммарное водопотребление в среднем за три года составляло 7573 м3/га, а среднесуточное — 65,9 м3/га. В варианте 7 с дифференцированным
режимом предполивной влажности почвы без водоаккумулирующего слоя суммарное водопотребление картофеля в среднем составляло 6997 м3/га и среднесуточное 61,9 м3/га.
Таблица 3
Водопотребление картофеля при капельном орошении, м3/га
№ вар. 2009/2010 г. 2010/2011 г. 2011/2012 г. Среднее
суммарн. за сутки суммарн. за сутки суммарн. за сутки суммарн. за сутки
1 6 407 57,7 6 770 61,0 6 446 58,1 6 541 58,9
2 6 064 53,7 6 429 60,0 6 175 54,6 6 223 55,1
3 6 120 54,6 6 469 57,7 6 173 55,1 6 253 55,8
4 7 403 64,4 7 803 67,9 7 512 65,3 7 573 65,9
5 6 990 59,7 7 356 62,9 7 071 60,4 7 139 61,0
6 7 012 60,4 7 398 63,8 7 112 61,3 7 174 61,8
7 6 837 60,5 7 199 63,7 6 954 61,5 6 997 61,9
8 6 470 56,3 6 817 59,3 6 572 57,1 6 620 57,0
9 6 512 57,1 6 839 58,5 6 635 58,2 6 649 58,0
Водоаккумулирующий слой из сапропеля снижал суммарное водопотребление в среднем до 6620 м3/га, или на 377 м3/га (5,4%) и среднесуточное водопотребление — с 61,9 до 57,6 м3/га, а из бентонитовой глины — в среднем с 6997 до 6649 м3/га, или на 348 м3/га (на 5%), а среднесуточное водопотребление снижалось в среднем до 58,3 м3/га. С повышением режима предполивной влажности с 70 до 80% НВ суммарное водопотребеление картофеля в варианте 4 без водоаккумулирующего слоя увеличилось в среднем за три года на 1032 м3/га (на 15,8%); в вариантах с формированием водоаккумулирующего слоя из сапропеля оно снизилось на 916 м3/га, а из бентонитовой глины — на 921 м3/га (на 14,7%).
Количественные характеристики статей водного баланса в суммарном водо-потреблении картофеля показали, что наибольшее количество воды поступает растениям от оросительной нормы. При этом удельный вес осадков, используемых запасов почвенной влаги и оросительной воды в суммарном водопотреблении изменялся несущественно и в среднем по вариантам опыта соответственно составил 0,8%, 7,2% и 92%. Однако с повышением порога предполивной влажности почвы отмечалась тенденция увеличения доли оросительной воды и снижения доли используемых запасов влаги из почвы в суммарном водопотреблении картофеля.
Экспериментальные данные (табл. 4) показали, что с повышением уровня предполивной влажности почвы и созданием в верхнем слое почвы водоаккуму-лирующего слоя из природных компонентов, особенно из сапропеля, во все годы исследований заметно увеличивалась урожайность картофеля. В среднем за годы исследований наиболее высокая урожайность картофеля (25,6 т/га) получена в варианте 5 при поддержании порога предполивной влажности на уровне 80% НВ и внесении в верхний почвенный горизонт сапропеля.
Таблица 4
Урожайность клубней картофеля при капельном орошении
№ вар. Урожайность, т/га Отклонение от контроля
Вегетационный период (гг.) средн. т/га %
2009—2010 2010—2011 2011—2012
1 21,4 19,6 13,9 18,3 — 100
2 24,3 21,3 15,3 20,3 2,0 110,9
3 22,3 20,2 14,5 19,0 0,7 103,8
4 27,4 24,1 17,8 23,1 4,8 126,2
5 30,3 26,3 20,2 25,6 7,3 139,9
6 28,4 25,2 18,4 24,0 5,7 131,1
7 26,4 23,8 17,0 22,4 4,1 122,4
8 28,9 25,7 19,5 24,7 6,4 135,0
9 27,6 24,5 17,8 23,3 5,0 127,3
НСР05 по фактору А 1,23 1,14 0,91 1,54 — —
НСР05 по фактору В 0,78 0,55 0,46 0,89 — —
НСР05 по взаимодействию факторов А и В 1,52 1,27 1,04 1,82 — —
При дифференцированном водном режиме почвы 70—80—70% НВ на фоне внесения сапропеля урожайность картофеля составляла 24,7 т/га и была ниже на 0,9 т/га (3,6%), чем в варианте 5 с режимом предполивной влажности почвы 80%. При этом увеличение урожайности картофеля не превышало 5%, а выявленные различия были несущественны. Внесение в почву сапропеля и бентонитовой глины не только обеспечивало экономное использование оросительной воды, но также улучшало питательный режим почвы и повышало урожайность картофеля.
Внесение в почву сапропеля при всех изучаемых режимах влажности почвы приводило к увеличению урожайности картофеля на 2,0—2,5 т/га, или на 10,3— 10,9%, а при внесении в почвенный слой бентонитовой глины — на 0,7—1,3 т/га, или на 3,8—5,8% по сравнению с вариантами без водоаккумулирующего почвенного слоя.
В результате математической обработки результатов экспериментальных исследований была получена следующая зависимость урожайности картофеля от действующих факторов:
Y = a + Ь ■ W + с • W2 + d ■ i + e ■ i 2, где У — урожайность картофеля, т/га; W — индекс уровня влагообеспечения; i — индекс биоэнергетического потенциала природной добавки; коэффициенты: а = -409,1, Ь = 11, с = -0,07, d = 0,11, е = 0,012 установлены по экспериментальным данным; коэффициент детерминации зависимости составляет К2 = 0,92.
Индекс уровня водообеспечения принимался по режиму предполивной влажности почвы 70% НВ, 70—80—70% НВ, 80% НВ, а индексы биоэнергетического потенциала природных добавок принимались соответственно для бентонитовой
глины и сапропеля. Графическое изображение зависимости урожайности картофеля от режима предполивной влажности почвы и биоэнергетического потенциала водоаккумулирующего слоя приведено на рис.
Рис. График зависимости урожайности картофеля от уровня влагообеспечения и биоэнергетического потенциала природной добавки:
по вертикальной оси — урожайность картофеля, т/га); по левой горизонтальной ост — индекс биоэнергетического потенциала природной добавки; по правой горизонтальной ост — индекс уровня влагообеспечения
Заключение. Экспериментальными исследованиями было установлено, что при капельном орошении картофеля оросительная норма повышалась с увеличением режима предполивной влажности почвы и снижалась при создании водоакку-мулирующего слоя в почве. При поддержании влажности почвы 70% НВ оросительная норма в среднем за годы исследований изменялась в пределах 5692— 5970 м3/га, при режиме влажности 80% НВ — 6651—7040 м3/га и при режиме 70—80—70% НВ — 6111—6445 м3/га.
Суммарное водопотребление картофеля с увеличением режима предполивной влажности почвы от 70% НВ до 80% НВ возрастает в среднем на 14,7—15,8%. Формирование водоаккумулирующего почвенного слоя из сапропеля и бентонитовой глины способствовало снижению суммарного водопотребления картофеля в среднем на 4,4—5,7%. Отмечено, что в суммарном водопотреблении наибольший расход воды (91—93%) принадлежит оросительной норме, что необходимо учитывать при установлении потребности растений в орошении и планировании поливов.
С учетом экономного расходования оросительной воды наиболее благоприятные условия влагообеспеченности и получения высокого урожая картофеля достигаются при дифференцированном режиме предполивной влажности почвы 70—80—70% НВ по межфазным периодам. При этом в качестве водоаккумули-рующего слоя следует использовать сапропель, который повышает урожайность картофеля на 10—11%.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Андрианов А.Д., Андрианов Д.А., Костин В.И. Капельное орошение картофеля // Орошение земель в обеспечении продовольственной безопасности России. — Волгоград: ВНИИОЗ, 2008. — С. 35—40.
[2] Бородычев В.В. Современные технологии капельного орошения овощных культур. — Коломна: ФГНУ ВНИИ «Радуга», 2009.
[3] Сухарев Ю.И., Шуравилин А.В., Табук М.А. Особенности капельного орошения картофеля при внесении под растения водоаккумулирующего слоя // Мелиорация и водное хозяйство. — 2012. — № 6. — С. 26—28.
[4] Туманян А.Ф., Щербакова Н.А., Тютюма Н.В. Водопотребление картофеля при капельном способе полива в зависимости от товарной урожайности сортов // Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса. — 2012. — № 3. — С. 34—37.
[5] Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. — М.: Агропромиздат, 1985.
RESEARCH OF HUMIDITY REGIMES OF THE SOILS FOR DROP IRRIGATION OF POTATOES IN ARID ZONE
A.V. Shuravilin1, Yu.I. Sukharev2, M.A. Tabuk1, V.V. Borodychev3
'Department of soil science and agriculture People's Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya str., 8/2, Moscow, Russia, 117198
Department of melioration and rekultivation of lands Moscow state university of nature arrangement Pryanishnikov str., 19, Moscow, Russia, 127550
3The Volgograd branch All-Russian scientific research institute of hydrotechny and melioration of Russian agricultural academy Timiryazev str., 9, office 36, Volgograd, Russia, 400002
The results of researches of drop irrigation of potatoes in Oman depending on a threshold of preir-rigation humidity of the soil and creation of a water heat-sink layer are presented. It is established that at maintenance of the differentiated threshold of preirrigation humidity of the soil the most effective use of irrigating water is provided and high productivity of potatoes is reached. It is established that increasing level of preirrigation humidity of soil during the vegetative period from 70 to 80% yield of potatoes can be increased on the average by 26,2%. Artificial formation of water accumulative zone by application of sapropel and bentonite clay promotes decrease in expenses of irrigation water by 5—6% and increases the potato yield by 10—11% and 3—5% respectively.
Key words: potatoes, soil, drop irrigation, humidity, irrigating norm, water consumption, sapropel, clay, productivity.
REFERENCES
[1] Andrianov A.D., Andrianov D.A., Kostin V.I. Kapel'noe oroshenie kartofelja // Oroshenie ze-mel' v obespechenii prodovol'stvennoj bezopasnosti Rossii. — Volgograd: VNIIOZ, 2008. — S. 35—40.
[2] Borodychev V.V. Sovremennye tehnologii kapel'nogo oroshenija ovoshhnyh kul'tur. — Kolomna: FGNU VNII «Raduga», 2009.
[3] Suharev Ju. I., Shuravilin A. V., Tabuk M.A. Osobennosti kapel'nogo oroshenija kartofelja pri vnesenii pod rastenija vodoakkumulirujushhego sloja // Melioracija i vodnoe hozjajstvo. — 2012. — № 6. — S. 26—28.
[4] Tumanjan A.F., Shherbakova N.A., Tjutjuma N.V. Vodopotreblenie kartofelja pri kapel'nom sposobe poliva v zavisimosti ot tovarnoj urozhajnosti sortov // Teoreticheskie i prikladnye prob-lemy agropromyshlennogo kompleksa. — 2012. — № 3. — S. 34—37.
[5] DospehovB.A. Metodika polevogo opyta. — M.: Agropromizdat, 1985.
