CC BY
16ПЛОДОРОДИЕ МЕЛИОРИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ
УДК 633.1:633.51:631.67
УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ И ХЛОПЧАТНИКА НА СЛАБО-ЗАСОЛЕННЫХ СЕРОЗЕМНО-ЛУГОВЫХ ПОЧВАХ ПРИ ОРОШЕНИИ
В.И. Городничев, д.т.н., И.А. Костоварова, ВНИИ «Радуга»
Рассматривается возможность полива дождеванием в условиях аридного климата стационарной системой дождевания с заданными энергетическими параметрами. Приведены урожайность, оросительные нормы при возделывании озимой пшеницы и хлопчатника и динамика засоления в почве.
Ключевые слова: аридная зона, модуль сезонно-стационарной дождевальной системы, опытный участок, озимая пшеница, хлопчатник, оросительная норма, засоление, урожай.
В условиях аридного климата, где возделывание культур без орошения невозможно, продуктивность сельхозпроизвод-ства определяется уровнем оросительных мелиораций, которые оказывают огромное влияние на всю систему водопользования и экологическую обстановку в регионе.
В России аридная зона распространяется на Волгоградскую и Астраханскую области, Ставрополье, Калмыкию, а также на страны ближнего зарубежья-Узбекистан, Таджикистан, Киргизию, Казахстан, Молдавию, Украину. Главная причина деградации орошаемых земель в аридной зоне и падения плодородия почв - их засоление. В условиях дефицита оросительной воды необходимость использования загрязненных дренажно-сбросными стоками источников привела к аккумуляции в верхнем слое почвы значительного количества солей. Ограниченность водных ресурсов, неразвитая оросительная сеть, периодически повторяющиеся засухи и маловодные годы требуют осуществления мероприятий по повышению эффективности использования каждого кубометра воды на формирование урожая и ликвидации потерь ее во всех звеньях оросительной системы. Чтобы не допустить засоления почв, стока воды, почвенной эрозии и для более эффективного использования резерва водных ресурсов, необходимо применять экологически безопасные водосберегающие технологии и технику полива дождеванием с рациональными нормами полива и при этом повышать урожайность сельхозкультур, в том числе пшеницы и хлопчатника, широко распространенных в аридной зоне.
Методика. Исследования проведены в 2002-2005 гг. в фермерском хозяйстве «Кушман-Ата» Сардобинского района Сырдарьинской области Республики Узбекистан на участке, расположенном в периферийной части аллювиальных отложений реки Сырдарьи (Голодная степь) с характерными для аридной зоны природными условиями. Здесь был установлен поливной модуль сезонно-стационарной дождевальной системы для орошения участка площадью 2 га [3, 4].
Объекты исследования - озимая пшеница сорта Крошка и хлопчатник сорта Ан-Баяут 2. Схема полевых опытов приведена в таблице 1. Опыт проводили при чередовании культур в трехкратной повторности с использованием общепринятых методик в течение трех лет (2003-2005 гг.). Схема расположения поливных участков и точки взятия образцов показаны на рисунке 1.
1. Схема полевых опытов
№ п/п Вариант опыта (культура, способ орошения) Площадь посева, га Влажность почвы, % НВ Расчетный слой почвы, см
1 Озимая пшеница Крошка, дождевание 1 75-70 70
2 Озимая пшеница Крошка, поверхностный полив (контроль) 0,3 75-70 70
3 Хлопчатник Ан-Баяут 2, дождевание 1 70-70-60 50-70-70
4 Хлопчатника Ан-Баяут 2, поверхностный полив (контроль) 0,3 70-70-60 50-70-70
ДТП
эх
А 2 А 4
О ©
е ©
о О
дорога
Ж/б лоток
Н .С.
Условные обозначения:
Границы поливных участков
Хлопчатник Озимая пшеница
о
Насосная станция
Дождевальный аппарат
1- 4 Варианты ® -- ^
полевых Точки взятия образцов
о пы то в
Рис. 1. Схема расположения поливных участков и точек взятия образцов
Почвы опытного участка по гранулометрическому составу -легкие суглинки и супеси с лессовидным обликом. До орошения территория Юго-Восточной части Голодной степи была представлена целинными землями. В исходном положении грунтовые воды залегали на глубине 5-20 м и более. Тип химизма - хлоридно-сульфатный, реже сульфатно-хлоридный. Наряду с засоленностью, особенностью почв массива является их загипсованность. Гипсовый горизонт находится на глубине 50-70 см, его положение связано с гранулометрическим составом, осадконакоплением, гидрогеологическим прошлым территории.
Исходная объемная масса почвы опытного участка до начала проведения поливов в слоях 0-50, 0-70 и 0-100 см составила, соответственно, 1,40; 1,41 и 1,42 г/см3, НВ - 21,55; 21,76 и 21,98 % к массе сухой почвы, соответственно. Почва опытного участка бедна гумусом. Содержание его в 0-30 см слое - 0,57-0,76 %, а в нижележащем 30-60 см слое почвы -0,56-0,69 %. Обеспеченность почвы подвижным (Р2О5) в слоях почвы 0-30 и 30-60 см низкая и составила, соответственно, 11,0 и 20,8 мг/кг. Обеспеченность подвижным К2О по слоям -средняя и повышенная - 262,7 и 318,1 мг/кг почвы. Уровень залегания грунтовых вод в течение вегетации - 1,5-2,2 м. По
степени минерализации, согласно классификации предложенной В.А.Приклонским, они относятся к третьей группе, т.е. среднеминерализованные, с содержанием плотного остатка -5-6,5 г/л. Минерализация оросительной воды - 0,7-0,9 г/л, дренажной воды - 2-2,8 г/л [3].
Полив дождеванием озимой пшеницы осуществляли рациональными оросительными нормами 1200-1300 м3/га и нормами 500 м3/га, хлопчатника 1400-2470 м3/га и 550 м3/га, соответственно, (табл. 2). Коэффициент эффективного полива 0,73-0,78, энергетические параметры: средний диаметр капель на всей площади от 0,82 (на расстоянии 2 м от аппарата) до 1,46 мм (на расстоянии 13 м от аппарата), скорость капель от 1,04 до 2,81 м/с, мощность дождя от 0,22 до 14,19 Вт/1000, а динамическое давление дождя от 0,43 до 2,98 Па. Контроль за характеристиками дождя осуществляли информационно-измерительной системой «Спектр-4М» [1]. Полив по бороздам проводили с коэффициентом равномерности орошения 0,65 (65%). Удобрения вносили по рекомендациям, разработанным для данной природной зоны и принятым в хозяйстве. При выращивании озимой пшеницы в варианте с дождеванием и в контрольном было внесено в действующем веществе 163 кг/га азота и 45 кг/га фосфора. При выращивании хлопчатника было внесено азота - 95,5 кг/га, фосфора -220, серы - 12 кг/га на обоих вариантах.
2. Урожайность озимой пшеницы, хлопчатника и оросительная
Способ орошения Число поливов Оросительная норма, м3/га Урожайность, ц/га
2003г. |2004г.|2005г. 2003г.|2004г.| 2005г. 2003г.|2004г.|2005г.
Озимая пшеница
Дождева- 3 3 3 1200 1300 1250 45,8 30,0 48,0
ние
Поверх- 3 3 2 3000 3500 2450 40,0 32,8 38,0
ностный
полив
НСР05 1,66 1,13 1,35
Хлопчатник
Дождева- 4 5 5 1400 2400 2470 26,0 25,8 33,9
ние
Поверх- 3 4 4 2250 4400 3420 20,0 22,7 29,0
ностный
полив
НСР05 0,35 0,31 0,33
Примечание. Оросительные нормы в вариантах с хлопчатником указаны без учета объемов влагозарядки. Влагозарядковые поливы проводили следующими нормами: 2003 г. - 1250 м3/га ; 2004 г. - 1030; 2005 г. -1200 м3/га.
Результаты и их обсуждение. Постановка многолетнего эксперимента в современных условиях достаточно сложная и дорогостоящая задача. Поэтому для проведения сценарных исследований и расчета рациональных оросительных норм, а также водного баланса почвы, величины транспирации и эва-порации, инфильтрационного и поверхностного стока использовали имитационную модель [2]. Имитационная модель была дополнена результатами полевых исследований роста и развития озимой пшеницы Крошка и хлопчатника Ан-Баяут 2. В результате получены следующие экспериментальные зависимости относительной урожайности У1 от оросительной нормы т0 при дождевании:
озимая пшеница у = _7. ю"
„./ + 0,607 (1)
хлопчатник у1х = _3. 10_8 т02Х + 2,6т0Х + 0,45 (2)
Зависимости повышения относительной урожайности У2 от нормы полива тн представлены уравнениями:
(3)
(4)
озимая пшеница У2П = _14.10_8тНП + 33,85-10_ хлопчатник У2Х = _6 • 10 _8
+ 25,52.10_
В ходе эксперимента определяли влияние уровня грунтовых вод на их смыкание с поливной водой и возможность засоления при дождевании и поверхностном поливе, а также сток поливной воды. Влажность почвы замеряли через 1-2 дня. При обработке экспериментальных данных получены
озимая пшеница WП = 0,0023 • к хлопчатник WХ = 0,002 • к2 _ 0,135 • к +18,9
следующие зависимости относительной влажности почвы W от глубины ее слоя И при поливе дождеванием:
к2 - 0,177 • к + 21,19 (5) (6)
Эти зависимости аналогичны во всех точках поливного участка по всем трем годам исследований.
Одновременно с исследованиями промачивания, при указанных поливных нормах, контролировали динамику засоления почвы. На рисунках 2 и 3 представлены графики изменения засоления почвы в начале и конце вегетации озимой пшеницы и хлопчатника за 2003 г. В 2004-2005 гг. прослеживается аналогичная ситуация. Засоление почвы определяли с помощью солемера (кондуктометра), разработанного А.К. Чернышевым, в ds/m, степень засоления определяли в соответствии с классификацией ФАО [5].
2003 г.
60 80 100 Слей почвы, II. см
-давдевание.нач. вегетации по бороздам.нач. вегетации
дождевание. кон. вегетации по бороздам. кон. вегетации
Рис. 2. Динамика засоления почвы на участке озимой пшеницы Крошка
9,00
2003 г.
Слой почвы, I см
- дождевание. нач. вегетации по бэраздамнен. вегетации
дождевание. ксн. вегетации по бсразцамксн. вегетации
Рис. 3 Динамика засоления почвы на участке хлопчатника Ан-Баяут 2
Экспериментальные данные относительной влажности от глубины слоя почвы показали, что при поливе дождеванием озимой пшеницы Крошка и хлопчатника Ан-Баяут 2 нормами 500-550 м3/га не происходило смыкания грунтовых вод и поданной воды при орошении, что снижало уровень засоления. При поливах по бороздам нормами 1100-1500 м3/га происходили смыкание с поливной водой и возникал большой риск засоления почв, а также неравномерное увлажнение почвы по длине борозды.
Согласно классификации ФАО, почва опытного участка при дождевании на посевах озимой пшеницы и хлопчатника в начале вегетации была засолена и имела разную степень засоления по горизонтам - от слабозасоленной (0-40 см) до сред-незасоленной (40-100 см). В конце вегетации почва в верхнем
слое имела слабую степень засоления (0-40 см) на посевах озимой пшеницы и (0-60 см) хлопчатника. В нижележащих слоях преобладала средняя степень засоления. Наблюдения за содержанием солей в почве позволили установить, что после орошения дождеванием и выпавших естественных осадков в конце вегетационного периода наблюдалось некоторое поступление солей с капиллярными токами из грунтовых вод и накопление их в слое 40-100 см (вар. 1), но опасного для растений накопления солей в пахотном 0-30 см слое почвы не происходило. Растения нормально росли и развивались, не проявляя никаких признаков угнетения.
При поверхностном орошении в начале вегетационного периода почва опытного участка в слое 0-40 см имела слабую, а в слое 40-100 см в основном среднюю степень засоления. В конце вегетационного периода почва в верхнем (0-50 см) слое была незасоленной или слабозасоленной, а в нижележащих слоях (60-100 см) имела слабую степень засоления на хлопчатнике и среднюю на участке озимой пшеницы. Следовательно, полив большими оросительными нормами способствовал опреснению корнеобитаемого слоя почвы, но повышения урожайности при этом не наблюдали.
Анализ данных по урожаю возделываемых культур (табл. 2) показал, что озимая пшеница отзывчива на орошение дождеванием. В вар. 1 (2003 и 2005 гг.) урожай зерна пшеницы по сравнению с вар. 2 был больше на 5-10 ц/га. В 2004 г. урожайность озимой пшеницы была на 2,8 ц/га выше при поверхностном поливе, в результате благоприятных погодных условий для вар. 2 в период цветения. При поверхностном орошении хлопчатника и проведении трех-четырех поливов оросительная норма была в 1,26-1,58 раза больше, а собранный урожай в 1,14-1,3 раза меньше, чем при проведении четырех-пяти поливов дождеванием. Урожай хлопчатника при орошении дождеванием был на 3,1-6,0 ц/га выше, чем при традиционном бороздковом поливе. Рацио-
нальные поливные и оросительные нормы обеспечивали равномерное увлажнение почвы в корнеобитаемой зоне и создавали условия для получения более высоких устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур по сравнению с бороздковым поливом.
Выводы. При дождевании происходит рост урожайности пшеницы Крошка и хлопчатника Ан-Баяут 2 по сравнению с поверхностным поливом по бороздам на 8-20 % при уменьшении подачи оросительной нормы в 2,5-3 раза. На основе экспериментальных исследований рост урожайности вышеуказанных культур при дождевании может определяться по приведенным полиномиальным зависимостям второго порядка с коэффициентом корреляции 0,8-0,83.
Литература
1. Городничев, В.И. Методы и средства измерения характеристик дождя. - М.:ФГНУ «Росинформагротех», 2009 - С. 182.
2. Добрачев, Ю.П. и др. Оптимизация режима орошения с помощью имитационной модели. /Добрачев Ю.П., Кузнецова Н.А., Лобачев С.Б., Бурдюгов В.Г.//Мелиорация и водное хозяйство. - 1988. - №4. -С. 46-48.
3. Икрамов, Р.К. и др. Дождевание хлопчатника и озимой пшеницы с последующим севом маша и других сельскохозяйственных культур, для возможности получения двух урожаев в год на склонных к засолению землях, в условиях фермерских хозяйств Сырдарьинской области, расположенных на неустойчиво водообеспеченных территориях / Р.К. Икрамов, С.Н. Мальцев, Г.Н. Бастеев, И.А. Костоварова, Т.У. Бекмуратов// (отчеты ИКАРДА). - 2003, 2004, 2005.
4. Костоварова, И.А. Эффективность сезонно-стационарной системы дождевания на землях, склонных к засолению. // Мелиорация и водное хозяйство. - 2008. - №4. - С. 40.
5. Шарафутдинова, Н.Ш., Широкова Ю.И. Экспериментальное обоснование методологии использования электрокондуктометрии для контроля засоления на орошаемых землях Узбекистана. //Сборник научных докладов Международной (4-й Всероссийской) конференции молодых ученых и специалистов «Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации». - Коломна, 2007.- С. 325.
YIELD OF WINTER WHEAT AND COTTON ON IRRIGATED LOW-SALINE SEROZEM-MEADOW SOILS
V.I. Gorodnichev, I.A. Kostovarova
Raduga All-Russian Research Institute of Irrigation and Agricultural Water Supply Systems Raduznyi 38, Kolomna raion, Moscow oblast, 140483 Russia, E-mail: raduga@golutvin.ru
The possibility of sprinkling irrigation using a stationary sprinkling system with preset energy parameters under arid climatic conditions was considered. The yielding capacities of winter wheat and cotton, irrigation rates, and the dynamics of soil salinization were determined. Keywords: arid zone, module of stationary sprinkling system, test plot, winter wheat, cotton, irrigation rate, salinization, crop yield.
