Научная статья на тему 'Закономерности поступления и расхода влаги растениями яровой твёрдой пшеницы в степи оренбургского Зауралья'

Закономерности поступления и расхода влаги растениями яровой твёрдой пшеницы в степи оренбургского Зауралья Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
127
53
Поделиться
Ключевые слова
ПОТРЕБНОСТЬ РАСТЕНИЙ ВО ВЛАГЕ / ПОСТУПЛЕНИЕ И РАСХОД ВЛАГИ / ЯРОВАЯ ТВЁРДАЯ ПШЕНИЦА / СТЕПНОЕ ЗАУРАЛЬЕ

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Крючков Анатолий Георгиевич

В статье представлены результаты наблюдений за многолетний период выращивания яровой твёрдой пшеницы. Показаны параметры поступления влаги по месяцам года в виде осадков, установлены закономерности их выпадения в течение вегетации. Выявлена потребность растений в воде, их влагообеспеченность. Описаны уравнениями роль запасов почвенной влаги и осадков, их соотношения в формировании урожайности яровой твёрдой пшеницы за 1-ю и 2-ю половины вегетации, а также за весь период. Обоснована значимость скорости расхода влаги из почвы и осадков по пару без удобрения и с внесением Р40 для формирования урожайности, а также рассмотрены связи скорости накопления урожайности со среднесуточным накоплением тепла и среднесуточным расходом влаги. Представлены соответствующие уравнения для расчётов.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Крючков Анатолий Георгиевич

REGULARITIES OF MOISTURE INCOMING AND ITS CONSUMPTION BY HARD SPRING WHEAT PLANTS IN THE STEPPES OF ORENBURG ZAURALYE

The results of observations over the many years lasting period of hard spring wheat growing are presented in the article. The parameters of monthly moisture incoming in the form of precipitations and their regularity during the vegetation period have been shown. The water requirements of plants and their moisture security have been determined. The role of soil moisture and precipitations accumulation and their ratio in the formation of hard spring wheat yields over the 1st and 2nd halves of the vegetation period, as well as for its entire period, are described by equations. The importance of the rate of moisture consumption from soil and in the form of precipitations on nonfertilized fallows and on those with application of P40 for yields formation has been substantiated. Moreover, the interconnection between the rate of yields accumulation and that of average daily heat and moisture consumption has been considered. The corresponding equations to be used in calculations are suggested.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Закономерности поступления и расхода влаги растениями яровой твёрдой пшеницы в степи оренбургского Зауралья»

Закономерности поступления и расхода влаги растениями яровой твёрдой пшеницы в степи оренбургского Зауралья

А.Г. Крючков, д.с.-х.н, профессор, ФГБНУ Оренбургский НИИСХ

Влага — главный лимитирующий фактор в засушливых степных регионах страны и земного

шара. Не случайно земледельцы этих регионов и исследователи уделяют особое внимание этому фактору жизни растений [1]. Вопросы фотосинтеза, связанные с солнечной энергией, её спектральным составом, ролью хлорофилла и т.п., глубоко ис-

следовались физиками, физиологами, химиками, биологами.

Движению растворимых в воде веществ из почвы в растение посвящена работа П.Х. Ная и П.Б. Тинкера [2]. Исследователи указывают на то, что растения извлекают из почвы основную часть необходимой влаги, однако общая потребность во влаге определяется климатом, величиной растений и их испаряющей поверхностью. При этом проблему влагопереноса они рассматривают применительно к работе корневых систем.

С.В. Нерпин и А.Ф. Чудновский рассмотрели модели транспирации, сосущей силы корней, испарения влаги из пахотного слоя, теплового, радиационного, энергомассообмена в посевах и почвах, тепло- и влагообмена растений с почвой и приземным воздухом [3].

Однако все эти фундаментальные разработки не затронули фотосинтеза и продуктивности растений в связи с влагопотреблением. Они прежде всего обращены ко второй составляющей фотосинтеза — содержанию, превращениям и потреблению СО2, что и естественно, поскольку в Прибалтике, Англии и Санкт-Петербурге продуктивность растений лимитируется не влагой, а почвенным плодородием.

К.Г. Шульмейстер указывал, что главная особенность климата засушливого Юго-Востока заключается в резко выраженном дефиците влажности воздуха, превышении испаряемости влаги над количеством осадков (в 3—4 раза), нестабильности выпадения осадков в каждом месяце сезона и весенних запасов почвенной влаги [4].

По обобщённым нами многолетним данным, недобор урожайности зерновых культур в оренбургском Зауралье от поражения засухами изменяется от 4,1 до 7 ц с 1 га при среднемноголетней урожайности в пределах 9,6 + 7,8 ц с 1 га [5].

В связи с этим вопросы детальной проработки водопотребления яровой твёрдой пшеницей, одной из наиболее значимых в экономическом и экологическом планах культур, обретают особую остроту.

Цель постановки на исследование вопроса заключается в разработке научно обоснованных параметров модели потребления влаги растениями яровой твёрдой пшеницы в оренбургском Зауралье, обеспечивающих совершенствование технологии их возделывания.

Научная новизна исследования состоит в неразработанности таких параметров модели в мировой и отечественной практике для яровой твёрдой пшеницы в степных регионах при возделывании её по парам при разных сроках сева и нормах высева.

Объекты и методика исследований. В целях решения поставленных на изучение вопросов были использованы материалы длительных наблюдений за погодными условиями в АГМС «Адамовка» (1939—1986 гг.), МП «Адамовка» и Айдырля (1988—2004 гг.), Восточного опорного пункта Оренбургского НИИСХ (1988-2012 гг.) [6];

результаты учета урожайности по данным полевых опытов за 1988—2002 гг. на стационаре и результаты опытов с тремя сроками сева и тремя нормами высева на фоне пара без удобрений и с удобрением. Расчеты потребности в воде проводили по А.М. Ал-патьеву [7], ПаЗ-1 (показатель атмосферной засушливости) определяли по С.С. Синицыну [8], коэффициенты засушливости, технологической нагрузки, дискомфортности и оптимальности — по оригинальным методикам А.Г. Крючкова [9]. Кроме того, использовали общепринятые статические методы: группировок, вероятности, нелинейного корреляционно-регрессионного анализа [10]. Расчеты проведены на ПЭВМ с использованием программы Statsgrafiks с расширением до 34 функций.

Результаты исследований. На черноземах южных в степной зоне оренбургского Зауралья потребность растений в воде, по данным за годы наблюдений (1939—1986 гг.), составляет в мае — 122,9 мм, июне — 173,6, июле — 185,4, августе — 161,2 мм и всего за май — август она равна 643 мм. За годы полевых экспериментов (2001—2003 гг.) она составила 625,7 мм, или приблизилась к среднесезонному многолетнему показателю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Влагообеспеченность яровой твердой пшеницы в опытах изменялась от 0,34 до 0,53 ед. При этом в коэффициенте влагообеспеченности весенние запасы влаги в метровом слое почвы преобладали над количеством осадков, выпадающих за период ее вегетации. Ежегодно наблюдалось снижение запасов влаги в почве от 1-го срока сева до 2-го срока на 10,7 мм (6,7%) и 3-го срока сева — на 13,9 мм (8,7%).

За сельскохозяйственный год здесь выпадало осадков в среднем, по 65-летним данным учета (1939—2004 гг.), 315 мм с колебаниями от 102 до 526 мм. В 20% лет выпало менее 250 мм осадков, в 47,7% лет - 250-350 мм и в 32,3% лет было вероятно выпадение 350-450 мм и более осадков. Среднемесячное повышенное количество осадков за холодный период сельскохозяйственного года приходится на октябрь (30,4 мм), ноябрь (23 мм) и декабрь (22,1 мм). В январе, феврале и марте оно снижается до 17,7-16,2 мм, а в апреле начинает повышаться до 20,6 мм. Затем наблюдается увеличение количества осадков: в мае до 30,7 мм, июне - 35,6, июле - 44,7 мм, в августе и сентябре вновь снижается до 32,4 и 24,2 мм. Но при этом в каждом месяце в отдельные годы осадков может и не быть.

Между порядковым номером месяца сезона, считая с апреля, существует тесная (л^ 0,945) связь, которая в 89,36% случаев адекватно описывается уравнением вида:

у = 1,5738 + 21,1264х - 2,8964х2±2,6 мм,

где х - порядковый номер месяца и у - количество выпадающих осадков в мм при следующих параметрах:

1 - 6

3,5 ± 1,71

20,9 - 44,7

у =-мм.

32,6 ± 7,8

На Восточном опорном пункте за 25-летний (1988—2012 гг.) период общий характер распределения осадков по месяцам сезона подтверждает вывод об июльском их максимуме.

Максимум осадков (38,1 мм) и в этом случае теоретически приходится на 2—3 июля или на период с 16 июня по 15 июля.

В экспериментах на поле обнаруживается высокая степень адаптированности яровой твёрдой пшеницы к распределению осадков по межфазным периодам её вегетации. По мере прохождения её вегетативных межфазных периодов увеличивается количество выпадающих осадков: посев — всходы (13,9 мм), всходы — кущение (22,8 мм), кущение — колошение (37,3 мм), а при репродуктивных периодах наблюдается их снижение: колошение — молочная спелость (14,5 мм), молочная — восковая спелость (9,8 мм) и восковая — полная спелость (6,8 мм).

Между порядковым номером дня сезона, считая с 1 марта, и количеством выпадающих осадков по межфазным периодам существует связь (л^ 0,754). Уравнение вида:

у = -57,8798 + 1,3358х-5,3908 Б—03х2±5,83 мм

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

адекватно для 56,87% случаев. Согласно ему на середину периодов приходится осадков: посев - всходы - 1-1,5 мм (74-й день), всходы -кущение (89-й день) — 18,4 мм, кущение — выход в трубку (104-й и 119-й день) — 22,7 и 24,7 мм, колошение (124-й день) — 24,9 мм; молочная спелость (134-150-й день) — 24,2—21,3 мм, восковая (165-й день) — 15,9 мм и полная спелость (189-й день) — 8 мм.

Среднесуточное увлажнение посевов осадками последовательно ухудшается от периода всходы — кущение до периода восковая — полная спелость с 1,43 мм/сут до 1,18; 0,84; 0,84 и 0,89 мм/сут.

Правильному выбору срока сева способствует определение порядкового номера дня, когда снижается среднесуточное увлажнение осадками в конце созревания. Для ухода от осенних дождей, приходящихся на созревание посевов, применимы расчёты по уравнению:

у = 24,9578 — 1,07986х+ 1,8576Е — 02х2— 1,5122Е

—04х3+ 5,85Е—07х4— 8,686Е—10х5± 0,127 мм/сут.

Отношение запасов почвенной влаги к севу к осадкам за вегетацию составляет 1,14 ед. (0,55—2,92 ед.), а расход общей (доступной) влаги равен 249,2 мм (119,9—363,5 мм). Недоиспользуется из почвы 69,3 мм (126—51,4 мм), или 21,8% (51,4—12,4%).

Урожайность яровой твёрдой пшеницы находится в сильной зависимости от запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы к севу (лух= 0,816), и расхода суммарной влаги (запас + осадки) за первую половину вегетации (лух= 0,824). По мере роста расхода (х) суммарной влаги с 49,8 до 190,9 мм и запаса (х1) влаги к севу со 123 до 205 мм урожайность её зерна возрастает с 9,28 и 13,04 ц с 1 га до 28,94 и 27,27 ц с 1 га по уравнениям вида:

1) у = —4,3886 + 0,3179х — 7,507Е —

— 04х2±3,34 ц с 1 га,

2) У1 = —61,4288 + 0,864х1 —2,1064Е —

— 03х1±3,3 ц с 1 га.

Во 2-й половине вегетации резко возрастает напряжённость связи урожайности с запасом влаги в почве на дату колошения (л^ 0,919), отношением запасов к осадкам за этот же период (Лух= 0,819), количеством суммарной влаги (Лух= 0,817), а значимость связи с расходом влаги за этот период ослабляется (лух= 0,780).

За период вегетации в целом урожайность сильнее всего связана с расходом суммарной влаги (Лух= 0,865), суммой доступной влаги (лух= 0,865) и запасом влаги в почве к севу (лух= 0,816). Осадки слабее связаны с урожайностью (лух=0,759), а связь с отношением запасов влаги к осадкам проявляется в средней степени (лух= 0,667).

Множественное корреляционное отношение запасов влаги в почве (х1) и осадков (х2) наиболее тесно (лух1х2= 0,901) отражает зависимость урожайности от этих факторов за период колошение — полная спелость по сравнению со связью за периоды посев — колошение (лух= 0,654) и посев — полная спелость (лух1х2 = 0,707) и в 81,26% случаев адекватно описывается следующим уравнением:

у= 10,1468—1,3575х1 —9,356Д—02х2 +

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

+ 7,1704Д — 0,4х2 + 4,903Д—04х1х2 + 4,1938Д —

— 04х2± 0,199 т с 1 га

при параметрах:

67,1-119,0 99,72

100 - 48,1

69

мм;

В 85,68% случаев уравнение позволяет рассчитать нужный срок сева при условиях: х = дней, считая с 1 марта, у = мм/сут.

За период вегетации сумма доступной влаги равна 318,5 мм (194,5—449,5 мм), из которых запас влаги в почве к севу равен 169,8 мм (123—222,2 мм), осадки составляют 148,8 мм (62,9—320,6 мм). Доля почвенной влаги равна 53,3% (35,6—74,5%), осадков — 46,7% (64,4—25,5%).

2,257 - 3,733 у =-т с 1 га.

2,89

На величине урожайности яровой твёрдой пшеницы сильно отражается скорость расхода почвенной влаги за вегетацию (лух= 0,897) и среднесуточная величина выпадающих осадков (лух= 0,851) на фоне удобренного пара, а по неудобренному пару — скорость расхода почвенной влаги (лух= 0,874) и её запас к севу (лух= 0,816). Связь со среднесуточным выпадением осадков

х =

мм; х2 =

х, =

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

по пару без удобрений слабее (лух= 0,803), чем по удобренному пару, но роль запасов влаги в почве сильнее (лух= 0,816).

Для получения максимальной урожайности на обоих фонах запас влаги в почве должен быть на уровне 170,4 мм (3,3 и 3,56 т с 1 га), скорость расхода влаги из почвы должна быть или минимальной — 0,64 мм/сут (3,27 и 3,34 т с га), или повышенной (при значительных осадках — 1,59 мм/сут) — 1,4 мм/сут (3,27 и 3,61 т с 1 га). При средних величинах расхода влаги (1,02; 0,98 мм/сут) и среднесуточных осадков (около 1 мм/сут) урожайность снижается (2,48; 2,74 т с 1 га).

Урожайность в зависимости от скорости расхода почвенной влаги за вегетацию может быть рассчитана на удобренном пару для 80,45% случаев по уравнению вида:

У1 = 76,2984 — 99,32х1 + 50,476х1 ± 1,5 ц с 1 га,

а по неудобренному пару для 76,47% случаев — по уравнению:

у = 81,59 — 111,11х + 54,42х2± 1,51 ц с 1 га.

В засушливых условиях важное значение имеет скорость накопления урожайности яровой твёрдой пшеницей в связи со среднесуточным накоплением тепла (лух= 0,976), которая, в свою очередь, находится в тесной связи со среднесуточным расходом влаги из почвы (лух= 0,852) по пару без удобрений. По удобренному пару связь со среднесуточным поступлением тепла близка к неудобренному пару (Лух=0,971), связь со среднесуточным расходом влаги из почвы более тесная (лух= 0,903). В то же время скорость среднесуточного расхода влаги (запас в почве к севу — остаток влаги в почве) на неудобренном пару сильно коррелирует (лух= 0,874), а на удобренном — несколько слабее (лух= 0,832) со среднесуточным поступлением тепла за вегетацию. Скорость накопления урожайности достигает наибольших величин при среднесуточном поступлении тепла 24,14°С/сут (40,95 кг/сут/га), среднесуточном

расходе влаги из почвы 1,4 мм (38,88 кг/сут/га), но рост суточного поступления тепла с 16,82°С/ сут до 19,56°С/сут приводит к расходу влаги с 0,79 до 1,17 мм/сут, а при 24,14°С поступления тепла в сутки скорость расхода влаги падает до минимума.

На обоих фонах для максимума скорости накопления урожайности необходима среднесуточная скорость поступления 3,43 мм/сут суммарной влаги, в т.ч. суточное выпадение 0,96-1,59 мм осадков.

Вывод. Установленные закономерности поступления и расхода влаги растениями яровой твердой пшеницы при размещении ее по паровым фонам дают более конкретное представление о возможностях технологов и необходимости совершенствования ими применяемых агроприемов на базе более глубокого понимания возможностей климата территории своего землепользования, а не огульного перенесения их из стран и более обеспеченных влагой регионов своей страны в засушливую степь оренбургского Зауралья.

Полученные уравнения могут быть применены для расчетов и оценки своих возможностей в сходном климате.

Литература

1. Чирков Ю.Г. Фотосинтез: два века спустя. М.: Знание, 1981. 192 с. с ил.

2. Най П.Х., Тинкер П.Б. Движение растворов в системе почва - растение / Пер. с англ. Кветной О.М., Петровой М.В.; под ред. и с предисл. О.Г. Усвярова. М.: Колос, 1980. 368 с.

3. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Энерго- и массообмен в системе растение - почва - воздух. Л., Гидрометеоиздат, 1975. 358 с. с ил.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Шульмейстер К.Г. Борьба с засухой и урожай. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1988. 263 с. с ил.

5. Крючков А.Г. Основные принципы и методология агро-экологического районирования зерновых культур в степи Южного Урала. М.: Вестник РАСХН, 2006. 704 с. с ил.

6. Материалы агрометеорологических наблюдений АГМС «Адамовка» (1939-1986 гг.), МП «Адамовка» (1987-2004 гг.), АГМС «Айдырля» (1988-2012 гг.).

7. Алпатьев А.М. Влагооборот культурных растений. Л.: Ги-дрометеоиздат, 1954. 248 с.

8. Синицын С.С. Показатель и результаты сравнения агроклиматических условий регионов - аналогов производства высококачественной яровой пшеницы // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2002. № 2. С. 35-39.

9. Крючков А.Г., Тейхриб П.П. Материалы полевых опытов с яровой твердой пшеницей за 2001-2003 гг. Оренбург, 2004.

10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1979. 416 с.