Повышение эффективности режима орошения зерновой кукурузы на темно-каштановых почвах Заволжья

В условиях сухостепной зоны Заволжья орошение является важнейшим мелиоративным приемом стабилизации сельскохозяйственного производства, т.е. получения устойчивых урожаев зерновых, кормовых, технических и других сельскохозяйственных культур в любые по влагообеспеченности годы.

Эксплуатация орошаемых земель при современном способе ведения поливного хозяйства в условиях дефицита энергетических ресурсов и техногенных средств повышения плодородия почвы приводит к резкому ухудшению агромелиоративного состояния последних и к деградации почвенного плодородия. Наиболее распространенной деградацией почвы в Поволжье является переуплотнение пахотного и подпахотного горизонта.

При этом ухудшаются водно-физические свойства орошаемой почвы, повышается ее плотность, снижается пористость, водопроницаемость, влагоемкость. В связи с этим увеличиваются непроизводительные потери влаги на испарение, ухудшается воздушный и пищевой режимы. Все это приводит к падению урожайности орошаемых культур на 25-30 % и снижает эффективность поливной воды.

Повышение потерь поливной воды на испарение требует увеличения оросительной нормы. Увеличение оросительной нормы повышает инфильтрацию влаги в глубокие слои, что вызывает подъем грунтовых вод и засоление корнеобитаемого слоя почвогрунта.

Одним из реальных путей выхода из сложившейся ситуации в современных условиях является комплексное применение водосберегающих экологически безопасных режимов орошения в сочетании с другими мелиоративными приемами (механической, химической, биологической и другой мелиорацией). Важную роль в улучшении водно-физических свойств почвы играет глубокое мелиоративное рыхление, позволяющее увеличивать водопроницаемость и снижать размеры на непроизводительное испарение поливной воды.

Объектом исследований была выбрана наиболее отзывчивая на орошение и сложение пахотного слоя почвы высокоурожайная культура — кукуруза, возделываемая на зерно.

Цель исследований заключалась в разработке водосберегающего режима орошения сельскохозяйственных культур и изучение эффективности его в сочетании с мелиоративной обработкой почвы для увеличения урожайности кукурузы на зерно, повышения эффективности использования поливной воды и для улучшения эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель.

В задачи исследования входило:

• выявить воздействие различных режимов орошения и мелиоративной обработки почвы на агрофизические свойства почвы: плотность, общую пористость, пористость аэрации и сложение пахотного слоя;
• определить влияние мелиоративной обработки почвы на водопроницаемость и водный режим почвы;
• разработать водосберегающий режим орошения кукурузы, обеспечивающий снижение антропогенной нагрузки на орошаемое поле;
• выявить влияние различных режимов орошения в сочетании с мелиоративной обработкой на продуктивность зерновой кукурузы;
• изучить влияние режима орошения и глубины мелиоративной обработки почвы на эффективность использования оросительной воды;
• исследовать воздействие орошения и мелиоративной обработки на засоренность посевов;
• определить влияние изучаемых агроприемов на содержание элементов питания в почве;
• рассчитать биофизические коэффициенты по периодам роста в условиях сухостепной зоны Заволжья;
• дать экономическую и энергетическую оценку режима орошения и мелиоративной глубокой обработки почвы.
  

Научная новизна заключается в том, что впервые в условиях сухостепной части Заволжья изучено влияние различных режимов орошения на фоне мелиоративной обработки почвы на продуктивность зерновой кукурузы, эффективность использования поливной воды и водно-физические свойства почвы. Определены биофизические коэффициенты кукурузы для условий Поволжья. Выявлены взаимосвязи биофизических коэффициентов с различными факторами. Разработаны экономически, экологически и энергетически выгодные режимы орошения на фоне различных обработок почвы, обеспечивающие высокие урожаи зерновой кукурузы.

Практическая значимость работы состоит в разработке водосберегающего режима орошения, применяемого в сочетании с мелиоративной глубокой обработкой почвы с целью повышения урожаев зерновой кукурузы на 12-15 %, при одновременном снижении поливной воды на единицу урожая на 42,5 % и улучшения водно-физических свойств почвы.

Основные положения:

• особенности изменения водно-физических свойств и уровня плодородия темно-каштановых почв при использовании различных режимов орошения кукурузы на фоне мелиоративной обработки;
• характер влияния различных по интенсивности режимов орошения в сочетании их с мелиоративной обработкой темно-каштановых почв на питательный режим, засоренность, величину водопотребления кукурузы и эффективность использования поливной воды;
• биофизические коэффициенты, рассчитанные по периодам роста кукурузы, с целью выявления степени водосбережения изучаемых агроприемов и определения сроков поливов;
• закономерности воздействия разных режимов орошения кукурузы на фоне мелиоративных обработок почвы на продуктивность зерновой кукурузы, энергетическую эффективность ее возделывания с целью выявления энергосбережения различных технологических операций при возделывании этой культуры.
  

Внедрение водосберегающих режимов орошения в сочетании с мелиоративной обработкой почвы позволило получить статистически достоверную прибавку урожайности зерна кукурузы 0,5-0,7 т/га.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Региональных и Внутривузовских научных конференциях профессорско-преподавательского состава и молодых ученых (г. Саратов, 2001-2002 гг.).

ВЫВОДЫ

1. Умеренное орошение снижало плотность почвы по сравнению с неорошаемыми условиями с 1,24-1,29 до 1,17-1,25 г/см³. В условиях интенсивного орошения плотность почвы возрастает под действием поливной воды до 1,21-1,27 г/см . Мелиоративная обработка снижала плотность почвы в слое 0-30 см на 0,06-0,07 г/см³, в слое 20-30 см — на 0,07-0,11 г/см³. При интенсивном режиме орошения отмечено заметное снижение структурности почвы. Оно составило 6-7 %.
2. Повышение интенсивности режима орошения уменьшало пористость аэрации с 17,6-20,1 % до 16,6-19,7 %. Глубокое мелиоративное рыхление повышало пористость аэрации в среднем за годы исследования в слое 0-30 см на 2,0-2,5 %, а в слое 20-30 см — на 2,8-3,3 %.
3. При умеренном режиме орошения водопроницаемость была на 11-12 мм/час выше, чем при интенсивном. Глубокое мелиоративное рыхление увеличивало водопроницаемость на 31-48 мм/час или на 24,8-42,1 %.
4. Интенсивный режим орошения, по сравнению с умеренным на фоне обычной вспашки, увеличивал влажность почвы в слое 0,7 м в среднем за вегетацию на 3,6-5,6 %; на фоне глубокого рыхления — на 2,6-3,5 %. Глубокое рыхление почвы повышало влажность в корнеобитаемом слое на фоне умеренного режима орошения на 3,2-4,6 %, а на фоне интенсивного режима орошения — на 1,3-2,2 %. При умеренном режиме орошения влажность почвы в слое 0,7 м на фоне глубокого рыхления не уступала влажности почвы интенсивному режиму на фоне обычной вспашки.
5. Наибольшее суммарное водопотребление отмечено на фоне обычной вспашки на глубину 25-27 см, как при умеренном, так и при интенсивном режиме орошения, вследствие наибольшей потери поливной воды (до 25-40 %) на непроизводительное испарение влаги из почвы.
6. Для расчета расхода влаги из почвы посевом кукурузы в условиях Заволжья можно широко применять метод Льгова Г.К. с использованием биофизических коэффициентов, определенных для конкретных условий Заволжья. Увеличение точности достигается введением поправок на погодные условия года — на температуру, влажность воздуха и влажность почвы в посевах кукурузы.
7. Применение глубокого мелиоративного рыхления почвы выявило тенденцию к повышению содержания нитратного азота и доступного фосфора в почве как при умеренном, так и при интенсивном режиме орошения.
8. Орошение увеличивало засоренность посевов кукурузы в среднем за годы исследования на 19,4-27,6 %. Глубокое рыхление снижало засоренность на 32,9-40,4 %. Это уравнивало количество сорняков на ту же величину, которая возрастала при орошении.
9. Наибольшая урожайность зерна кукурузы получена на фоне глубокого мелиоративного рыхления — 5,91 и 9,19 т/га. Прибавка от этого агроприема составила 12,6-15,2 %. Умеренный режим орошения увеличил урожайность в 2,8, а интенсивный режим — в 3 раза. От совместного влияния орошения и глубокого мелиоративного рыхления урожайность зерна возросла в 3,2-3,4 раза.
10. Наилучшее использование поливной воды было при умеренном орошении на фоне глубокого рыхления. Здесь отмечены наименьший коэффициент водопотребления — 685 м/га, против 853 м/га на фоне обычной вспашки и 753-878 м³/га при интенсивном орошении. Показатели эффективности орошения были соответственно равны 362 м /га- т; 516 и 467-549 м /га- т.
11. Наибольший коэффициент эффективности — 2,29 — получен на фоне глубокого мелиоративного рыхления при умеренном режиме орошения. Здесь же были и наименьшие затраты энергии на 1 т зерна (6,61 ГДж), и получено наибольшее количество обменной энергии на 1 м³ поливной воды (44,4 МДж). Наибольший чистый доход — 2,88 тыс. руб. на 1 гектар и наивысший уровень рентабельности — 68 % отмечен также на этом варианте.
    

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для получения высоких и устойчивых урожаев зерна кукурузы с наименьшими энергетическими затратами в засушливых условиях Заволжья на темно-каштановых почвах необходимо применять умеренный режим орошения с обязательным использованием глубокого мелиоративного рыхления.

Умеренный режим орошения включает вегетационные поливы при пред-поливной влажности почвы в слое 0,7 м не менее 70 % НВ во все фазы развития растений. Это позволяет экономить поливную воду по сравнению с интенсивным режимом.

В качестве глубокого мелиоративного рыхления можно применять обычные плуги с почвоуглубителями, позволяющие углублять подпахотный горизонт на 15 и более сантиметров по сравнению с обычной вспашкой.

Это увеличивает водопроницаемость и снижает непроизводительное расходование поливной воды на испарение.