Эрозионно-безопасные и водосберегающие технологии с учетом почвозащитных характеристик агрофитоценозов на орошаемых землях

 

Абрамов А.М.,[1] Микулец Ю.И.[2], Тухина Н.Ю.[3]

 

 

Формирование информационной базы блока массива почвенно-гидрологических показателей кроме традиционных характеристик [2, 4, 7, и др.] включает приоритетные: энергетические показатели искусственных осадков, допустимые нормы полива с учетом их пространственно-временной неоднородности для конкретного орошаемого участка. Для основных зонально-провинциальных типов почв России предложена и апробирована зависимость, позволяющая рассчитывать допустимые нормы полива для эрозионно-безопасной и водосберегающей технологии орошения сельскохозяйственных культур при дождевании.

m_g=z ln N_* - N₀ e^-Сi (ПВ₂ – W_н2)  (ПВ₂)² k_р                        (1)

           N_y – N₀      (ПВ₁ – W_н1)  (ПВ₁)²

 

где m_g – допустимая норма полива, мм; z – параметр, учитывающий группу почвенных факторов впитывания (гранулометрический состав, агрегированность, водопрочность агрегатов и тд.) и отображающий реакцию почвы на энергетическое воздействие искусственного дождя и характеризующий изменение впитывающей способности почвы (процессы кольматации, дезагрегирования и тд.), мм; N_* -удельная мощность дождя, при которой водообразование начинается в момент времени t₀=0, Вт/м²; N₀ – удельная мощность дождя, при которой водообразование на поверхности почвы, не происходит вовсе; Вт/м²; С – параметр, характеризующий для определенных почвенно-агротехнических условий степень влияния уклона поверхности на допустимые нормы полива; i – уклон поверхности, %; ПВ₁ – и W_н1 – полная влагоемкость и предполивная влажность почвы при проведении серии опытов, в долях единицы; ПВ₂ и W_н2 – полная влагоемкость и предполивная влажность почвы в изменившемся агротехническом состоянии, в долях единицы; k_p –коэффициент влияния растительного покрова.

         В многочисленных публикациях, отображающих почвозащитную роль тех или иных характеристик агрофитоценозов при выпадении естественных и искусственных осадков, основное внимание уделяется таким показателям растительного покрова, как проективное покрытие, густота посевов, площадь листовой поверхности, высота растений и количество надземной фитомассы [3, 5, 6, 8 и др. ]. При этом оценку эффективности почвозащитных свойств сельскохозяйственных культур проводят в основном по проявлению эрозионных процессов или по снижению энергетических характеристик дождя. Методом экспериментального дождевания в полевых условиях установлено, что для корректирования поливных норм в течение оросительного периода при эрозионно-безопасного режима наилучшим усредненным показателем является коэффициент влияния растительного покрова k_p:

k_p = m_gp/m_g                              (2)

 

где m_gp и m_g – допустимые нормы на участках соответственно с растительным покровом и открытой почвой, мм.

         Исследование почвозащитных свойств ряда сельскохозяйственных культур (яровая пшеница, кукуруза, люцерна, картофель и соя) проводили в ОПХ «Орошаемое» ВНИИОЗа (Волгоградская область) на светло-каштановых почвах, ОПХ «Горки» ВНИИМиТП (Московская область), ГПЗ «Червленные Буруны», Ногайский район Дагестана и  ОПХ «Каясулинское» СтавНИИГиМ на светло-каштановых почвах. Коэффициенты влияния растительного покрова на впитывание искусственного дождя определяли в течение вегетационного периода при поливе передвижной дождевальной установкой ПДУ  и дождевальными машинами: «Кубань N», «Днепр», «Волжанка», ДДА – 100М и «Фрегат». В полевых условиях параллельно определяли допустимые нормы для одних и тех же агротехнических условий на двух опытных делянках с растениями и без них. На делянках без растений определение допустимых поливных норм проводили с учетом удельной мощности искусственного дождя.

Растительность на опытных делянках размером 10-15 м² при необходимости скашивали без нарушения поверхности почвы. Делянки с растительным покровом разбивали на учетные площадки размером 1 Х 1 или 0,8 Х 0,8 м, в центре которых устанавливали дождемерный сосуд на высоте растений.  За расчетный момент (t₀) принимали начало общего стока воды за пределы учетной площадки, с наступлением которого дождемерный сосуд выносили из зоны дождя. Отбор фильтров с отпечатками диаметров капель проводили во время опытов. Над дождемером, который располагали на одном уровне с растительным покровом в результате опытов для каждого фиксированного дождемера на каждой площадке установили t₀ продолжительность полива до начала стока (мин); m_g -  слой осадков, впитавшихся в почву за время t₀ (мм); ρ – среднюю интенсивность дождя, ρ = m_g/t₀, мм/мин; d_ср – осредненную крупность капель дождя (мм); коэффициенты влияния растительного покрова; k_p – определяли по графикам зависимости допустимой нормы полива от удельной мощности дождя. Осредненные показатели коэффициентов влияния растительного покрова для изучаемых сельскохозяйственных культур приведены в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Коэффициенты влияния растительного покрова (k_p), определенные при поливе передвижной дождевальной установкой ПДУ.

 

Фаза развития	Проективное покрытие, %	Высота растений, (м)	kp
Картофель
Всходы	10-20	0,15-0,25	1,02-1,05
Появление соцветий	30-50	0,3-0,4	1,20-1,50
Цветение	50-60	0,4-0,45	1,60-1,80
Созревание	60-70	0,4-0,45	1,60-1,80
Соя
Всходы	5-10	0,10-0,20	1,02-1,05
Начало цветения	10-25	0,20-0,30	1,05-1,10
Конец цветения	30-40	0,30-0,40	1,20-1,30
Образование бобов	35-45	0,30-0,40	1,30-1,50
Молочная спелость	40-50	0,40-0,45	1,50-1,60
Созревание	50-60	0,40-0,45	1,50-1,70
Яровая пшеница
Всходы	80-100	0,10-0,15	1,05-1,20
Кущение	85-95	0,30-0,45	1,40-1,50
Выход в трубку	85-95	0,30-0,45	1,50-1,70
Цветение	85-95	0,40-0,45	1,50-1,70
Начало налива зерна	80-90	0,40-0,45	1,60-2,00
Молочная спелость	60-85	0,40-0,50	1,60-1,80
Восковая спелость	60-80	0,40-0,50	1,60-2,00
Стерня	30-50	0,15-0,20	1,20-1,30
Кукуруза
5 лист	10-20	0,30-0,40	1,05-1,10
8 лист (выметывание метелки)	20-30	0,70-1,00	1,10-1,20
Образование початков	40-60	1,20-1,40	1,30-1,60
Созревание	70-90	1,50-1,90	1,70-1,90
Кукуруза с культивацией
2-4 листьев	10-20	0,30-0,35	1,05-1,10
4-5 листьев (1 я культивация)	10-20	0,30-0,450,	1,05-1,10
8-10 листьев (2 культивация)	20-40	70-1,00	1,20-1,40
Образование початков	40-60	1,20-1,40	1,30-1,60
Созревание	70-85	1,40-170	1,60 -1.90

Сельскохозяйственные растения уменьшают эрозионные процессы при выпадении искусственных осадков, предотвращают уплотнение почв и нормообразование. На ранних стадиях развития почвозащитная роль изучаемых агрофитоценозов незначительна и, практически одинакова. Наибольшее влияние  оказывает яровая пшеница и высоким проективным покрытием и большой биомассой. К концу вегетационного периода наилучшими  почвозащитными своцствами обладает кукуруза. Проведение культиваций снижают интенсивность эрозионных процессов.

         При выпадении искусственных осадков часть поверхности почв остается  постоянно подвержены действию капель дождя и впитывание определяется энергетическими характеристиками непреобразованного дождя, падающего на открытую поверхность и преобразованного на участках, защищенных растениями. На участках под растениями  допустимые нормы полива формируют преобразованными осадками, выпадающими с листьев и поступающими по стеблевой части. Тогда выражение для количественной оценки допустимых поливных норм в течение вегетационного периода без учета испарения капель в воздухе и растений можно записать в виде:

 

                m_gp= (1 – m) m_go + n(m_gл +m_з) + m_ст,                        (3)

 

         где  n – проективное покрытие (в долях единицы); m_gо – допустимая норма полива при поливе почв без растений, мм; m_gл – допустимая норма полива, преобразованная листовым покровом, при орошении почвы со 100 % -ным проективным покрытием, мм; m_з – слой осадков задержанных листовым покровом, мм; m_ст – допустимая норма полива поступающая на почву по стеблевой части растений, мм. Результаты расчётов коэффициентов влияния растительного покрова для сои и кукурузы по зависимости (3) и опытные данные сведены в таблице 2.

         Как видно из таблицы 2 результаты Кр и опытные данные практически совпадали, что свидетельствует о справедливости предложенного подхода.

         Таким образом, Кр является косвенным осредненным показателем почвозащитных характеристик агрофитоценозов при дождевании в течение вегетационного периода для различных сельскохозяйственных культур.

 

 

 

 

 

Таблица 2

Результаты расчетов допустимых норм полива по зависимости (3)  и опытные данные для сои (ОПХ ВНИИОЗа) и кукурузы (ГПЗ «Червленные Буруны»)

Фаза развития	Проек-тивное покры-тие, %	Высота растений, м	Ср. диаметр преобразованных капель, мм	Слой осадков задержанных растениями, 100% покрытие, мм	Допустимые нормы полива, мм			Кр расчетный	По данным опыта
					Без растений	Со 100%-ным проективным покрытием	По формуле (3)
Соя
Всходы	5-10	0,15	3,0	0,5	30,0	51,0	31,47	1,05	1,02-1,05
Цветение	50	0,40	3,0	1,0	24,0	39,5	32,75	1,36	1,50-1,60
Образование бобов	60-70	0,50	3,0	1,2	25,0	40,0	35,53	1,42	1,80-1,90
Кукуруза
Всходы	2-5	0,15	2,0	0,05	32,5	76,5	33,2	1,04	1,0-1,05
6-7 лист	25-35	0,6-0,8	2,5-3,0	1,5	34,0	53,2	42,5	1,29	11,3-1,5
Созрева-ние	70-80	1,4-1,6	2,5-3,5	2,0-2,5	17,5	36,7	36,8	2,1	1,8-2,0

 

 

Литература

 

1.     Абрамов А.М. Определение параметров впитывания воды в почву с учетом энергетических характеристик дождя. Почвоведение, 1985, № 6.

2.     Голованов А.И. Оптимизация режимов дождевания черноземов. Почвоведение, 1993, № 6 , с. 79-84.

3.     Груздев В.С., Груздева А.П., Бойценюк Л.И. Агроландшафтное земледелие. – М. ГУЗ. 2012.. – 242 с.

4.     Дубенок Н.М. Ресурсосберегающие и ландшафтноулучшающие технологии орошения склоновых земель/. Н.М. Дубенок. – М. : Агробизнесцентр. – 2006. – 312 с.

5.     Дубенок Н.М., Сухарев В.И. Водный баланс агроландшафтов Центрального Черноземья и его регулирование. – М.: Колос. – 2010. – 188 с.

6.     Кирейчева Л.В., Карпенко Н.П. Оценка эффективности оросительных мелиораций в зональном ряду почв. Почвоведение. – 2015., № 5., с. 587-596.

7.     Муромцев Н.А. Мелиоративная гидрофизика почв./ Н.А. Муромцев. – Л.:Гидрометеоиздат. – 1991. – 272 с.

8.     Природообустройство./ А.И. Голованов., Ф.М. Зимин., Д.В. Козлов и др. /Под ред. А.И. Голованова. – М.: КолосС. – 2008. – 552 с.