Влияние тепловлагообеспеченности на эффективность использования почвенной влаги озимой пшеницей, возделываемой на эрозионно опасных склонах Ростовской области

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В засушливых зонах южных регионов страны, а также в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения (к ним относится и Ростовская область) главным фактором, обеспечивающим величину и стабильность урожаев озимой пшеницы, является почвенная влага. Недостаточная влагообеспеченность, дефицит влаги являются причиной низких урожаев, их нестабильности.

На эрозионно опасных склонах ситуация усложняется тем, что значительная часть поступившей влаги (до 10-12 %) теряется на сток и смыв почвы [1, 2]. Для получения высоких урожаев озимой пшеницы в условиях эрозионно-опасных склонов с использованием адаптивно-ландшафтных систем земледелия в южных регионах страны технологии должны иметь почвозащитную направленность. Это в первую очередь необходимо на склонах крутизной до 3,5-4,0°, где почвы, слагающие эти склоны, в частности черноземы обыкновенные, обладают в большинстве случаев довольно высоким уровнем плодородия, однако подвержены эрозионным процессам, что снижает их потенциальную продуктивность. Таких земель свыше 5 млн га только в Ростовской области [3, 4].

Многолетние исследования ФГБНУ «ДЗНИИСХ» по разработке почвозащитных адаптивно-ландшафтных систем земледелия были направлены на создание почвозащитных комплексов для полевых севооборотов. Установлены элементы противоэрозионных комплексов, в частности:

- полосное размещение культур с направлением линий, приближенным к горизонталям местности;

- проведение сева сельскохозяйственных культур и всех технологических операций по их возделыванию поперек склона;

- применение противоэрозионных способов обработки почвы, направленных на разрушение плужной подошвы, предотвращение водной эрозии, улучшение водно-физических свойств почвы;

- использование в севообороте предшественников сельскохозяйственных культур, повышающих эрозионную устойчивость поля [5, 6].

В связи с этим целью наших исследований было выявление лучшего предшественника для озимой пшеницы при возделывании на эрозионно опасных склонах.

Материалы и методы. Исследования проведены в многофакторном стационарном опыте на склоне балки Большой Лог Аксайского района Ростовской области в 1988-2014 гг. Опыт был заложен в 1986 г. в системе контурно-ландшафтной организации территории склона крутизной до 3,5-4,0° с комплексом гидротехнических сооружений: валов-канав и валов-террас, позволяющих снизить до безопасных пределов сток талой и ливневой воды и смыв почвы.

Почва опытного участка - чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке, среднеэродированный. Среднегодовой сток - 20,0 мм (максимальный - 34,4 мм). Среднегодовой смыв почвы - 18,5 т/га (максимальный - 42,0 т/га). Мощность Апax - 25-30 см, А + Б - от 30 до 60 см в зависимости от смытости. Порозность пахотного горизонта - 61,5 %, подпахотного - 54,0 %. ППВ - 33-35 % от массы сухой почвы, влажность завядания - 15,4 %. Количество гумуса в почве - 3,80-3,83 %. Содержание общего азота в слое 0-30 см - 0,14-0,16 %, исходное содержание подвижных фосфатов - 15,7-18,2 мг/кг, обменного калия - 282-337 мг/кг почвы. влагообеспеченность озимый пшеница эрозионый

Климат зоны проведения исследований засушливый, умеренно жаркий, континентальный. Относительная влажность воздуха имеет ярко выраженный годовой ход. Наименьшие ее значения отмечаются в июле (50-60 %), минимальные в отдельные дни могут достигать 25-30 % и ниже. Приход ФАР за вегетацию - 3,5-4,0 млрд ккал/га.

Среднее многолетнее количество осадков - 492 мм, распределение их в агрономической оценке часто (3,7 года из каждых 10) малоблагоприятное. За весенне-летний период выпадает 260-300 мм. Накопление влаги в почве начинается в основном в конце октября - ноябре, и максимальный ее запас отмечается ранней весной (с середины марта до начала апреля). Осень наступает чаще всего в конце сентября.

Среднегодовая температура - плюс 8,8 °С, средняя температура января - минус 6,6 °С, июля - плюс 23 °С, минимальная зимой - минус 41 °С, максимальная летом - до 40 °С. Безморозный период - 175-180 дней. Сумма активных температур - 3210-3400 °С. Частые явления - суховеи, имеют место пыльные бури различной интенсивности [7].

В опыте изучали озимую пшеницу, посеянную по различным предшественникам: чистому пару и озимой пшенице. Вносили полуперепревший навоз КРС в количестве 5 т/га и N46P24K30. Органические и фосфорно-калийные удобрения были внесены в чистый пар под основную обработку почвы агрегатируемыми с тракторами орудиями РОУ-5 и РУМ-5. Азотные удобрения вносили в качестве подкормки в два срока.

Опыт развернут в пространстве и во времени в трехкратной повторности. Делянки были размещены рендомизированно. Урожайность озимой пшеницы была определена методом прямого комбайнирования комбайном Сампо 500 с учетной площади 50 м2 по методике Б. А. Доспехова (1965). Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом в слое почвы 0-100 см [8].

Математическая обработка полученных результатов проводилась методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову (2011) с использованием персонального компьютера [9].

Результаты и обсуждение. Неустойчивость производства зерна объясняется прежде всего недостатком влаги, который возникает в почве в результате часто повторяющихся засух в период формирования или налива зерна. Накопление влаги происходит за счет осенне-зимних и ранневесенних осадков, но из-за того, что осадки выпадают неравномерно как по годам, так и по месяцам, сохранение влаги является одной из важнейших задач земледелия на эрозионно опасных склонах. Получению высоких и стабильных урожаев способствует строгое соблюдение всех агротехнических приемов, направленных на максимальное накопление влаги в почве и рациональное ее расходование. Одним из показателей, позволяющих оценить тепловлагообеспеченность в течение периода вегетации озимой пшеницы, является ГТК Г. Т. Селянинова, который выражен отношением атмосферных осадков к сумме среднесуточных температур воздуха, имевших место за вегетационный период культуры [10]. В годы исследований данный показатель имел существенные отличия (таблица 1).

Таблица 1 - Характеристика гидротермических показателей, среднее за 1988-2014 гг.

Из 27 лет, в течение которых велись наблюдения, характеристика года по ГТК «очень засушливый» отмечалась в 12 случаях, «засушливый» - 10 раз, «слабо засушливый» - 3 раза и «влажный» - 2 раза. Изучение характера распределения осадков и температур за этот же период наблюдений показало, что в 19 % случаев условия увлажнения сельскохозяйственного года являются удовлетворительными (ГТК > 1,1). Остальные годы (81 %), когда ГТК < 1, можно охарактеризовать как недостаточно влажные.

Как показали многолетние наблюдения, выпадение осадков в период вегетации озимой пшеницы крайне неравномерно. Осадки в виде дождя или снега в отдельные периоды не наблюдались вовсе, или их количество превышало среднемесячную норму в два и более раза. Коэффициент вариации среднемесячного количества выпавших осадков за холодный период года сильно изменяется (х = 32…95 %). Также отмечается большой разброс данных о количестве выпавших осадков за весь вегетационный период: в благоприятные годы их выпадает обычно 730,7-763,0 мм, а в неблагоприятные - 473,4-602,7 мм (с < 0,05). Аналогичная закономерность наблюдается и в осенне-зимний период, осадков выпадает в благоприятные годы на 12 % больше, чем в засушливые. Однако в очень засушливые годы в осенне-зимний период осадков выпадает до 48,3 % от количества, выпавшего в течение года, в засушливые - до 39,0 %, тогда как в благоприятные годы за этот же период только третья часть.

Годовой ход температуры также подвержен значительным колебаниям, однако в течение сельскохозяйственного года можно выделить по температурному режиму два периода: один с низкими температурами, а другой с высокими. В холодное время года безморозный период может смениться периодом, при котором наблюдается падение температур до минус 30-40 °С (х = 39…98 %). Температуры теплого времени года наиболее стабильны, о чем говорит незначительный разброс коэффициента вариации (х = 2…16 %). Распределение всех лет наблюдения по ГТК показало, что с увеличением количества осадков как за год, так и за холодный период года наблюдается уменьшение среднемесячных температур за эти же периоды (R2 = 0,96). Сохранение выпавших осадков в течение всего года на эрозионно опасных склонах является одной из важнейших задач, решение которых способствует успешному возделыванию сельскохозяйственных культур, в частности озимой пшеницы. Запасы почвенной влаги в течение вегетационного периода озимой пшеницы изменялись в зависимости от характеристики тепловлагообеспеченности года и предшественника. Наблюдения за динамикой влаги в почве под озимой пшеницей проводились с 1991 г. в три срока наблюдения: посев, возобновление весенней вегетации и полная спелость (таблица 2).

Таблица 2 - Аккумуляция осадков холодного периода года в чистом пару и под различными предшественниками озимой пшеницы, среднее за 1991-2014 гг.

Суммарные осадки, выпавшие за сельскохозяйственный год, возрастали по мере снижения характеристик засушливости, составив в очень засушливые годы 480 мм, в засушливые - 646 мм, в слабо засушливые и влажные - 727 мм. Аналогичная закономерность наблюдается и в распределении осадков холодного периода года. Так, в очень засушливые годы осадков выпадает 47,9 %, то есть почти половина от суммы осадков за сельскохозяйственный год, в засушливые - 41,3 %, в слабо засушливые и влажные их количество падает до третей части (32,2 %).

В осенний период при посеве озимых культур количество влаги в метровом слое почвы значительно варьирует как под различными предшественниками, так и в зависимости от режима тепловлагообеспеченности года. Предшественником чистого пара являются зерновые колосовые культуры, на формирование урожая расходуется почвенная влага, поэтому ее количество к моменту основной обработки минимально и сильно зависит от количества выпавших осадков в период уборки и послеуборочный период.

Запасы влаги в чистом пару в очень засушливые и засушливые годы можно охарактеризовать как плохие [11]. Только в слабо засушливые и влажные годы этот предшественник накапливает более 80 мм доступной влаги в слое почвы 0-100 см, что характеризует запасы влаги как недостаточные. Запасы продуктивной влаги под озимой пшеницей, посеянной по предшественнику чистый пар, характеризуются как недостаточные, их количество колеблется в пределах 84-98 мм, причем в очень засушливые годы их количество максимальное. Этот факт можно объяснить тем, что период парования приходится на влагообеспеченные годы и почва за время парования накапливает максимальное количество осадков, а следующий год попадает в период с недостаточным увлажнением (ГТК = 0,4…0,7), и развитие озимой пшеницы происходит при неблагоприятных условиях. Непаровые предшественники под озимую пшеницу за все время наблюдения в слое почвы 0-100 см накапливают от 49 до 65 мм доступной влаги, запасы ее характеризуются как плохие.

Как было отмечено выше, за холодный период выпадает от половины до третей части всех осадков, выпадающих за год. Запасы продуктивной влаги за этот же период в слое почвы 0-100 см пополняются в чистом пару на величину от 134 мм в очень засушливые годы до 168 мм в годы слабо засушливые и влажные. Накопившиеся осадки в почве можно охарактеризовать как удовлетворительные и отличные. В засушливые годы при ГТК 0,7-1,0 в почве накапливается в среднем 154 мм доступной влаги, и эти запасы характеризуются как хорошие. Даже в самые засушливые годы чистый пар способен накопить достаточное количество влаги для дружных всходов, обеспечивая хорошее развитие с осени и перезимовку растений, а также формирование урожая. После непаровых предшественников таких результатов можно добиться только при влажной погоде, в годы с недостаточным количеством осадков семена пшеницы, попадая при посеве в сухую, глыбистую, плохо разделанную почву, долго не прорастают, всходы получаются изреженными, до наступления устойчивых холодов растения не успевают хорошо раскуститься и пройти закалку, в результате сильных морозов посевы сильно изреживаются и погибают. Озимая пшеница, посеянная по предшественнику чистый пар и непаровым предшественникам, в холодный период года накапливает от 95 до 129 мм доступной влаги, и эти запасы характеризуются как удовлетворительные и недостаточные. В посевах озимой пшеницы по непаровым предшественникам в холодный период накапливается от 13,7 % в слабо засушливые и влажные годы до 27,8 % в очень засушливые.

Паровое поле способно не только накапливать осадки, но и сохранять их в течение теплого периода года. В период созревания озимой пшеницы поле чистого пара содержит доступной влаги в очень засушливые годы 68 мм, в засушливые - 117 мм, в слабо засушливые и влажные - 143 мм. В период парования чистый пар теряет до 49,3 % влаги в очень засушливые годы, в два раза меньше в засушливые и более чем в три раза в слабо засушливые и влажные годы. Наибольшие потери почвенной влаги происходят во время культиваций, с испарением, и если не происходит пополнения содержания влаги за счет выпадения осадков, то к осеннему севу запасы продуктивной влаги в очень засушливые годы можно охарактеризовать как плохие, в засушливые годы - как недостаточные, в слабо засушливые и влажные годы - как удовлетворительные.

Озимые, посеянные по пару, развивают мощную корневую систему и при длительном отсутствии осадков способны использовать влагу глубоких слоев почвы. Это способствует получению стабильного урожая озимой пшеницы. Содержание доступной влаги в этот период под посевами озимой пшеницы, посеянной по различным предшественникам, колеблется в пределах 30-77 мм, и эти запасы можно оценить как недостаточные или плохие.

В то же время в зависимости от погодных условий в различные по влагообеспеченности годы суммарный расход почвенной влаги на создание единицы продукции значительно отличается. В очень засушливые годы урожайность поля паровой озимой пшеницы составляет 7,4 т/га, а по непаровым предшественникам в три раза меньше. В такие годы урожайность была на 24,5 и 70,6 % ниже, чем в засушливые годы, в зависимости от предшественника, а по сравнению со слабо засушливыми и влажными годами ниже на 37,8 и 74,0 % (таблица 3).

Таблица 3 - Значения коэффициента водопотребления озимой пшеницы в зависимости от предшественника и условий влагообеспеченности в среднем за 1991-2014 гг.

В слабо засушливые и влажные годы суммарное водопотребление было наибольшим как при возделывании озимой пшеницы по пару, так и по непаровым предшественникам. Суммарное водопотребление в засушливые годы по паровым предшественникам было выше, чем в очень засушливые годы, на 18,1 %, в слабо засушливые и влажные годы - выше на 42,0 % по этим же предшественникам, а по непаровым - выше соответственно на 30,0 и 56,7 %.

Расход воды на создание единицы продукции на посевах озимой пшеницы по непаровым предшественникам был выше, чем при выращивании ее по пару, при всех условиях влагообеспеченности года.

При возделывании озимой пшеницы по пару на 1 т зерна расходуется 615 м3 почвенной влаги в очень засушливые годы, а по непаровым предшественникам - 1628 м3, в засушливые годы - 548 и 623 м3 соответственно, в слабо засушливые и влажные годы - 543 и 665 м3 соответственно.

Выводы. Изучение тепловлагообеспеченности за 27-летний период показало, что количество лет, благоприятных для возделывания озимой пшеницы (с ГТК 1,1-1,6), составляет 19 %, а остальные годы можно отнести к неблагоприятным.

Чистый пар в благоприятные годы способен аккумулировать осадки до 34,6 % от общего количества выпавших за холодный период, а в неблагоприятные - до 52,6 %, также он способен сохранить их в течение теплого периода. Чистый пар является наилучшим предшественником для озимой пшеницы, которая возделывается на склонах, подверженных эрозии. Соблюдение всех агротехнических приемов, направленных на максимальное накопление влаги в почве и бережное ее расходование, позволяет получить стабильный урожай зерна озимой пшеницы от 7,4 т/га в очень засушливые годы до 11,9 т/га в слабо засушливые и влажные годы.

Суммарное водопотребление в засушливые годы по паровым предшественникам было выше, чем в очень засушливые годы, на 18,1 %, в слабо засушливые и влажные годы - выше на 42,0 % по этим же предшественникам, а по непаровым - выше соответственно на 30,0 и 56,7 %.

Коэффициент водопотребления в слабо засушливые и влажные годы в сравнении с очень засушливыми годами при возделывании озимой пшеницы по паровым предшественникам был ниже на 11,7 %, а по непаровым - на 59,1 %.

Список литературы

1. Моисеев, А. Н. Оценка севооборотов по влагообеспеченности культур в условиях лесостепной зоны Зауралья / А. Н. Моисеев, Д. И. Ерёмин // Аграрный вестник Урала. - 2012. - № 11(103). - С. 18-20.

2. Листопадов, И. Н. Почвенная влага севооборотов на эрозионноопасных склонах / И. Н. Листопадов, Д. С. Игнатьев // Научно-агрономический журнал. - 2010. - № 2. - С. 10-14.

3. Мероприятия по охране почв от эрозии: науч. обзор / Г. Т. Балакай, Е. В. Полуэктов, Н. И. Балакай, А. Н. Бабичев, В. А. Кулыгин, Л. А. Воеводина, Л. И. Юрина, Н. И. Тупикин, Е. А. Кропина, А. Б. Финошин; ФГНУ «РосНИИПМ». - М.: Мелиоводинформ, 2010. - 71 с.

4. Грабовец, А. И. Масса зерна - интегральный показатель адаптивности озимой пшеницы при селекции на засухоустойчивость / А. И. Грабовец, М. А. Фоменко // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 5(49). - С. 16-19.

5. Гаевая, Э. А. Водопроницаемость почв эрозионноопасных земель Приазовской зоны Ростовской области / Э. А. Гаевая, С. А. Тарадин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 4(48). - С. 19-23.

6. Каргин, В. И. Режим влажности выщелоченных черноземов Центральной лесостепи России / В. И. Каргин, А. А. Моисеев // Доклады РАСХН. - 2006. - № 8. - С. 20-22.

7. Агроклиматические ресурсы Ростовской области. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 250 с.

8. Доспехов, Б. А. Практикум по земледелию: учебное пособие / Б. А. Доспехов, И. П. Васильев, А. М. Туликов. - М.: Колос, 1987. - 384 с.

9. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследования): учебник / Б. А. Доспехов. - 6-е изд. - М.: ИД «Альянс», 2011. - 352 с.

10. Селянинов, Г. Т. Методика сельскохозяйственной характеристики климата / Г. Т. Селянинов. - Л. - М., 1977. - 220 с. - (Мировой агроклиматический справочник).

11. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы. Оперативная информация / О. Г. Назаренко, В. И. Продан, Н. П. Орехова, Е. А. Чеботникова. - Рассвет, 2011. - 20 с.

Размещено на Allbest.ru