Влияние расчетных доз удобрений и регулируемого водного режима светло-каштановой почвы на продуктивность однолетних сорговых культур в сухостепной зоне Калмыкии

Таблица 3.11 - Основные показатели фотосинтетической деятельности растений в посевах сорговых культур (в среднем за 2009…2012 гг.)

На светло-каштановых почвах, обладающих невысоким уровнем плодородия, только совместная оптимизация водного и пищевого режимов почвы оказывала наибольшее влияние на фотосинтетическую деятельность растений в посевах. Выявлено, что формирование ассимилирующей поверхности посевов и фотосинтетического потенциала как их производной является функцией времени и зависит в достаточно широком диапазоне от эндогенных и экзогенных факторов. Ещё ранними исследованиями [32, 163], было установлено, что достаточно стабильная устойчивость суммы среднесуточных активных температур, необходимых для прохождения этапов органогенеза, в посевах однолетних сорговых культур даёт основание использовать этот показатель в качестве шкалы биологического времени в период вегетации посевов. Наши исследования, проведённые в 2009…2012 годах, подтвердили эту закономерность. Таким образом, на основании полученных в полевых опытах данных и их тщательного анализа можно констатировать, что целенаправленное регулирование условий водного и питательного режимов почвы, архитектоники посевов обеспечивало хорошую динамику продукционного процесса в посевах и позволило получить достаточно высокие урожаи однолетних кормовых культур. Для однолетних сорговых культур исключительно важное значение имеет уровень минерального питания при регулируемом водном режиме почвы, особенно азотного. В наших полевых опытах внесение азотно-фосфорных удобрений на слабо обеспеченной питательными веществами подзоне светло-каштановой почвы уже в дозе N60P40 оказывало существенную активизацию фотосинтетической деятельности растений, а максимальные значения были достигнуты при внесении N120P90. В среднем за четыре года на тысячу единиц фотосинтетического потенциала растений неудобренного варианта образовывали 1,95…2,16 кг сухого вещества, а на вариантах с возрастающими дозами азотно-фосфорных удобрений N60…120 P60…90 соответственно синтезировали 2,53…2,57 кг.

Результаты проведенных нами исследований позволили установить, что для формирования урожая 50 т/га зеленой массы в посевах суданской травы и сорго-суданкового гибрида необходимо, чтобы в фазе наиболее интенсивного роста растений площадь листьев составляла 60…65 тыс. м2/га, фотосинтетический потенциал за вегетацию достигал 3,120…3,550 млн.м2.дней/га в сутки. Для реализации урожая 60 т/га зеленой массы максимальная площадь листьев должна составить 65…70 тыс. м2/га, фотосинтетический потенциал должен достичь 3,207…3,655 млн.м2. дней/га, а чистая продуктивность фотосинтеза составить 3,70…3,90 г/м2 в сутки.

1. Важным условием поддержания многоукосной вегетации однолетних культур являются хорошая полевая всхожесть семян и сохранность растений к укосной спелости. В зависимости от первоначального запаса влаги в почве, температурных условий всхожесть семян по вариантам полевого опыта составила в среднем 70…72 %. Сохранность растений при изучаемых водных режимах почвы была почти одинаковой (80…81 %) на неудобренном контроле, а при внесении возрастающих доз удобрений повышалась в среднем на 3…5 %, составив 83…86 % в первом укосе, 73…76 % во втором и 51…55 % третьем укосе.

2. Все морфологические и биометрические характеристики растений во все годы проведения исследований были лучше на водном режиме подзоны светло-каштановой почвы при режиме орошения 70…80 % НВ, особенно при внесении возрастающих доз удобрений. Установлено, что в фазе кущения формировалось 32…35% надземной массы в зависимости от применения удобрений и 50…55 % в фазе полного трубкования и только - 13…15% урожая приходилось на завершающую фазу - начало выметывания метелки. Следовательно, период от полного кущения до выметывания метелки, когда формируется более 2/3 урожая, свидетельствует об исключительной важности этого межфазного периода в посевах изучаемых культур.

3. Для изучаемых сорговых кормовых культур при регулируемом водном режиме почвы исключительно важное значение имел уровень минерального, особенно азотного питания, что подтверждается значениями основных фотосинтетических показателей. Коэффициенты поглощения ФАР составили на неудобренном контроле 1,46…1,57 %, при внесении N60P40 возрастали до 1,68…1,91 % и внесении N120P90 составили уже 2,27…2,49 %.

4. ВОДНЫЙ РЕЖИМ CВЕТЛО-КАШТАНОВОЙ ПОЧВЫ И СУММАРНОЕ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ СОРГОВЫХ КУЛЬТУР ПРИ РАЗНЫХ РЕЖИМАХ ОРОШЕНИЯ

В связи с природными особенностями Российского Прикаспия успешное развитие земледелия в этом важном регионе возможно только при осуществлении комплекса мелиоративных мероприятий. Научно обоснованное орошение земель во все годы обеспечивает высокую эффективность агротехнических мероприятий и является одним из самых действенных факторов интенсификации земледелия и кормопроизводства. В орошаемом земледелии поливная вода - один из главных ресурсов, и поэтому оптимальное ее нормирование имеет исключительно важное практическое значение. Не секрет, что в последние десятилетия в Прикаспийском регионе, да и в других зонах орошаемого земледелия, ощущается дефицит пресной воды, пригодной для поливов. К тому же, в условиях неустойчивой рыночной экономики продолжается постоянный рост тарифов на энергоносители, минеральные удобрения, сельскохозяйственные машины, мелиоративную технику и др. Все это приводит к тому, что при достигнутом в производстве уровне продуктивности мелиорированных земель зачастую орошение не даёт должной отдачи, обеспечивающей хорошую окупаемость затрат. Это означает, что наряду с усовершенствованием всего комплекса агротехнологических мероприятий необходимы кардинальные меры по использованию новых способов техники проведения орошения, улучшению эксплуатации оросительных систем, применению водосберегающих режимов орошения сельскохозяйственных культур. В связи с этим научные разработки и практические приёмы по оптимизации водного режима почвы в посевах при реализации действительно возможных уровней урожаев приобретают особую актуальность, если достигается обязательное условие максимальной минимизации расхода воды на единицу дополнительной продукции. Требуется более пристальное внимание к агроэкологическим аспектам орошаемого земледелия, применению инструментальных и расчётных методов определения потребности посевов во влаге. В зависимости от уровня применяемой агротехники, внесения рациональных удобрений, выращивания высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур прибавка урожая от орошения увеличивается в 3…4 раза, а эффективность использования воды - в 2…3 раза. В задачу наших полевых исследований входило научно-практическое обоснование оптимизации водного режима подзоны светло-каштановой почвы с учётом комплекса факторов: почвенно-климатических условий региона, уровня водообеспеченности оросительных систем, технических средств полива и биологических особенностей выращиваемых культур. Анализ имеющихся научных литературных источников по вопросам оптимизации водного режима зональных типов почвы в посевах однолетних кормовых, особенно сорговых культур, показал, что применительно к зоне сухой степи и полупустыни Калмыкии эти вопросы проработаны ещё недостаточно. Для её решения в полевых опытах надо было изучить с использованием методологии системного подхода водный режим светло-каштановой почвы при разных режимах орошения с поддержанием изменяющейся предполивной влажности почвы в период вегетации культур, определить расчетные поливные и оросительные нормы, установить количественные параметры суммарного водопотребления в водосберегающих технологиях выращивания однолетних сорговых культур.

4.1 Режимы орошения суданской травы и сорго-суданкового гибрида на светло-каштановых почвах

В крайне засушливых условиях Калмыкии создание оптимального водного режима почвы является главным условием формирования высокого урожая любой сельскохозяйственной культуры.

Во многих исследованиях, проведённых в разных зонах орошаемого земледелия Российской Федерации, в том числе в Нижнем Поволжье, нижняя допустимая граница предполивной влажности почвы приходится на интервал 65…70 % НВ. Кормовые культуры, хозяйственно ценной частью которых является надземная биомасса, предъявляют повышенные требования к влажности почвы в течение всей вегетации. По единодушному мнению ряда авторов [66, 87, 93, 98, 166], проводивших исследования в различных почвенно-климатических зонах, наибольшая продуктивность посевов многолетних и однолетних культур проявлялась при поддержании влажности активного слоя почвы на уровне 70…80 % НВ. Исследованиями [32, 163] установлена высокая эффективность поддержания предполивного порога влажности почвы на уровне 70…80 % НВ в посевах озимой ржи, кукурузно-суданковой смеси в Волго-Донском междуречье и на светло-каштановых почвах Прикаспийской низменности.

В последние годы многие ученые и практики изучают эффективность применения водосберегающих режимов орошения за счёт изменения значений предполивного порога влажности почвы по межфазным периодам, а также промачивания неодинакового в период вегетации активного корнеобитаемого слоя почвы. Целесообразность применения таких режимов орошения в посевах кормовых культур подтверждают экспериментальные данные, полученные в опытах [39, 69] в Саратовском Заволжье на примере кормового севооборота [15, 65, 45] на светло-каштановых почвах по сорго и суданской траве в Волгоградской области, на бурых почвах Калмыкии [49].

Тем не менее, вопросы оптимального регулирования водного режима светло-каштановой и бурой полупустынной почвы в ранее разработанных технологиях возделывания однолетних кормовых культур в настоящее время требуют дальнейшего изучения и уточнения некоторых положений. При разработке и внедрении ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий требуются более четкие критерии оптимального нормирования подачи влаги в почву, наиболее тесное согласование их с режимом минерального питания, возможности более оперативного управления водным режимом почвы в посевах в период их вегетации. Особенно это актуально в условиях Прикаспийского региона на почвах, которые зачастую обладают неудовлетворительными водно-физичеcкими показателями и мелиоративным состоянием. В этой связи наиболее целесообразно создавать режимы орошения сельскохозяйственных культур, максимально отвечающие биологическим особенностям выращиваемых культур, свойствам почвы и складывающиеся погодными условиями, то есть регулировать влажность почвы по периодам меняющейся потребности растений во влаге, по характеру формирования их корневой системы. Обычно период вегетации посевов делят на три периода: а) начальный; б) критический и в) завершающий. В эти периоды растения испытывают разную потребность во влажности почвы и проявляют неодинаковую отзывчивость на орошение. Принято считать, что в критический период вегетации растений влажность почвы должна поддерживаться на более высоком уровне.

Весьма важным, порой спорным вопросом является установление необходимой глубины промачивания почвенной толщины в период поливов. А ведь от глубины увлажняемого слоя почвы зависит величина поливной и оросительной нормы, общая потребность в водных ресурсах и урожайность культур орошаемого земледелия. Долгие годы в практике проектирования оросительных систем глубина промачивания принималась равной одному метру. Ещё академик А.Н. Костяков указывал, что эта величина для разных культур может изменяться от 0,4 до 1,0 м. Более того, кроме перечисленных факторов, на характер промачивания почвы оказывают влияние способы и техника полива орошаемых культур. При капельном орошении, к примеру, поливная норма может быть как угодна мала. Но и при этих условиях увлажнять поливами надо слой почвы не менее 0,3 … 0,5 м, так как влажность поверхностных горизонтов крайне неустойчива, влага быстро расходуется на испарение, слабо используется корневой системой. Урожайность орошаемых сельскохозяйственных культур в каждой конкретной почвенно-климатической зоне определяется фактическим режимом орошения, который представляет собой распределение числа, сроков и норм проведения поливов. Режим орошения является основным элементом комплекса агротехнических мероприятий при возделывании сельскохозяйственных культур на орошаемых землях.

В орошаемом кормопроизводстве правильное определение норм поливов и числа поливов, своевременность их проведения являются решающими условиями формирования высоких урожаев всех многолетних и однолетних культур. Наиболее надёжный способ определения основных элементов проектного режима орошения (оросительных норм, числа и сроков проведения полива, межполивных интервалов) - экспериментальный, он включает постановку специальных полевых опытов в конкретных почвенно-климатических условиях. Как правило, продуктивность орошаемых культур при прочих равных условиях всегда оказывается выше там, где сроки и нормы проведения поливов в наибольшей степени согласуются с реальной биологической потребностью во влаге и динамикой влажности почвы. Первоначальная влажность почвы и запасы продуктивной влаги в почве в фазе полных всходов сорговых культур по годам исследований приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1- Первоначальная влажность и запасы влаги в светло-каштановой почве по годам исследований

Так, в 2009 году общий запас влаги в метровом горизонте составил 197 мм, в 2010 году - 192 мм, в 2011 году - 190 мм и в 2012 году - 187 мм, а в горизонте 0-0,7 м по годам от 137,2 мм до 149,8 мм.

Режим орошения в посевах однолетних кормовых культур в значительной степени зависел от гидротермических условий весенне-летнего периода. По напряженности метеорологических условий 2010 и 2012 годы характеризуются как очень засушливые. Дефицит испаряемости в эти годы был больше среднемноголетней величины на 45,9…60,0 %. Вегетационный период 2009 года был наиболее благоприятный - дефицит испаряемости сформировался меньше среднемноголетней величины на 21,5%, а в 2012 году дефицит испаряемости был на уровне среднемноголетних значений. Динамика изменения влагозапасов почвы за вегетационный период посевов однолетних культур в зависимости от разного уровня водного режима почвы представлена на рис. 4.1.

В наших исследованиях в структуре водного баланса изучаемых кормовых культур учитывались продуктивные атмосферные осадки, доступная для растений влага из почвы и вегетационные поливы. Неодинаковые погодные условия в годы проведения исследований по количеству осадков и температурному режиму, неодинаковые первоначальные запасы влаги в почве обусловили разную потребность в проведении поливов. Так, в 2009 году выпало за весенне-летний период 137,6 мм, в 2010 году - 117,6 мм, в 2011 году -122,5 мм и в 2012 году - 120,1 мм продуктивных осадков. Следует отметить, что при более высокой влажности корнеобитаемого слоя почвы использование запасов почвенной влаги наблюдается медленнее и при таком режиме орошения не допускается снижение предполивной влажности ниже заданного уровня. Влага из нижних слоев почвы (глубже 0,4 м) расходуется медленее, а в верхних слоях происходит более интенсивное иссушение почвы, которое требует постоянного пополнения запасов влаги за счет поливов.

Все это отразилось на количестве проведенных вегетационных поливов, поливных и оросительных нормах (табл. 4.2). В посевах однолетних сорговых культур, исходя из их биологических особенностей роста и развития растений по фазам вегетации, принципов водосбережения было целесообразно создавать изменяющиеся режимы орошения по фазам вегетации суданской травы и сорго-суданкового гибрида. Он предусматривал поддержание предполивного порога влажности почвы в активном слое 0…0,7 м на уровне 70 % в фазе всходы-кущение и 80 % НВ в фазу трубкование - выметывание метелки.

При этом расчетная поливная норма для светло-каштановой тяжелосуглинистой почвы при постоянном водном режиме 65…70 % НВ составила в среднем 650 м3/га, а при водном режиме 70…80 % НВ - 625…400 м3/га. В годы проведения исследований при изучаемых водных режимах почвы необходимо было провести в первом укосе 4…5 поливов, во втором 3…4 поливов и в третьем укосе 2…3 полива. Оросительная норма составила на варианте 65…70 % НВ в 2009г. - 3900 м3/га, в 2010г. - 5200 м3/га, в 2011…2012 гг. - 4550 м3/га в посевах сорго-суданкового гибрида и суданской травы. При создании водного режима почвы 70…80 % НВ в 2009 году оросительная норма составила 4500 м3/га, в 2010году - 6150 м3/га и 2011- 5525 м3/га и 2012 годах - 5125 м3/га. В среднем за 2009…2012гг. оросительная норма при режиме орошения 65…70 % НВ составила 4556 м3/га, а при режиме орошения 70…80 % НВ -5325 м3/га.

Таблица 4.2 - Режимы орошения сорговых травянистых культур (h =0,7 м)

4.2 Суммарное водопотребление суданской травы и сорго-суданкового гибрида

Наиболее обобщающим показателем водного режима почвы в посевах сельскохозяйственных культур является величина и структура суммарного водопотребления. В наших полевых опытах суммарное водопотребление изучалось в трех разных значениях, а именно в виде суммарной потребности посевов во влаге за весь период вегетации, в виде расхода влаги посевами в межукосные периоды и в виде расхода влаги на единицу создаваемого хозяйственного урожая.

Анализ структуры суммарного водопотребления посевов в зависимости от заданных режимов орошения сорговых культур на светло-каштановой почве показал, что наиболее благоприятные условия для поливов складывались в 2009 году, а наиболее напряженный режим орошения наблюдался в 2010 году (табл.4.2.)

Количество выпавших продуктивных осадков за вегетацию суданской травы и сорго-суданкового гибрида составило по годам от 1176 до 1379 м3/га или в среднем за четыре года - 1245 м3/га (табл.4.3). Из накопленных запасов почвенной влаги в корнеобитаемом слое почвы было использовано посевами почти одинаковое количество, что составило у суданской травы при водном режиме почвы 65…70 % НВ в среднем 800 м3/га и при водном режиме 70…80 % НВ соответственно 755 м3/га. Посевами сорго-суданкового гибрида было использовано из почвы несколько меньшее количество влаги, которое составило при водном режиме почвы 65…70 % НВ в среднем 709 м3/га, а при водном режиме почвы 70…80 % НВ - 735 м3/га. Максимальная величина суммарного водопотребления в посевах сорговых трав была отмечена в наиболее засушливом 2010 году, которая составила у суданской травы при водном режиме почвы 65…70 % НВ - 7150 м3/га, а при водном режиме почвы 70…80 % НВ - 8086 м3/га. Суммарное водопотребление сорго-суданкового гибрида во все годы проведения полевых исследований было несколько меньше, чем у суданской травы. Максимальное суммарное водопотребление, равное 7396 м3/га было при водном режиме 65…70% НВ, а при водном режиме почвы 70…80 % НВ - 8146 м3/га. В наиболее благоприятном по осадкам и температурному режиму в 2009 году суммарное водопотребление суданской травы и сорго-суданкового гибрида в зависимости от водного режима почвы составляла - 6023…6613 м3/га.

Рис. 5. Структура суммарного водопотребления в посевах суданской травы и сорго-суданкового гибрида в зависимости от водного режима почвы (ср.2009…2012 гг.)

Таким образом, суммарное водопотребление у суданской травы составило в среднем за четыре года 6601 м3/га при водном режиме 65…70 % НВ и 7325 м3/га при водном режиме 70…80 % НВ, а у сорго-суданкового гибрида соответсвенно 6509 м3/га и 7304 м3/га. Как видно, значения суммарного водопотребления были неодинаковыми по годам в соответствии с разными режимами орошения в зависимости от метеорологических условий и величины формируемого урожая. В то же время при одном и том же заданном водном режиме почвы суммарное водопотребление посевов суданской травы и сорго-суданкового гибрида по годам различалось незначительно.

В структуре суммарного водопотребления на долю использованной почвенной влаги посевами суданской травы приходилось в среднем 800 м3/га при водном режиме почвы 65…70 % НВ и 755 м3/га при водном режиме 70…80 % НВ, а у сорго-суданкового гибрида -709…735 м3/га, что составляло 10,1…12,1 %. На долю продуктивных осадков в среднем приходилось 17,0…19,1 % (рис.5). В структуре суммарного водопотребления доля оросительной нормы была главенствующей и составила в среднем 70,0…72,9 %. Таким образом, на светло-каштановой почве в сухостепной зоне Республики Калмыкия наблюдается значительная потребность в регулируемом водном режиме почвы путем проведения необходимого количества вегетационных поливов для создания высокопродуктивных посевов.

Таблица 4.2 - Суммарное водопотребления сорговых культур в зависимости от водного режима почвы

4.3 Коэффициенты водопотребления сорговых кормовых культур

1. Для оптимального регулирования водного режима почвы при выращивании сорговых многоукосных культур в условиях сухостепной зоны Калмыкии на светло-каштановых почвах разработаны два разных варианта режимов орошения, определены фактические поливные и оросительные нормы, установлены количественные параметры и структура суммарного водопотребления в системе адаптивного орошаемого земледелия.

2. На основании полученных данных можно сделать вывод, что при регулируемом водном режиме светло-каштановых почв при водном режиме почвы 70…80 % НВ в активном слое (0…0,7 м) почвы создаются более благоприятные условия для формирования высоких урожаев зелёной массы. Оросительная норма при водном режиме почвы 65…70 % НВ составила в среднем за четыре года (2009…2012гг.) по культурам 4556 м3/га, при водном режиме почвы 70…80 % НВ соответственно -5325 м3/га. При этом суммарное водопотребление суданской травы и сорго-суданкового гибрида при водном режиме 65…70 % НВ составила в среднем 6509…6601 м3/ га, при водном режиме почвы 70…80 % НВ - 7304…7325 м3/га.

3. В структуре суммарного водопотребления однолетних сорговых культур доля поливной воды составила в среднем 69,0…72,9 %, продуктивные осадки -16,3...18,6 %, а потребленные почвенные влагозапасы составили всего лишь 9,7…11,8 %. Следовательно, на светло-каштановых почвах сухостепной зоны наблюдается большой дефицит почвенной влаги, и для получения высоких урожаев кормовых культур необходимо проводить регулярные вегетационные поливы. При этом следует проводить при режиме орошения 65…70 % НВ от 6 до 8 поливов средней поливной нормой 650 м3/га, а при режиме орошеия 70…80 % НВ от 9 до 12 поливов, поливной нормой 625 и 400 м3/га.

4. Коэффициенты водопотребления как важный интегральный показатель взаимосвязи урожая с водным и питательным режимами почвы изменялись в зависимости от уровня предполивной влажности почвы и дозы азотно-фосфорных удобрений. Так, коэффициенты водопотребления на двух разных вариантах водного режима почвы без применения удобрений составили по культурам 168,8…176,8 м3/т, а на удобренных вариантах снизились до 149,3…112,2 м3/т, то есть экономия оросительной воды на создание 1 тонны урожая зеленой массы составила 15,8…30,3 % по отношению к неудобренному контролю.

5. На основании результатов полевых исследований установлена весьма тесная связь урожая с водным режимом почвы и уровнем минерального питания. Рассчитанные уравнения линейной регрессии показали высокую корреляционную зависимость, коэффициенты корреляции составили 0,90…0,93.

6. На светло-каштановых почвах, обладающих невысоким уровнем естественного плодородия, внесение азотно-фосфорных удобрений в расчетных дозах под однолетние многоукосные культуры является решающим фактором получения высокого урожая в условиях регулируемого водного режима почвы. В целях более рационального использования орошения и удобрений и для получения урожая 60 т/га зеленой массы рекомендуется применять водный режим почвы 70…80 % НВ по фазам вегетации с внесением удобрений в дозе N120P90.

5. ПРОДУКТИВНОСТЬ СОРГОВЫХ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УДОБРЕНИЙ И ОРОШЕНИЯ

5.1 Урожайность зеленой массы при разных водных режимах почвы и расчетных дозах удобрений