Введение к работе
Актуальность проблемы. Сухая степь Заволжья - зона рискованного земледелия В концепции «Мелиорации сельскохозяйственных земель в России», рассмотренной на заседании Президиума Российской сельскохозяйственной академии 22 января 2004 г, указывалось, что в России из-за расположения большей части сельхозугодий в зоне рискованного земледелия с часто повторяющимися засухами урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность животноводства остаются низкими Только в 2002 г, не самом неблагоприятном по погодным условиям, экономический ущерб от засух составил 6,6 млрд руб Все это говорит о том, что в условиях засушливого Заволжья без орошения невозможно решить продовольственную проблему
Однако опыт применения орошения показывает, что без регулирования водного режима почв нельзя добиться высокой отдачи поливного поля и сохранения экологической обстановки мелиорированных ландшафтов Значительные площади орошаемых земель в Заволжье находятся на темно-каштановых и каштановых почвах, высокочувствительных к повышенному увлажнению В связи с этим вопросы влияния орошения на окружающую среду и научные разработки экологически безопасных режимов воздействия на земельные и водные ресурсы в данном регионе в настоящее время остаются весьма актуальными
Использование орошаемых земель считается эффективным, если стоимость полученной продукции превышает сумму всех затрат на ее производство и обеспечивает расширенное воспроизводство При этом предполагается, что орошение будет способствовать повышению плодородия почвы, сохранению и улучшению ее мелиоративного состояния, созданию благоприятной экологической обстановки
При обеспечении оптимальных условий роста и развития растений в условиях сухой степи Заволжья орошение выступает как фактор стабилизации не только самого земледелия, но и всего сельскохозяйственного производства, включая и животноводство Его эффективность еще более возрастает, если на орошаемых землях возделываются культуры, которые имеют высокую рентабельность и пользуются большим спросом на рынке
В степных районах Заволжья орошаемое поле позволяет получать высокие стабильные урожаи кормов для животноводства, а следовательно, решать продовольственные вопросы В условиях новых экономических отношений и осложнения экологической обстановки это требует поиска нестандартных решений, совершенствования приемов выращивания растений по ресурсосберегающим технологиям при бережном отношении к земельным и водным ресурсам и их рациональном использовании
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени НИ Вавилова» на кафедре «Мелиорация, рекультивация и охрана земель» в соответствии с планом научно-
исследовательской работы по комплексной теме № 7 «Повышение эффективности использования мелиорируемых земель», входящей в государственную комплексную программу «Повышение плодородия почв России» на 2000-2010 гг
Таким образом, актуальная проблема, решаемая в работе, состоит в выборе параметров почвенного увлажнения для осуществления агроэколо-гически сбалансированных режимов орошения высокоэффективных кормовых культур
Цель работы: совершенствование управления водным режимом темно-каштановой и каштановой почв на посевах кормовых культур Заволжья, позволяющего реализовать потенциальную продуктивность культуры, рационально использовать оросительную воду, уменьшить отрицательное влияние инфильтрационных потерь поливной воды на мелиоративное состояние орошаемых земель и ирригационной эрозии - на отчуждение питательных элементов из почвы со стоком, для чего разработаны агроэкологи-чески сбалансированные режимы орошения
Задачи исследований:
Установить параметры увлажнения и обосновать выбор верхнего и нижнего уровней почвенных влагозапасов и расчетный слой их регулирования для практического исключения ирригационного стока и инфильтрации поливной воды с целью сохранения почвенного плодородия
Определить и уточнить региональные биоклиматические коэффициенты и суммарное водопотребление основных кормовых культур Заволжья с учетом влияния влажности почвы и микроклиматического эффекта
Установить зависимость поверхностного стока и объема инфильтрации поливной воды от значения влажности корнеобитаемого слоя почвы
4 Изучить послойное распределение корневой системы кормовых
культур для установления величины увлажняемого слоя
Разработать и экспериментально проверить новый прием оперативного определения величины поливной нормы
Установить связь области активной работы корневой системы с давлением почвенной влаги и всасывающей силой корней
Разработать агроэкологически сбалансированные режимы орошения основных кормовых культур, воздельшаемых в Заволжье, для получения их устойчивых урожаев при минимальных потерях поливной воды на инфильтрацию и сток
Разработать с использованием методов математического моделирования с помощью ЭВМ прогнозируемые эксплуатационные режимы орошения кормовых культур для лет различной расчетной обеспеченности по дефициту водного баланса
Дать энергетическую оценку эффективности рекомендуемых режимов орошения и технологии поливов кормовых культур для условий Заволжья
Объект исследований. Орошаемые темно-каштановые и каштановые почвы Заволжья с посевом основных кормовых культур - люцерны, сорго, козлятника, кукурузы и суданской травы
Предмет исследований - выбор параметров увлажнения почвы для разработки агроэкологически сбалансированных режимов орошения
Методология исследований. Методологической основой послужили комплексные теоретические исследования и натурные эксперименты на полях оросительных систем сухостепного Заволжья под посевами кормовых культур с анализом и обобщением полученного материала, а также результаты научных трудов отечественных и зарубежных ученых
Исследования проводились в соответствии с требованиями общепринятых методик, стандартов и программ, разработанных РАСХН, ВНИИГиМ, МГУП, ВНИИОЗ, ВНИИкормов, ВолжНИИГиМ
Результаты полевых экспериментов обрабатывались на ПЭВМ с применением методов математической статистики и моделирования по специально разработанным программам
Научная новизна:
для условий сухой степи Заволжья с темно-каштановыми и каштановыми почвами обоснован выбор параметров увлажнения почвы для установления агроэкологически сбалансированных режимов орошения кормовых культур, способствующих получению гарантированных урожаев, сохранению почвенного плодородия и мелиоративного состояния орошаемых земель,
предложена новая методика разработки дифференцированных режимов орошения в соответствии с диапазоном регулирования влажности и величиной расчетного увлажняемого слоя почвы, зависящими от динамики водопотребления культур за вегетационный период,
получены и уточнены биоклиматические коэффициенты для расчета плановых режимов орошения кормовых культур,
определены и уточнены поправки И А Кузника к расчету суммарного водопотребления кормовых культур для Заволжья с учетом влияния влажности почвы и микроклиматического эффекта,
- предложена методика оперативного расчета величины поливных
норм,
- установлены закономерности влияния предполивной влажности поч
вы и величин поливных норм на величину поверхностного стока и получе
ны зависимости водовпитывающей способности почвы от влажности ув
лажняемого слоя,
определены зависимости послойного водопотребления культур по фазам развития от суммарного водопотребления,
установлена связь области активной работы корневой системы с влажностью и давлением почвенной влаги,
- установлены поливные режимы кормовых культур для лет с различ
ной обеспеченностью естественным увлажнением
Основные положения, выносимые на защиту:
- концепция разработки агроэкологически сбалансированных режимов
орошения, позволяющих получать стабильные урожаи кормовых культур,
сохранять водные, земельные ресурсы и мелиоративное состояние орошае
мых земель,
методика выбора границ регулирования влажности корнеобитаемого слоя при агроэкологически сбалансированных режимах орошения основных кормовых культур Заволжья,
закономерности формирования и величины объема глубинной инфильтрации, поверхностного стока и выноса питательных элементов,
методика определения зависимости объема ирригационного стока от влажности корнеобитаемого слоя,
оценка достоверности определения суммарного водопотребления кормовых культур по откорректированной зависимости А М и С М Ал-патьевых,
- методика оперативного расчета величины поливной нормы,
- агроэкологически сбалансированные режимы орошения кормовых
культур Заволжья для лет с различной расчетной влагообеспеченностью
Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит в следующем
Предложен способ установления верхней и нижней границ увлажнения корнеобитаемого слоя почвы по фазам развития кормовых культур для условий сухой степи Заволжья с темно-каштановыми и каштановыми почвами, что является основой разработки агроэкологически сбалансированных режимов орошения культур для повышения экологической безопасности в отношении подъема уровня грунтовых вод, поверхностного стока и смыва питательных элементов
Предложен оперативный метод расчета поливных норм для темно-каштановых и каштановых почв Заволжья
Для уменьшения потерь воды на глубинную инфильтрацию и ирри-гационньш сток при выращивании кормовых культур предлагается применять дискретную технологию полива дождеванием с двухступенчатой выдачей поливной нормы
Для определения суммарного водопотребления основных кормовых культур Заволжья предложены уточненные биоклиматические коэффициенты
Обосновано рациональное снижение предполивной влажности почвы в условиях дефицита водных ресурсов при минимальных потерях поливной воды на глубинную инфильтрацию и поверхностный сток
При возделывании основных кормовых культур на орошении в условиях Заволжья, предложены поливные режимы для лет различной расчетной обеспеченности по дефициту водного баланса
Реализация результатов работы. Производственная проверка и внедрение результатов исследований проводились в ЗАО «Генеральское», КФХ имени Роголевских Энгельсского района, ЗАО агрофирме «Волга» Марксовского района, ООО «Родина» Пугачевского района, на Пугачевском государственном сортоиспытательном участке Саратовской области
Апробация работы. Материалы научных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях (МГМИ, Москва, 1985, 1986, СИМСХ, СГАУ, Саратов, 1987-2006, СХИ, Волгоград, 1990, МГУП, Москва, 2002), на Международных конференциях (ВГСХА, Волгоград, 2004, СГСХА, Самара, 2005, ПГСХА, Пенза, 2005, ВНИАЛМИ, Волгоград, 2005, СРИППКРКС АПК, Саратов, 2005), Всероссийских конференциях (СХИ, СГАУ, Саратов, 1997, 1998, 2004, ПГСХА, Пенза, 2005)
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 46 работах, 8 статей опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК РФ
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, выводов и предложений производству, актов внедрения Она изложена на 382 страницах, включает 95 таблиц, 58 рисунков Список литературы состоит из 540 наименований, в том числе 13 на иностранных языках
Личный вклад и решение проблемы. Постановка проблемы, задачи исследований, теоретические и экспериментальные пути их решения, выводы и внедрение результатов работы в производство вьшолнены лично автором и под его руководством
В проведении исследований принимали участие Л Н Чумакова, С В За-тинацкий, Е В Аржанухина, Е Ю Скопцова, Р В Прокопец, Д И Шаврин, Г С Донгузов Всем им автор выражает свою глубокую благодарность
При разработке ряда задач и принятии решений, рассмотренных в диссертационной работе, автор получил ценные советы и рекомендации научного консультанта д-ра техн наук, проф С М Григорова и академика РАСХН, д-ра техн наук, проф М С Григорова, которым выражает свою искреннюю признательность
