МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
«РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА СЕЛЬСКИХ ТЕРРИТОРИЙ В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ АПК»
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2007


УДК 633.34:631.6/470.45


ВОЗДЕЛЫВАНИЕ СОИ НА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ОРОШЕНИИ ДОЖДЕВАНИЕМ

С.М. Григоров – д.т.н., проф.; А.Г. Жихарев
ФГОУ ВПО  «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»
г. Волгоград, Россия

In world production of fiber the soya is leading bean culture. Owing to the maintenance in seeds of high-quality fiber and oil, profitability and small power consumption of manufacture, universality of application in the food, fodder, technical and medical purposes this culture has significant relative density in regional and national food programmes.

Соя является одной из мало изученных культур, возделываемых в Волгоградской области. Исключительно ценный химический состав обусловливает широкие возможности использования сои в экономике страны. Сокращение площадей возделывания, низкая урожайность, снижение естественного плодородия почвы стали причиной снижения производства в последние десятилетия.
Проблема увеличения производства сои должна решаться главным образом за счет повышения продуктивности пашни.
Засухи в Нижнем Поволжье повторяются через 2-4 года. Засушливые годы иногда следуют один за другим. В результате их воздействия иссушается пахотный слой. В летний период, преимущественно в июне и июле, отмечаются засухи и суховеи, поэтому необходимо разработать такую систему земледелия, которая бы в этих трудных условиях обеспечивала высокий урожай сельскохозяйственных культур и сохранение почвенного плодородия. Особая роль в повышении урожая сои принадлежит научно обоснованным режимам орошения при внесении минеральных удобрений.
Сою принято считать культурой относительно влаголюбивой. За период вегетации она потребляет воды в 3-4 раза больше, чем зерновые культуры. В процессе вегетации расход воды на единицу сухого вещества у нее выше, чем у бобов и гороха. От появления всходов до начала цветения величина этого коэффициента выше, чем от ветвления до начала цветения, и резко возрастает при формировании зерна.
Особенности отношения сои к влагообеспеченности в течение вегетационного периода связаны с её эволюцией, которая проходила в условиях муссонного климата. У культуры сформировался обмен веществ, соответствующий низкой влагообеспеченности от всходов до цветения и высокой в период формирования репродуктивных органов.
В зависимости от фаз развития, уровни влагозапасов в почве должны меняться. Соя переносит временный недостаток влаги от всходов до начала цветения. В этот период интенсивно нарастает корневая система при замедленном развитии надземной массы. В последующие фазы соя проявляет повышенную потребность во влаге. Её недостаток в это время снижает урожай. Обеспеченность влагой в период формирования репродуктивных органов является решающим условием для высокого урожая.
Уровень влагообеспеченности сои по периодам вегетации определяется главным образом количеством осадков. Оптимальные условия снабжения ее водой складываются, если в  период «посев – всходы» выпадает 35-50 мм осадков, в период «всходы-цветение» – 20-160 мм, «цветение-созревание» – 230-250 мм. В последнем случае обеспечиваются необходимые влагозапасы в почве от цветения до созревания на уровне 70-80 % НВ.
Соя сформировалась в условиях жаркого климата и требует много тепла, влаги для роста и развития. Внедрение сои в Волгоградской области объясняются соответствием биологии этой культуры местным почвенно-климатическим условиям. Соя теплолюбива и влаголюбива. Нормальное развитие многих ее сортов происходит в условиях короткого светового дня. Увеличение продолжительности светового дня вызывает  удлинение вегетационного периода и существенное изменение продуктивности растений. Для сортов сои, выращиваемых в Волгоградской области в настоящее время, местные условия  в целом благоприятны.
Сумма активных температур для  среднеспелых и позднеспелых сортов в течение вегетационного периода должна составлять 2000-2400°С, для скороспелых – 1800-2000°С. Биологические  возможности  сортов  позволяют получать максимальный урожай  при сумме активных температур, равной 2500-2700°С.
Прорастание семян сои начинается, когда температура почвы достигает 7-8°С. Относительно быстрое прорастание семян и появление всходов наблюдаются при прогревании ее до 10-12°С. Оптимальные условия для прорастания сои создаются при температуре 20-25С° Прорастающие семена усиливают потребление кислорода.
Цель исследований – совершенствование технологии возделывания сои включающей разработку режима орошения в сочетании с расчетными нормами внесения минеральных удобрений под планируемую урожайность 2; 2,5 и 3 т/га.
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
выявить закономерности формирования урожая в зависимости от условий водного режима почвы и доз минеральных удобрений;
установить особенности и динамику водопотребления сои, формирование водного режима почвы при различных режимах орошения;
Научная новизна. Обоснована и экспериментально подтверждена возможность эффективного возделывания сои при орошении на дифференцированную глубину и внесении минеральных удобрений в условиях Волгоградской области.
Схема и методика исследований. В соответствии с целями и задачами исследований нами была разработана схема полевого опыта, которая представлена в табл. 1.

Таблица 1
Схема полевого опыта

Номер варианта

Предполивная влажность почвы, % НВ

Слой почвы, м

Планируемая урожайность, т/га

Дозы внесения
минеральных
удобрений

1

80

0,3

 

Контроль
(без внесения)

2

0,3

2

N15P30K15

3

0,3

2,5

N50P60K30

4

0,3

3

N95P90K45

5

80

0,3 и 0,5

 

Контроль
(без внесения)

6

0,3 и 0,5

2

N15P30K15

7

0,3 и 0,5

2,5

N50P60K30

8

0,3 и 0,5

3

N95P90K45

9

80

0,5

 

Контроль
(без внесения)

10

0,5

2

N15P30K15

11

0,5

2,5

N50P60K30

12

0,5

3

N95P90K45

 

Первым изучаемым фактором являлся водный режим почвы в зависимости от назначаемой глубины расчетного слоя при поддержании постоянно предполивного порога влажности на уровне 80% НВ. На первом варианте глубина составила 0,3 м в течение всего вегетационного периода, на втором – исследовали дифференцированную глубину:       0,3 м от посева до фазы цветения и 0,5 м с фазы цветения и до конца вегетации и на третьем – 0,5 м в течение всего вегетационного периода. Вторым изучаемым фактором являлись нормы внесения минеральных удобрений под планируемую урожайность. Участки, где они не вносились, были контрольными для этого фактора.
Как было сказано выше, важнейшими факторами, влияющими на урожайность сельскохозяйственных культур, являются: метеорологический условия, биологические особенности культуры, водный режимы почвы, плодородие почвы, и, наконец, выбранный способ полива.
Орошение опытного участка проводили дальнеструйным дождевателем ДД-30. Сою сорта Соер-3 высевали сеялкой-культиватором, навешанной на трактор МТ-50. Норма высева в опытах – 800 тыс.  всхожих  зерен  на  гектар.  Семена заделывались на  глубину  4-5 см. Сорт скороспелый. Высота растений в среднем 73 см. Сорт приспособлен к механизированному возделыванию, бобы не растрескиваются при перестое.
Все необходимые наблюдения, учеты и измерения выполнялись с соблюдением требований методики Б.А. Доспехова.
Существенное влияние на урожай сои оказывает водный режим почвы. Исследования, проведенные в период с 2004 по 2006 гг., показали, что при поддержании влажности почвы 80 % НВ в переменном слое урожайность сои была выше, чем на орошаемых участках с увлажнением почвы на постоянную глубину. В среднем за 3 года она была выше на 0,2 т/га на участках с увлажнением полуметрового слоя почвы и на 0,11 т/га, при увлажнении почвы на глубину 0,3 м.
При увеличении доз минерального питания и улучшении водного режима почвы наблюдалось увеличение продолжительности вегетации на всех вариантах опыта. Уже в период посев – всходы начинает проявляться влияние водного режима  почвы на продолжительность вегетации сои. Так, в зависимости от вариантов режима орошения сои всходы появляются  на 7-10 день. Общая продолжительность периода вегетации в зависимости от режимов орошения изменяется от 106 до 112 дней. В зависимости от уровня минерального питания изменялись сроки созревания сои. Так, при внесении расчетной нормы удобрений N50P60K30 период вегетации увеличился в среднем на  6 дней по сравнению с контролем, а с увеличением нормы внесения минерального удобрения до N95P90K45, период вегетации увеличился в среднем на 9 дней по сравнению с вариантом без внесения удобрений.
Орошение в сочетании с внесением минеральных удобрений  позволило устойчиво получать урожайность зерна сои в пределах 1,94-3,02 т/га. Получение максимального урожая обеспечивается поддержанием предполивного порога влажности на уровне 80 % НВ в дифференцированном слое.
Урожайность сельскохозяйственных культур тесно связана с влагозапасами в почве, осадками и рядом других метеорологических факторов. Этот вопрос изучался многими исследователями в России и за рубежом (например, М.Н. Багровым, И.П. Кружилиным, и др.).

Таблица 2
Урожайность сои при различных режимах орошения за 2004-2006 гг.

Номер
варианта

Предполивная влажность почвы,
% НВ

Слой почвы, м

Дозы внесения
минеральных удобрений

Средняя урожайность, т/га

1

2

3

4

5

1

80

0,3

Контроль (без внесения)

1,81

2

0,3

N15P30K15

2,09

3

0,3

N50P60K30

2,47

4

0,3

N95P90K45

2,77

5

80

0,3 и 0,5

Контроль (без внесения)

1,92

6

0,3 и 0,5

N15P30K15

2,12

7

0,3 и 0,5

N50P60K30

2,61

8

0,3 и 0,5

N95P90K45

3,02

9

80

0,5

Контроль (без внесения)

1,72

10

0,5

N15P30K15

1,94

11

0,5

N50P60K30

2,33

12

0,5

N95P90K45

2,59

Были установлены количественные связи между суммарными расходами влаги и урожаями сельскохозяйственных культур, исследованы связи между урожаями озимой и яровой пшеницы, люцерны, овощных и бахчевых культур, риса и т.д. и их водопотреблением при различных способах орошения.
По своему происхождению соя – растение теплого муссонного климата, характеризующего высокой влажностью в летние месяцы, поэтому для своего развития и реализации потенциальных возможностей требует большого количества тепла и влаги. В настоящее время принято потребность сои в воде и ее продуктивное использование выражать через суммарное водопотребление и коэффициент водопотребления. По многочисленным данным, суммарное водопотребление сои составляет 3000-7000 м3/га. Основным элементом расчета режима орошения является определение суммарного водопотребления культуры на транспирацию и испарение почвой за вегетационный период.
Эту величину определяют различными методами, сущность которых заключается в установлении зависимости водопотребления от различных климатических факторов: суммы температур, солнечной радиации, дефицита влажности воздуха, испаряемости и т.д. Суммарное водопотребление сои (Е) определялось по методу водного баланса расчетного слоя почвы, разработанному А.Н. Костяковым. Этот метод благодаря высокой достоверности и универсальности относится к числу эталонных для установления суммарной потребности растений в воде и в течение многих десятилетий является единственным массовым приемом, применяемым в агрономической и мелиоративной практике.
Он основан на использовании уравнения водного баланса орошаемого поля и решении этого уравнения относительно величины Е. Общий вид уравнения водного баланса описывается довольно сложной зависимостью. В конкретных почвенно-гидрогеологических и хозяйственных условиях уравнение значительно упрощается. Точность определения водопотребления этим методом в большой степени зависит от точности определения входящих, в уравнение составляющих. Метод водного баланса рекомендуется при глубоком залегании грунтовых вод.
Недостатком этого метода является то, что он дает лишь осредненные величины суммарного водопотребления (Е), не выявляя зависимость от биологических, погодных и других факторов жизни растений.
Приходная часть водного баланса состоит: из оросительной нормы (Мор); атмосферных осадков (P); количества влаги, поступившей в активный слой почвы снизу от грунтовых вод при близком их расположении, или капиллярного подпитывания (К0); использования запасов влаги в почве (W1-W2).
Расходная часть баланса состоит: из объема воды, расходуемого на транспирацию (Е0) и объема воды, расходуемого на испарение с поверхности почвы (Е1).
Частное от деления суммы двух этих величин (Е0 + Е1), выраженной в м3/га, на продуктивную часть урожая, в тоннах, называют коэффициентом водопотребления (К). Его устанавливают по обобщенным многолетним опытным данным для конкретных природных и агротехнических условий.
Суммарное водопотребление - это произведение коэффициента водопотребления на заданный урожай культуры (У). Если все компоненты водного баланса выразить в м3/га, то суммарное водопотребление представится следующим равенством

где        – коэффициент использования осадков;  W1 – запас воды в активном слое почвы в начале вегетационного периода, м3/га;   W2 – запас воды в почве в конце вегетационного периода, м3/га.
Запасы воды в почве (W) рассчитывают по формуле
,
где   Н – расчетный слой почвы, м;  а – средняя для слоя Н плотность почвы, т/м3;             Р – влажность почвы, % от сухого веса.
Объем израсходованной воды за любой отрезок времени можно определить аналогично. Среднесуточный расход воды (м3/га) за этот период определяют по следующему соотношению
e = E/n ,
где    п  – число дней в данном периоде, дн.
Расчеты по вышеизложенным формулам были проведены по годам исследований для всех изучаемых режимов орошения. Они сведены в таблицы. Физиологическая потребность растений сои в водном питании обеспечивалась в условиях опыта естественными запасами влаги в предпосадочный период, послепосадочными и вегетационными поливами, атмосферными осадками за период вегетации.
Выпадающие осадки не все полезно используются. Часть их испаряется, не достигнув поверхности почвы, стекает в понижения и гидрографическую сеть. Коэффициент полезного использования осадков зависит от интенсивности и количества одновременного их выпадения, состояния почвы, растительного покрова. Опытами, установлено, что для вегетационного периода он обычно не превышает 0,7.
У большинства культур основными статьями прихода влаги в водном балансе являются осадки и вегетационные поливы. Между этими величинами существует обратная зависимость: чем больше осадков выпадает, тем меньше требуется вегетационных поливов, и наоборот. Поэтому оросительная норма у одной и той же культуры и даже сорта сильно колеблется по годам.
В начале, когда вегетативная масса растений мала и влажная поверхность поля остается открытой для прямых солнечных лучей, в суммарном расходе воды преобладает испарение почвой. По мере увеличения высоты растений, площади листовой поверхности, накопления вегетативной массы, возрастает расход воды на транспирацию. Затем, снижается испарение влаги почвой из-за большего затенения поверхности, подсушивания верхних слоев, снижения интенсивности влагообмена между глубокими слоями почвы. В таких условиях преобладающей становится транспирация растениями.
В наших исследованиях основное внимание уделено закономерностям количественных изменений расхода почвенной влаги растениями сои с последующим использованием установленных показателей для управления водным режимом почвы и обоснования потребления воды растениями на фоне паровых предшественников.
Расход влаги по периодам роста и развития происходит неодинаково. Самый низкий он наблюдается в начале вегетации до образования репродуктивных органов, затем в период образования бобов водопотребление увеличивается и к моменту созревания продуктивных органов снова уменьшается.
При изучении характера водопотребления и схем поливов в онтогенезе сои было выделено три наиболее важных периода:
1. Всходы – начало цветения (III декада мая – II декада июля);
2. Начало цветения - налив бобов (II декада июля – III декада августа);
3. Налив бобов - созревание (III декада августа – I декада сентября).

Суммарное водопотребление изменялось от 3910 м3/га в 2004 г. в слое 0,5 м до 4470 м3/га в 2006 г. на варианте с режимом орошения 80 % НВ слоя 0,3-0,5 м. Урожайность изменялась от 1,68 т/га на варианте 80 % НВ в слое 0,5 м в 2004 г. до 1,94 т/га в 2006 г. на варианте с режимом орошения 80 % НВ на дифференцированной глубине расчетного слоя 0,3-0,5 м (табл. 3, рисунок).

Таблица 3
Динамика суммарного водопотребления и коэффициента водопотребления

Вариант режима влажности почвы и уровня минерального питания

2004 год

2005 год

2006 год

Среднее

Суммарное водопотр. м3/га

Урожайность, т/га

Коэффициент водопотребл.
м3/т

Суммарное водопотр. м3/га

Урожайность, т/га

Коэффициент водопотребл.
м3/т

Суммарное водопотр. м3/га

Урожайность, т/га

Коэффициент водопотребл м3/т.

Суммарное водопотр. м3/га

Урожайность, т/га

Коэффициент водопотребл. м3/т

80%НВ
в слое
0,3 м

Контроль

4140

1,78

2325,8

4190

1,82

2302,2

4150

1,84

2255,4

4160

1,81

2298,3

N15P30K15

4140

2,06

2010,0

4190

2,1

1995,2

4150

2,11

1967,0

4160

2,09

1990,4

N50P60K30

4140

2,45

1690,0

4190

2,46

1703,3

4150

2,49

1667,0

4160

2,47

1684,2

N95P90K45

4140

2,73

1516,5

4190

2,78

1507,2

4150

2,81

1477,0

4160

2,77

1501,8

80%НВ
в слое
0,3 -0,5 м

Контроль

4450

1,89

2354,5

4390

1,91

2303,7

4470

1,94

2061,8

4437

1,92

2969,9

N15P30K15

4450

2,07

2150,0

4390

2,13

2065,2

4470

2,15

2093,0

4437

2,12

2099,1

N50P60K30

4450

2,59

1718,1

4390

2,62

1679,3

4470

2,64

1704,5

4437

2,61

1705,0

N95P90K45

4450

2,98

1493,2

4390

3,01

1462,0

4470

3,06

1470,6

4437

3,02

1473,5

80%НВ
в слое
0,5 м

Контроль

3910

1,68

2309,8

4040

1,74

2252,9

3990

1,75

2291,4

3937

1,72

2289,1

N15P30K15

3910

1,91

2031,4

4040

1,95

2010,3

3990

1,97

2035,5

3937

1,94

2029,4

N50P60K30

3910

2,30

1687,0

4040

2,34

1675,2

3990

2,36

1699,2

3937

2,33

1689,7

N95P90K45

3910

2,55

1521,5

4040

2,60

1507,7

3990

2,63

1524,7

3937

2,59

1520,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, наибольшее количество воды в целом за вегетацию соя расходовала на вариантах с предполивной влажностью почвы 80% НВ в слое 0,3-0,5 м, среднее – на варианте 80 % НВ в слое 0,3 м и наименьшее – на варианте – 80 % НВ в слое 0,5 м.
Важным при дефиците водных ресурсов является достижение не столько получения максимального урожая с единицы орошаемой площади, сколько увеличения производства сельскохозяйственной продукции на каждый кубический метр израсходованной оросительной воды. Применение орошения, должно позволить полить большую площадь и увеличить выход валовой продукции.
Пищевой режим в значительной степени  изменял величину показателя затрат воды на единицу урожая. В наших условиях повышение доз внесения минеральных  удобрений от N15P30K15 до N50P90K45 сопровождалось уменьшением коэффициента водопотребления в среднем на 316-392 м3/т. Дальнейшее увеличение до N95P90K45 уменьшило этот показатель еще на 170-230 м3/т (табл. 3).Следовательно, повышение уровня минерального питания до наибольшей для нашего опыта величины является лучшим условием наиболее экономного расхода влаги на создание единицы урожая.
Как следствие вышесказанного, наименьший коэффициент водопотребления 1462-1493 м3/т во все годы исследований достигался на варианте, сочетающем поддержание влажности в активном слое почвы на уровне 80 % НВ и внесение удобрений дозой N95P90K45.
При использовании разработанной технологии возделывания сои для получения планируемой урожайности сои 2 т/га следует поддерживать предполивной порог влажности почвы на уровне 80% НВ в слоях 0,3 м, 0,5 м и 0,3-0,5 м на фоне внесения минеральных удобрений дозой N15P30K15.
Получение урожая сои 2,5 т/га обеспечивается поддержанием предполивного порога влажности почвы на уровне 80 % НВ в дифференцированном слое и внесении N50P60K30 или в слое 0,3 м и внесении N50P60K30.
Получения урожая сои 3 т/га обеспечивается поддержанием предполивного порога влажности почвы на уровне 80 % НВ в дифференцированном слое и внесении N95P90K45.