Оптимизация водного режима чернозема обыкновенного лесостепной зоны Красноярского края

Введение. При создавшихся социальноэкономических условиях в Сибири в конце 90-х гг., большие площади орошаемых земель выведены из сельскохозяйственного оборота, оросительные системы во многих регионах не функционируют и по настоящее время. Вместе с тем в орошаемое земледелие были вовлечены наиболее плодородные черноземные почвы лесостепной и степной зоны. На многих оросительных системах полив производился с нарушением научно обоснованных режимов орошения, что привело к нарушению экологического равновесия в цепочке «вода – почва – растение», поднятию уровня грунтовых вод на пониженных элементах рельефа, возникновению вторичного засоления, осолонцевания [4, 5, 9, 10]. По настоящий день оросительные системы выведены из строя, орошаемые площади переведены в залежь или используются в богарном земледелии, и на значительной части орошаемых земель наблюдается неудовлетворительное состояние почвы [1, 3]. В условиях Сибири наиболее плодородные почвы (черноземы) формируются в естественных условиях при скомпенсированном гидротермическом режиме. В исследовании использовано соотношение R/Qс = 0,8–1,1, где R – насыщенный радиационный баланс деятельной поверхности, ккал/см2/гoд; Qс – количество тепла, необходимого для испарения осадков, ккал/см2/гoд. Предполагая, что такое соотношение водных и тепловых ресурсов является оптимальным с точки зрения почвенных процессов и, исходя из особенностей водно-физических и химических свойств черноземных почв, поливы должны восполнять дефицит осадков в расчете на год оптимального естественного увлажнения, т. е. когда отношение λ/(Qс + М) не превышает ~0,8– 1,1 (М – оросительная норма), а промывной режим не превышает ~0,1 суммарного испарения.

На сибирских черноземах независимо от водно-физических особенностей и вида возделываемых культур мощность слоя оптимального (до НВ) увлажнения вегетационными поливами должна быть ограниченной и не превышать 40 см. Причем предполивной порог влажности должен быть дифференцирован в зависимости от гранулометрического состава. При орошении легкосуглинистых черноземов вегетационные поливы необходимо проводить при снижении влажности корнеобитаемого слоя до 70 % НВ, тогда как на средне- и тяжелосуглинистых – до 80 % НВ. В этом случае поливные нормы должны составлять 350–400 м3/га. При поддержании такого режима орошения создаются условия активного влагооборота в верхнем наиболее плодородном слое почвы, что способствует накоплению максимального сухого вещества на единицу общей массы урожайности и практически исключает потери поливной воды за пределы корнеобитаемого слоя почвы [2, 6–8].

Цель исследования: оптимизация водного режима чернозема обыкновенного среднесуглинистого при выращивании многолетних травосмесей на год расчетной обеспеченности осадками.

Методы исследования. Исследование проводилось на территории стационара «Новосе-лово», расположенного в лесостепной зоне в провинции разновидностей обыкновенных черноземов среднесуглинистых Чулымо-Енисей-ского южного округа, образованного на лессовидных суглинках четвертичных отложений. Для изучения режима орошения чернозема обыкновенного были заложены вегетационно-полевые опыты согласно схеме.

Схема опыта по изучению водного режима чернозема обыкновенного:

– контроль (без орошения);

– предполивной порог увлажнения 80 % НВ.

Повторность опыта четырехкратная. Образцы отбирались буром Качинского через 10 см до глубины 50 см, влажность определялась термо- статно-весовым методом подекадно, также до и после полива.

Результаты исследования и их обсуждение. Сумма среднесуточных температур за период активной вегетации сельскохозяйственных культур в этой зоне составляет 1400–1700 °C. Основные показатели агроклиматических ресурсов земледельческой зоны лесостепи представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатель	Лесостепная зона
Сумма среднесуточных температур за период активной вегетации	1400–1700
Основной период вегетации Т сут >10 °С: начало конец	20.05–25.05 06.09–11.09
Беззаморозковый период: начало конец	22.05–1.09 01.09–18.09
Осадки годовые, мм	300–500
Коэффициент атмосферного увлажнения	0,66–1,1
Вероятность сухих и засушливых лет , %	12–52
Среднесуточная температура наиболее теплого месяца, °С	17,2–18,9
Температура наиболее холодного месяца, °С	(-18,0) – (-25,0)

Агроклиматические ресурсы земледельческой зоны

Начало вегетационного периода варьирует с 20 по 25 мая. Окончание периода – 6–11 сентября. Среднегодовое количество осадков составляет 300–500 мм.

Водно-физические и агрохимические свойства чернозема обыкновенного до закладки опытов представлены в таблице 2.

Свойства черноземов обыкновенных опытного участка

Таблица 2

Слой, см	Плотность, г/см3	Водно-физические свойства, мм				Гумус, %	Агрохимические свойства, мг/100 г
		НВ	МГ	ВЗ	ДАВ		NО 3 -	P 2 O 5	K 2 O
0–10	1,12	31,1	10,0	15,0	16,5	5,01	4,1	18,1	22,5
10–20	1,15	31,1	10,3	16,0	15,5	4,18	4,7	16,2	15,8
20–30	1,19	31,5	10,7	17,0	15,0	3,24	3,0	9,1	9,9
30–40	1,22	31,0	12,2	18,3	12,7	-	2,4	9,2	9,4
40–50	1,27	31,6	13,4	20,1	11,5	-	2,1	9,4	9,2

Наименьшая влагоемкость по слоям колеб- В таблице 3 представлена влагообеспечен-лется в пределах 31,0–31,6 мм, диапазон актив- ность вегетационного периода в год проведения ной влаги в изучаемом слое почвы варьирует от исследования.

16,5 до 11,5 мм.

Таблица 3

Показатель	Месяцы исследования						Увлажненность
	05	06	07	08	09	май-сентябрь
Норма	0,10–0,12	0,25–0,27	0,35–0,37	0,40–0,42	0,44–0,47	0,31–0,33	Недостаточная
Факт	0,31–0,33	0,49–0,51	0,30–0,32	0,60–0,62	0,33–0,35	0,41–0,43	Недостаточная

Влагообеспеченность вегетационного периода

По влагообеспеченности вегетационного периода год проведения исследования был близок к среднемноголетним показателям, и увлажненность характеризовалась как недостаточно увлажненная.

Среднесуточные температуры воздуха и выпавшие осадки за вегетационный период растений были близки к среднегодовым показателям. Запасы влаги в начале отрастания трав первого укоса оказались ниже оптимальных значений: в контрольном варианте ~1041 м3/га, что соответствует 66 % НВ; на орошаемом варианте ~ 1103 м3/га – 70 % НВ. На варианте с орошением 2 мая был произведен полив нормой 300 м3/га, что позволил поддерживать влажность почвы на уровне 82 % НВ.

Первая декада мая характеризовалась засушливостью, осадков не выпало. На контрольном варианте отмечалось снижение влажности до ~64 % НВ и запасы влаги составили в 0–50 см слое почвы ~1009 м3/га. Во второй декаде мая шло постепенное снижение влажности почвы на вариантах опыта, так как и в этот период выпадение осадков не наблюдалось. На варианте с орошением был произведен второй полив 20 мая нормой 300 м3/га, что способствовал поднятию влажности почвы до 90 % НВ, и соответственно запасы влаги составили 1418 м3/га. На контрольном варианте влажность опустилась до критической отметки – 55 % НВ. В начале третьей декады, 22 мая, выпали осадки нормой ~18,3 мм, что позволило поднять уровень влажности почвы на контроле незначительно, до 59 % НВ.

В первой декаде июня осадков выпало ~22,5 мм, и это удерживало запасы влаги на контрольном варианте и орошении соответственно ~993–1544 м3/га, или же на уровне 63–98 % НВ. Вторая декада июня была отмечена выпадением незначительных осадков, что в сумме составило 17 мм. Наблюдалась неболь- шая тенденция к увлажнению почвы, по сравнению с первой декадой, на 4–3 % НВ. В третьей декаде июня влажность почвы варьировала в пределах ~69–94 % НВ по вариантам опыта.

Июль характеризовался обильными осадками, в течение первой декады выпало три осадка нормами от 12,3 до 15,3 мм с интервалом 3–5 дней. Осадки способствовали благоприятному росту и развитию сельскохозяйственных культур, и в вариантах опыта увеличилась влажность почвы до 78 % от НВ при контроле, а на опытах с орошением – до 100 %. Вторая декада также была благоприятной с точки зрения количества осадков для культур опыта. Запасы влаги в варианте без орошения выросли до оптимального уровня в 82 % НВ, в то время как при орошении он варьировался в пределах 100 % от НВ. В третьей декаде июля, до первого укоса трав, влажность не опускалась ниже порога влажности почвы 80–100 % HB.

Рост и развитие трав второго укоса происходили при достаточном увлажнении почвы во всех изученных вариантах эксперимента, поскольку в первой декаде августа количество осадков составило ~23,8 мм. Влажность почвы в вариантах опыта была оптимальной для быстрого роста многолетних трав. В дальнейшие фазы развития трав выпадающие осадки во второй и третьей декаде августа также поддерживали влажность почвы на заданном уровне в 80–100 % НВ (рис.).

Сентябрьские осадки, выпавшие в конце первой декады нормой 30 мм, и последующие поддерживали высокий уровень увлажненности почвы.

В таблице 4 представлено суммарное водо-потребление, урожайность и коэффициент во-допотребления многолетних травосмесей.

дн%‘я1эонжеид                             ww 'ияУеэо

Таблица 4

Суммарное водопотребление, урожайность и коэффициент водопотребления многолетних травосмесей

Вариант	Приход влаги			Суммарное водо-потребление, мм	Урожайность, т/га	Коэффициент водо-потребления, мм/т
	от осадков	от поливов	о запасов почвы
Контроль	282		+36	246	4,1	60
(без орошения)	115		+15
Орошение	282	60	+36	306	9,2	33
80 % НВ	92	20	+12

На изучаемых вариантах опыта расход влаги растениями для роста и развития выглядел следующим образом. Суммарное водопотреб-ление на орошении было выше на 60 мм, чем без орошения. Основу водопотребления на контрольном варианте составили осадки, тогда как на орошаемом варианте на долю осадков приходилось 80 %, на долю поливов – 20 %. Коэффициенты водопотребления отличались по значениям почти в два раза – на контрольном варианте 60 мм/т, тогда как на орошении – 33 мм/т. К концу вегетации многолетних трав наблюдалось накопление запасов влаги в почве, и оно составило 36 мм по вариантам опыта (см. табл. 4).

Выводы

• 1.    Влагообеспеченность вегетационного периода в год проведения исследований характеризовалась как недостаточно увлажненная.

• 2.    Наблюдения за динамикой влажности почвы показали, что атмосферные осадки не обеспечивают оптимальную влажность растений, особенно в начале отрастания трав.

• 3.    Для поддержания влажности на уровне 80–100 % НВ в мае было проведено два полива нормой ~ по 300 м³/га на варианте с орошением.

• 4.    Коэффициенты водопотребления на орошении почти в два раза выше, чем на богаре.