Оптимизация водопотребления хлопчатника при орошении по мульчированным бороздам

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На земном шаре пресная вода составляет 3 процента из планетарного объема воды. В последнее время пресная вода является глобальной проблемой. Как известно, в мире 87 процентов из запасов пресной воды используются в сельском хозяйтсве. В нашей республике проводится целый комплекс мероприятий, направленных на эффективное использование оросительной воды, повышение ее качества, применение водоресурсосберегающих способов, техники и технологии орошения сельскохозяйственных культур. В нашем регионе широко применяется бороздковый полив. При бороздковом поливе потери оросительной воды на сброс, физическое испарение и фильтрацию можно снизить путем применения водосберегающих техники и технологии орошения. В этом плане важное значение имеет внедрение технологии полива хлопчатника и других пропашных культур по мульчированным бороздам черной полиэтиленовой пленкой и соломой. При мульчировании свето- и влагонепроницаемыми материалами в корнеобитаемом слое хлопчатника увеличивается концентрация углекислого и углеводородных газов, улучшается дыхание макро- и микроорганизмов почвы, ускоряются биохимические процесс. Эти газы почвенного воздуха ускоряют процесс образования минеральных и органических кислот, которые участвуют в переводе труднорастворимых фосфатов почвы в легко растворимые формы. В результате этого снижаются потери газообразных форм азота минеральных удобрений, повышается эффективность азотного питания растения, в результате увеличивается урожайность хлопчатника и культур хлопкового комплекса. При поливе хлопчатника по мульчированным бороздам уменьшается физическое испарение почвенной влаги и смыв пахотного слоя почвы, что способствует экономии оросительной воды и повышению урожая хлопка-сырца. Для решения задач внедрения водо-ресурсосберегающей технологии полива хлопчатника по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой бороздам, предусмотренных Указом Президента Республики Узбекистан №ПП-1958 от 19 апреля 2013 года «О мерах по дальнейшему улучшению мелиоративного состояния орошаемых земель и рациональному использованию водных ресурсов на период 2013-2017 годы» и Постановлением Кабинета Министров Республики Узбекистан ПКМ №261 от 28 ноября 2008 г. «О мерах по совершенствованию формирования и реализации программ мелиоративного улучшения орошаемых земель» служит, ставшая основой для выполнения диссертации. Цель исследования оптимизация водопотребления хлопчатника при применении водо-ресурсосберегающих технологий полива хлопчатника по мульчированным бороздам, дать по ним рекомендации производству. Научная новизна исследования состоит в следующем: впервые разработаны методы точного и быстрого определения влажности почвы с помощью современных измерительных приборов (нейтронный влагомер, тензиометр) при орошении хлопчатника по мульчированным бороздам черной полиэтиленовой пленкой и соломой озимой пшеницы; впервые выявлена экономия оросительной воды и ГСМ, получен высокий и качественный урожай хлопка-сырца при орошении хлопчатника по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой и соломой озимой пшеницы бороздам на посевах хлопчатника сорта Навруз в условиях типичного серозема и Ан-Баяут-2 в условиях сероземно-луговых почв, подверженных засолению; впервые определены преимущества мульчирования почвы, заключающиеся в снижении физического испарения влаги, улучшении водно-физических свойств почвы, благоприятствующих интенсивному росту и развитию надземной части хлопчатника; установлено положительное влияние мульчирования почвы на состав почвенного воздуха и его распределение по профилю почвы, численность полезных групп почвенных микроорганизмов; впервые разработана математическая модель зависимости объема эмиссии углекислого газа из поверхности почвы хлопкового поля от численности макро- и микроорганизмов, плотности и влажности почвы; впервые проведена адаптация теоретически обоснованной методики расчета оросительных норм и водопотребления хлопчатника (ФАО-56) к различным почвенно-климатическим условиям (типичный серозем, сереземно-луговая почва, ширина междурядий, продолжительность вегетационного периода), технологии орошения (поливы с подачей воды в каждую борозду и через междурядье), степени мульчирования (открытая почва, мульчирование 50% площади посева хлопчатника); определено влияние орошения хлопчатника по мульчированным бороздам на экономическую эффективность выращивания хлопчатника. выводы 1. Для экономии воды при возделывании хлопчатника в условиях дефицита оросительной воды и глобального потепления, обеспечения равномерного увлажнения почвы по всей длине борозды, увеличения КПД орошении, предотвращения смыва плодородного слоя почвы и содержащихся в нем питательных элементов, экономии горюче - смазочных материалов целесообразно применение водо- и ресурсосберегающей технологии полива по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой бороздам. 2. В условиях типичных сероземных почв в начале вегетации количество питательных элементов содержалось в слое почвы 0-30 см гумуса в среднем 0,770%, валового азота 0,076% и фосфора 0,113%, в слое почвы 0-50 см соответственно 0,672, 0,066 и 0,100%. Этот показатель в условиях сероземно-луговых почв Сырдарьинской области в слое почвы 0-30 и 0-50 см по содержанию гумуса в среднем составил 1,131-0,955%, валового азота 0,131-0,094 % и фосфора 0,132-0,104%. Установлено, что почвы опытных участков относятся к низко обеспеченным. 3. Установлено повышение объемной массы в типичных сероземных почвах к концу вегетации в 0-30 и 0-50 см слоях на 0,03-0,02 г/см3. В условиях сероземно-луговых почв, где этот показатель к концу вегетации в вариантах полива по обычной борозде в слое 0-30 см составил 0,05 %, а в вариантах при поливе по мульчированным черной полиэтиленовой и соломой бороздам составил соответственно 0,02-0,03 г/см3, меньшее уплотнение почвы при поливе по мульчированным бороздам произошло за счет сокращения междурядных обработок, проведения в поливов оптимальные сроки и расчетными нормами. 4. По наблюдениям метеорологических условий по метеостанции «Аккавак» за последние 89 лет установлено повышение среднегодовой температуры воздуха на 1 °C, годового количества осадков с 450 до 600 мм (на 150 мм), относительной влажности воздуха с 53 до 68% (на 15%), снижение дефицита испаряемости за период апрель-сентябрь на 250 мм (27,0%), за период май-август на 187 мм (26,0%), испаряемости на 18,5 см (1850 м3/га) или на 17,8 %. 5. В условиях типичных сероземных почв с большим уклоном местности Ташкентской области при введении в агротехнику возделывания хлопчатника сорта Навруз, поливов по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой бороздам расчетный показатель экономии оросительной воды по методике ФАО-56 составил 847 м3/га или 22%, а фактический 1361 м3/га или 34% (в среднем 1104 м3/га или 28%). При орошении по мульчированным соломой бороздам расчетный показатель экономии воды составил 893 м3/га или 23%, фактический 1350 м3/га или 35% (в среднем 457 м3/га или 29%). На староорошаемой сероземно-луговой почве Сырдарьинской области самым эффективным по экономии оросительной воды оказался вариант полива хлопчатника сорта АН Баяут-2 через междурядья по мульчированным полиэтиленовой черной пленкой бороздам с междурядьями 90 см, где расчетный показатель экономии оросительной воды по методике ФАО-56 составил 652 м3/га или 43,2%, фактический 600 м3/га или 37,4% (в среднем 626 м3/га или 23,8%). Таким образом, в равнинных условиях Голодной степи при уклоне поверхности земли 0,002-0,003 эффективно мульчирование черной полиэтиленовой пленкой, в зоне хлопкосеяния Ташкентской области с уклоном поверхности земли 0,01 на 12% эффективнее мульчирование почвы борозд черной полиэтиленовой пленкой и на 5,2 % мульчирование соломой. 6. В исследованиях установлено снижение оросительной нормы воды при поливе по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой и соломой бороздам относительно полива по обычным бороздам. В условиях типичных сероземов при мульчировании почвы черной полиэтиленовой пленкой и соломой при режиме 70-70-60% ППВ относительно режима 65-65-60% ППВ оросительная норма в среднем по вариантам на меньше 184 (4,2%); 160 (3,6%); и 1066 (27,9%); 1108 м3/га (29,0%). Экономия оросительной воды относительно полива по обычным бороздам в вариантах полива по мульчированным бороздам при режиме 65-65-60% ППВ составила 556 м3/га или 12,7%, при режиме 70-70-60% ППВ - 582 м3/га или 13,2%. При орошении хлопчатника по мульчированным в верхней части бороздам пленкой и нижней части соломой (при 50-50-30 см расчетном слое почвы) в 5 и 6 вариантах оросительная норма составила 2858 м3/га, экономия воды составила 1040-1005 м3/га при поливе по обычным бороздам и 402-350 м3/га в вариантах полива по мульчированным верхней части пленкой и нижней части соломой. В типичных сероземных почвах относительно полива по обычным бороздам при поливе по мульчированным соломой бороздам сэкономлено на 1 гектар 2220 м3 или 25,1 %, в вариантах полива по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой - 1182 м3/га или 24,3 %. Этот показатель при поливе через борозду соответственно вариантам составил 551 м3/га или 20,4 % и 540 м3/га или 19,9%. Такая же закономерность установлена в опытах, проведенных в условиях сероземно-луговых почв Сырдарьинской области. 7. Физическое испарение почвенной влаги было выше в вариантах полива в каждую борозду (1,2,3) на 733, 717 и 680 м3/га, чем в вариантах полива через борозду (4,5,6). Этот показатель в вариантах полива по обычным бороздам составил 1690 и 955 м3/га, в вариантах мульчирования почвы борозд пленкой составил 1592 и 765 м3/га, в вариантах мульчирования соломой- 1344 и 664 м3/га. 8. Самая высокая численность почвенных микроорганизмов в ризосфере хлопчатника установлена в вариантах полива по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой бороздам-85,6-207,8 млн. кое/г. Таким образом, под черной полиэтиленовой пленкой в почве создаются благоприятные воздушный, водный, температурный и питательный режимы для развития почвенных микроорганизмов. 9. При учете динамики концентрации СО2 установлено, что в период вегетации хлопчатника самый высокий показатель выделения из почвы СО2 наблюдается в варианте полива через борозду по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой бороздам-0,87 %. Очевидно, мульчируя черной полиэтиленовой пленкой почву борозд, проводя поливы через борозду, создавая в ризосфере хлопчатника оптимальные условия аэрации, увеличиваются объем дыхания почвенных живых организмов и корневой системы растений концентрация СО2 в эмитированном воздухе. 10. В вариантах 3,4 и 7,8 с режимом орошения 65-65-60 % и 70-70-60 % от ППВ достигнуты высокие показатели по росту, развитию и накоплению плодоэлементов. В сентябре в среднем в вариантах количество коробочек составило 9,8-10,2 и 10,3-11,0 шт., процент раскрытия коробочек соответственно составил 45,9-50,0 и 52,4-58,2 %. Установлено превосходство полива по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой бороздам над поливом по обычным бороздам в каждую борозду, по мульчированным соломой бороздам, а так же через борозду - на 1- сентября в среднем количество коробочек составило 9,2-14,5 шт, из них раскрывшихся 3,6-8,0 шт. или 39,1-55,0 %. 11. При поливах по обычным бороздам соотношение физического испарения влаги и транспирации хлопчатника находится в соответствии с традиционной практикой - 34:66 и 30:70, при поливах по мульчированным бороздами такое соотношение сильно изменяется в пользу транспирации, особенно в варианте со сплошным покрытием поверхности почвы черной полиэтиленовой пленкой - 4,4:95,6. В этом варианте физическое испарение снижается по сравнению с контролем на 1515 м3/га или на 89,6%. 12. В условиях типичных сероземных почв при режимах орошения 65-65-60 % и 70-70-60 % ППВ наибольший урожай получен в вариантах полива по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой и соломой бороздам, где прибавка урожая хлопка-сырца относительно варианта с обычным способом полива составила 4,9-6,8 и 6,1-8,1 ц/га. Все варианты полива по режиму орошения 70-70-60 % ППВ преобладали над вариантами полива режиму орошения 65-65-60 % ППВ величине урожая хлопка-сырца -прибавка урожая составила 0,6-3,5 ц/га. В полевом опыте на типичной сероземной почве самый высокий урожай хлопка-сырца получен при поливе по мульчированным в верхней части черной полиэтиленовой пленкой и в нижней части соломой (5,6 вар.) бороздам, где прибавка урожая относительно варианта полива по обычным бороздам (1,2 вар.), а также относительно варианта полива по бороздам, где верхняя часть обычная, а нижняя часть мульчирована соломой (3,4 вар.), составила 4,7-6,7 ц/га. На типичной сероземной и сероземно-луговой почвах при мульчировании почвы черной полиэтиленовой пленкой и соломой и при поливах хлопчатника в каждую и через борозду получен самый высокий урожай и относительно полива по обычным бороздам получена прибавка урожая в 3,2-7,0 и 2,2-2,5 ц/га. На вариантах полива в каждую борозду относительно вариантов полива через борозду получена прибавка урожай 2,8-3,6 и 2,8-3,5 ц/га. 13. В типичной сероземной почве в вариантах полива в каждую (1-3) и через борозду (4-6) получены высокие показатели урожайности и степени рентабельности хлопчатника. Максимальные показатели установлены в вариантах полива по мульчированным черной полиэтиленовой пленкой бороздам (47,1 и 55,8%). Затем идут варианты полива по мульчированным соломой бороздам (42,8-50,9%), контрольные варианты-полив по обычным бороздам (30,4 и 33,2%). Такая же закономерность установлена в опытах на сероземно-луговой почв в Сырдарьинской области, где высокий урожай получен в вариантах полива в каждую борозду, но степень рентабельности ниже, чем на ОПУ Аккавак в вариантах полива по обычным, мульчированным пленкой и соломой чередующимся бороздам (40,1; 49,5; 43,4 % и 48,1; 57,2; 53,7 %). На основе результатов исследования предложены следующие рекомендации. 14. Для типичных сероземных и слабо-засоленных сульфатного типа засоления сероземно-луговых почв при поливе через борозду в период-вегетации хлопчатника целесообразно установить оросительную норму в размере 450-500 м3/га для средних и тяжелых по механическому составу типичных сероземных почв, 350-400 м3/га для легких и средних по механическому составу сероземно-луговых почв. 15. Высокую эффективность в хлопкосеющих фермерских хозяйствах показал мульчирование почвы борозд пожнивными остатками нормой 1,5-2,0 т/га, оставшихся после уборки озимой пшеницы в первой и второй декаде июня. 16. В фазу бутонизации хлопчатника, при образовании 6-8 настоящих листочков рекомендуется укладывать черную полиэтиленовую пленку в нарезанные борозды: при междурядьях 90 см по следу задних колес трехколесного пропашного трактора, при междурядьях 60 см по межколесным бороздам. Пленка должна быть толщиной 10-12 мкм, шириной должна быть шире междурядий на 10 см.