Влага черноземов Зауралья и пути ее эффективного использования


М.А. Глухих




ВЛАГА ЧЕРНОЗЕМОВ ЗАУРАЛЬЯ И ПУТИ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ


Монография

3-е издание, стереотипное












Москва Издательство «ФЛИНТА» 2021

УДК 631.432:631.445.4
ББК 41.4
      Г55
Р е ц е н з е н т ы :

доктор с.-х. наук (ИА) А.А. Грязнов;
канд. с.-х. наук (Челябинский НИИСХ) Ю.Д. Кушниренко




     Глухих М.А.
Г55 Влага черноземов Зауралья и пути ее эффективного использования [Электронный ресурс] : монография / М.А. Глухих. — 3-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА, 2021. — 330 с.

         ISBN 978-5-9765-2798-0

          В монографии излагаются результаты многолетних исследований в Курганской области, в том числе в многофакторных полевых экспериментах длительностью от 20 до 34 лет. В этих опытах изучаются во взаимодействии основные факторы, влияющие на поведение систем и технологий земледелия: севообороты, удобрения, обработка почвы, гербициды. Программа исследований сформирована так, что каждый из экспериментальных крупных блоков имеет переходящий модуль, позволяющий объединять разностороннюю и разнообразную информацию в единый блок как для интеллектуального осмысления, так и для построения моделей. Исследования ведутся во всех четырех агроклиматических зонах области. Представлен анализ отечественной и зарубежной литературы по названной тематике. Показано влияние севооборотов, приемов обработки почвы и удобрений на водный режим черноземов, в целом на их физические свойства, влагопотребление возделываемых культу. Указаны пути эффективного использования водных ресурсов.
           Книга рассчитана на специалистов сельскохозяйственного производства,студентов, преподавателей, научных работников.

УДК 631.432:631.445.4
                                                ББК 41.4



ISBN 978-5-9765-2798-0

             © Глухих М.А., 2016
             © Издательство «ФЛИНТА», 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ


    1.  ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ .................. 9
      1.1. Климатические условия .............................. 9
      1.2. Природное районирование ........................... 16
      1.3. Почвенный покров .................................. 19
    2.  ПОЛЕВЫЕ ОПЫТЫ КУРГАНСКГО НИИСХ ПО ЗЕМЛЕДЕЛИЮ 22
      2.1. Исследования   на выщелоченном  черноземе Центрального
  опытного поля .............................................. 22
      2.2. Исследования   на обыкновенном  солонцеватом черноземе
  Центрального опытного поля ................................. 43
      2.3. Исследования на Шадринском опытном поле ........... 47
      2.4. Опыты на Макушинском опытном поле ................. 51
      2.5. Опыты в ОПХ «Южное» ............................... 55
      2.6.     Исследования на Шадринской опытной станции им. Т. С. Мальцева 59
      2.7. Агротехника в опытах .............................. 65
      2.8. Методы изучения и расчеты ......................... 65
      2.9. Погодные условия в период исследований ............ 66
      2.10.       Категории почвенной влаги, типы водного режима, гидрологические характеристики почвы ....................... 70
    3.  РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ .............................. 77
      3.1. Водно-физические свойства почвы ................... 77
        3.1.1. Плотность и скважность почвы .................. 77
        3.1.2. Фильтрационная способность почвы............... 89
        3.1.3. Влажность почвы ............................... 97
      3.2. Водный режим почвы ............................... 101
        3.2.1. Остаточное количество влаги, не использованное посевами 102
        3.2.2. Изменение влажности почвы в осеннее время .... 105
        3.2.3.    Пополнение запасов влаги в почве за осенне-зимне-весенний период 114
        3.2.4. Эффективность весенних обработок почвы........ 133
        3.2.5. Значение стерневых фонов ..................... 144
        3.2.6. Летние осадки и их использование растениями .. 160
        3.2.7. Физическое испарение и транспирация........... 165
        3.2.8. Корневая система растений ..................... 171
        3.2.9. Роль мульчи ................................... 177
        3.2.10. Влага паровых полей ......................... 181
        3.2.11. Влагообеспеченность и влагопотребление ...... 193
      3.3. Оптимизация использования пашни и севооборотов .... 220
        3.3.1. Продуктивность культур по предшественникам ... 220
        3.3.2. Продуктивность севооборотов .................. 235
    4.  НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ............... 250

3

      4.1.     Продуктивность культур в зависимости от способа обработки почвы 250
      4.2.     Содержание гумуса при разных способах обработки почвы ... 272

      4.3.    Экономическая оценкаа способов обработки почвы . 274
      4.4.    Воздействие на почву отдельных почвообрабатывающих орудий 279
      4.5.    Обработка чистых паров ......................... 280
      4.6.    Обработка занятых паров ........................ 283
      4.7.    Основные особенности обработки зяби ............ 284
      4.8.    Обработка полей, не вспаханных осенью........... 285
      4.9.    Предпосевные обработки почвы и уход за посевами. 286
      4.10.   Сроки посева ................................... 289
    ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................... 297

Светлой памяти жены Марии Евстигнеевны посвящается

ПРЕДИСЛОВИЕ


    Зауралье, как и все огромные пространства Сибири, подвержено влиянию засухи. Поэтому водный режим его черноземов - один из основных наиболее важных факторов, определяющих их плодородие. При улучшении водоснабжения растения повышают свою продуктивность, растет эффективность агротехнических мероприятий. Для того чтобы влиять на водный режим надо, прежде всего, изучить все разнообразие его направлеий.
    В предлагаемой работе обобщены результаты многолетних исследований самого автора и тех сотрудников, кто работал с ним, научных учреждений России и за рубежом. Автор выражает свою глубокую благодарность, прежде всего, всему коллективу Курганского Научно - Исследовательского института сельского хозяйства. Особенно благодарен он Галине Лукиничне Апетенок, Александру Петровичу Попову, Рите Николаевне Сметаниной, Владимиру Ивановичу Данилову, Геннадию Прохоровичу и Лидии Павловне Поповым, Сталине Михайловне Овсянниковой, Раисе Ивановне Токаревой, Василию Петровичу Новоселову, Алексею Александровичу Тихонову, Николаю Юрьевичу Макарову, Сергею Николаевичу и Татьяне Алексеевне Добрыдиным. Это благодаря их, главным образом нелегкого труда, добыты многие из публикуемых сведений.
    Автор выражает свою глубокую благодарность за внимательный просмотр рукописи и ценные советы, замечания. Они учтены при ее подготовке к печати. Он также будет признателен всем тем, кто пришлет свой отзыв в его адрес.

ВВЕДЕНИЕ


    Растения в процессе своей жизнедеятельности потребляют большое количество влаги, которое в сотни, а иногда и тысячи раз превышает вес их сухой массы. Вода для растений нужна, во-первых, как источник вещества для органического синтеза, во-вторых, обеспечивающая возможность осуществления различного рода биохимических реакций, и, наконец, вода поддерживает непрерывность транспирации, с которой связано поступление в растение питательных веществ, и ряд других физиологически важных явлений (А.А. Роде, 1965).
    Особое положение в живой природе вода занимает и за счет её большого удельного веса, высокой удельной теплоемкости и скрытой теплоты парообразования. Стабилизация температуры в растениях происходит за счет высокой теплоты, выделяющейся из воды при её переходе из жидкого состояния в твердое (замерзание) и при парообразовании, а также поглощающейся -при её плавлении. Именно за счет испарения воды не только растения, но и почва защищены от перегрева при высокой солнечной радиации.
    Водородные атомы молекулы воды, связываясь с атомами азота или кислорода, становятся структурной частью белка. Вода - важный фактор минерального питания растений. Причем обеспеченность водой влияет как на химическую доступность питательных веществ в почве, так и на их использование растениями. Большая часть минерального азота, например, образуется в почве при влажности 60% полевой влагоемкости. При 40 или 70% образуется чуть более половины этого (Kuipers S. F., 1962). Поступая в растения, вода несет с собой и содержащие в почвенном растворе питательные вещества. От количества поступающей в растения воды зависит количество поглощенных ими питательных веществ.
    Поглощение фосфора проростками кукурузы, к примеру, прямо пропорционально содержанию воды в почве (ОЬоп S. K., Watanabe F. S., Danielson R. E., 1961). Отзывчивость пшеницы на внесение суперфосфата в засушливых условиях лишь частично зависит от содержания растворимых фосфатов в почве. Она теснее связана с общим содержанием доступной влаги растениям (Ро\уег J. F., Brown H. L., Army T. J., Klages M. G., 1961). Наряду с обеспечением процессов роста надземной массы растений вода большое влияние оказывает на рост и развитие корневой системы Она усиливает или снижает механическое сопротивление почвы росту корней.
    Воды для растений необходимо значительно больше, чем других элементов питания. Её передвижение из почвы через корни растений вверх по стеблю к листовой поверхности непрерывно. При ограниченных запасах воды в почве содержание её в листьях снижается. Первый очевидный результат - закрываются устьица и уменьшается интенсивность фотосинтеза. Клетки листа теряют воду, что сначала вызывает повышение осмотического давления клеточного сока, затем отмирание клеток, следовательно, и листа.

7

    Большинство сельскохозяйственных культур реагирует на длительную засуху сбрасыванием своих листьев. За счет чего снижают свою потребность в почвенной влаге. В большом количестве воды нуждаются молодые растения. Сколько-нибудь значительную засуху они переносить не могут. Более развитые растения лучше переносят нехватку воды. Особенно, если этот период сопровождается пасмурной погодой.
    Умеренная засуха у хорошо укоренившихся злаковых растений в первую очередь сопровождается значительной потерей листьев и остановкой роста стебля. Урожайность культур это снижает мало, лишь ускоряется созревание. При усилении засухи созревание становится всё более ранним, урожай зерна уменьшается быстрее, чем урожай соломы (Э. Рассел, 1955).
    От влажности почвы зависит количество воздуха в почве и активность микробиологических процессов в ней, уплотняемость почвы, ее твердость, характер крошения при обработке и при деятельности почвороющих животных. От влажности зависят процессы образования и разрушения структуры почвы под влиянием тех или иных воздействий. С влажностью почвы функционально связаны многочисленные химические и физико-химические процессы, процессы выветривания и почвообразования.
    Из физических факторов самый неблагоприятный - это недостаток воды (Кук Дж В., 1987). В зависимости от содержания воды в почве меняются все качественные её стороны. В одних случаях она свободно движется вниз под влиянием сил гравитации, в других - находится в неподвижном состоянии, в третьих - проявляет явную тенденцию подтягиваться к верхним слоям почвы (И. Б. Ревут, 1972).
    Почва - единственный источник влаги для растений. Почвенную влагу основатель гидрологии почв Г. Н. Высоцкий образно сравнивал с кровью организма. Вода очень важную роль играет и в почвообразовании, так как передвижение различных веществ в почвенной толще, в результате которого формируется почвенный профиль, совершается по преимуществу в виде растворов. Вместе с тем, почвенная влага принимает участие во многих процессах превращения веществ, происходящих в почве, например, в выветривании.
    Одна из главных проблем в условиях черноземов - максимальное использование влаги недостаточно и нерегулярно выпадающих осадков (Докучаев В. В., 1948). Управление водным режимом почв, включая черноземы -всегда один из важных, а часто и самый важный прием повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий, считал и А. А. Роде (1965).
    Существенное улучшение водного режима почв засушливого региона достигается путем использования целого комплекса мер, оказывающих целенаправленное влияние как на приходную, так и расходную его часть.

                1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ




            1.1. Климатические условия


    Курганская область расположена на территории Западно-Сибирской низменности, в юго-восточной лесостепной части Урала, в так называемом Зауралье. На северо-западе и севере она граничит со Свердловской, юге и юго-западе - Челябинской, востоке - Тюменской областями, на юге и юго-востоке - Казахской республикой.
    Территория области имеет общий слабый уклон на северо-восток, к центру обширной Западно-Сибирской низменности. Наиболее непостоянной по рельефу является западная половина области - до реки Тобол, особенно в Ка-тайском, Далматовском и Шадринском районах. Абсолютная высота над уровнем моря колеблется здесь в пределах 180 - 150 - 120 м, тогда как около города Кургана - 70-60 м, а на выходе р. Тобола за пределы области - 50 - 45 м.
    Западная территория от предгорий Урала до реки Тобол расположена в пределах слабо размытых плоско-волнистых равнин. Восточнее реки Тобола распространяются третичные и четвертичные аккумулятивные, плоские равнины. В центральных и восточных районах встречаются участки озерноэоловых равнин с гривно - лощинным рельефом. Вся область пересечена довольно обширными долинами. Равнинность рельефа, особенно в восточной части области, обусловливает развитие озер, болот, проявление осадочных процессов, засоление понижений.
    Для аккумулятивно-озерных пространств восточной части характерны мелко-западинные формы микрорельефа. В западных районах, на слабо размытых равнинах, сформировался бугристо-лощинный микрорельеф. Оба типа занимают от 10 до 50% равнинных пространств и существенно влияют на почвообразование, обусловливая почвенные структуры.
    Из-за слоистого сложения покровных отложений на значительных пространствах встречается верховодка. В западных районах во влажные годы она располагается большими массивами, залегает на глубине 2,5-6 м и слабо минерализована (не более 1 г/л) с гидрокарбонатным составом солей. В восточной части области верховодка имеет линзообразный характер, залегает на тех же глубинах, но с более высокой минерализацией (1-3 г/л).
    Из древесных пород преобладают береза, осина, меньше сосны, образующей так называемые островные или ленточные боры. Из кустарниковых -встречаются ива, черемуха, рябина и др. Травянистая растительность представлена чаще всего сложнейшими комплексами. На черноземных и луговочерноземных почвах распространены лугово-степные и степные ассоциации, на переувлажненных - луговые, чаще всего осоковые, на засоленных наряду с укосными встречаются и типичные голофиты. К югу и юго-востоку лесные колки постепенно уменьшаются в размерах и переходят в степь.
    В местах с избыточным увлажнением, но без открытого зеркала воды

9

развивается болотная растительность. Болота лесостепного Зауралья, как правило, относятся к низинным, расположенным в понижениях рельефа, получающим воду за счет грунтовых вод. Возникают они из открытых водоемов в ходе заболачивания степных озер.
    В северной части области изредка встречаются верховые болота, имеющие преимущественно «верховое» - снеговое и дождевое питание влагой. Такие болота отличаются мощным развитием белого мха сфагнума, на котором селятся сосна, береза, кустарники. Сфагновые сосново-багульниковые болота лесостепного Зауралья получили название рямов. Они располагаются среди сосновых, березовых лесов, а также и на лишенных леса пространствах, чередуясь с солонцовыми лугами.
    Климат континентальный. Он формируется под воздействием, с одной стороны, воздушных масс Атлантики, с другой - среднеазиатского барического максимума. Действие его проявляется как на уровне атмосферного давления, так и на температурном режиме, осадках, ходе теплой волны весной и т. д. Влажные же воздушные массы с Атлантического океана большую часть осадков оставляют за Уральскими горами и циклоны, что проникают за его хребет, не достаточно обеспечены влагой.
    В летнее время могут возникать местные циклоны с кратковременными дождями ливневого характера. Весной и осенью, реже зимой приходят циклоны с Черноморского побережья. Они оказывают лишь частичное влияние на климатические условия области и приносят с собой небольшие осадки и туманы, захватывая, главным образом, южные и юго-восточные районы.
    Из-за такого сочетания воздействий воздушных масс распределение климатических элементов в пределах территории области весьма неравномерно.
    Наименьшее количество осадков выпадает в январе-феврале, наибольшее - в июле. Однако такое явление не постоянно. В отдельные годы максимум осадков приходится не на июль, а на июнь, иногда - на август, в некоторые же годы летние осадки распределяются по месяцам более-менее равномерно. Случается, что сумма летних осадков превышает многолетнюю среднюю по области. И, наоборот, иногда летний период характеризуется явным недобором осадков.
    При высоком среднем количестве летних осадков случаются годы с длительным отсутствием дождей. Чаще всего засушливым оказывается период май-июнь. Причем при недостаточном количестве осадков чрезвычайно низко падает относительная влажность воздуха, что резко увеличивает испарение как с поверхности почвы, так и растительностью. Все это усиливает воздействие суховеев.
    Интенсивность засух обычно характеризуется термическим режимом и увлажненностью. Одним из таких показателей является гидротермический коэффициент (ГТК), отношение суммы осадков к сумме температур за тот же период, уменьшенной в 10 раз. ГТК менее 0,4-признак очень сильной засухи; 0,4-0,5-сильной; 0,5-0,6-средней; менее 1,0-засухи (Характеристика и распределение засух по территории СССР, 1977). ГТК, равный 0,7, соответствует

10

границе неустойчивого земледелия, 0,5 - границе полупустыни, 0,3 - пустыни (Агроклиматические ресурсы Тюменской области, 1972). При характеристике интенсивности засух кроме ГТК учитывают еще данные о суховеях. Эти два показателя взаимосвязаны. Жестокие засухи обычно сопровождаются большим количеством дней с суховеями. Интенсивность засух характеризуется еще и длительностью периода без дождей и т. п.
    Основной и непосредственной причиной возникновения засух считается образование антициклонов в массе сухого арктическго воздуха в северном полушарии. Это сопровождается повышенной температурой, сухостью воздуха, увеличением часов солнечной радиации (Процеров А. В.,1950).
    По О. А. Дроздову (1980) за период 1871-1880 гг. в Западной Сибири засушливым был один год, 1881 - 1890 - 2 года, 1891 - 1900 - 1, 1901 - 1910 - 4, 1911 - 1920 - 2, 1921 - 1930 - 6, 1931 - 1940 - 6, 1941 - 1950 - 2 года. В пятидесятые годы было 4 засушливых года, в шестидесятые - 2, в семидесятые - 1, в восьмидесятые - 3 и в девяностые - тоже 3 года. Особенно засушливым, как видим, оказался период с 1921 по 1940 гг. Сильно засушливыми были 1911,1920, 1931, 1951, 1955, 1957, 1959, 1963, 1965, 1975, 1984, 1987, 1989, 1991, 1995 и1998 годы. Чаще всего засушливыми, как уже отмечалось, оказываются май и июнь. Причем характеризуются они повышенной температурой и низким количеством осадков. В 1991 году, например, температура воздуха в мае на 33% превышала среднюю многолетнюю, в июне - на 24%, а количество осадков - соответственно 33 и 82% нормы.
    Случаются засухи и при пониженных температурах в мае. При слабой микробиологической деятельности из-за сильного промерзания и медленного оттаивания почвы в этом случае растения оказываются в жесткой зависимости от погодных условий. Таким был 1998 год. К двадцатому мая недобор положительных температур достиг тогда 182 градусов к обычному уровню. Полевые работы начались только в середине, а в некоторых хозяйствах -конце мая. Однако с третьей декады мая установилась жаркая погода. Столбик термометра поднимался до 30 - 35 градусов. Поверхность почвы в отдельные дни нагревалась до 65 - 70 градусов.
    Запасы воды в снеге в этот год были хорошими, местами до 120 мм. Однако его таяние растянулось более чем на два месяца. Большая часть воды испарилась. Кроме того, в Зауралье из - за глубокого промерзания оттаивание почвы обычно происходит сверху, и это способствует передвижению влаги их верхних горизонтов в нижние. В 1998 же году почва оттаивала снизу вверх. Из-за быстрого прогревания почвы и высокой температуры ее поверхности резко возросло испарение влаги, что снизило всасывающее давление. А это тоже препятствует проникновению воды в нижние горизонты. В результате основная масса влаги оказалась в верхних горизонтах почвы. На хорошо прогретую почву в июне выпали дожди интенсивностью 2-3 мм. Для культурных растений они почти ничего не дали, но спровоцировали всходы поздних злаковых сорняков. Особенно много в посевах появилось щетинников и проса волосовидного.
    От мая к июлю произошло резкое нарастание температур. За май сред

11

несуточная температура воздуха превысила среднюю многолетнюю на 8%, за июнь - на 14, за июль - на 20%. Осадков же меньше обычного выпало в мае на 67%, в июле - на 53%.
    Самые жесткие условия наблюдались в южной зоне области. В Целинном районе, например, гидротермический коэффициент за первую декаду мая 0,17, за вторую и третью - 0,0, за первую декаду июня - 0,05, за вторую - 0,40, третью - 0,43, в первой декаде июля - 0,22, во второй - 0,17, третьей - 0,28. По данным Звериноголовской ГМС, уже 8 июня в метровом слое почвы имелось всего лишь 22 - 37 мм продуктивной влаги, с 18 июня - только мертвый запас. Посевы здесь сохранились лишь по чистому пару. По области в целом зерновые погибли на площади 425 тысяч гектар.
    Летние дожди в Зауралье чаще выпадают в виде ливней, неглубоко промачивают почву и не создают в ней значительных запасов продуктивной влаги. Однако около 60% годовой суммы осадков выпадает в июне - августе. Это позволяет вести зерновое хозяйство при низкой годовой сумме осадков, 300 - 350 мм.
    Чередование засушливых лет с нормальной и повышенной увлажненностью обусловливает особенности почвенных биологических процессов. Создается различный режим азотного питания растений за счет почвенных нитратов. После засушливых лет в почве обычно остается много неиспользованных растениями нитратов. Поэтому возделываемые культуры имеют повышенную обеспеченность азотом. В этих условиях повышается эффективность фосфорных удобрений, снижается действие азотных. После дождливых лет повышается эффективность азотных удобрений. Без азота по непаровым предшественникам снижается эффективность фосфора.
    Зима холодная продолжительная малоснежная с частыми метелями. Самый холодный месяц в году - январь (-17...-19⁰С). Абсолютный минимум температуры - - 47...- 50⁰С.
    Переходные сезоны (весна, осень) короткие. Устойчивый снежный покров разрушается 5 - 10 апреля, а 12 - 19 апреля от него полностью освобождаются поля. В это же время (8 - 10 апреля) происходит переход среднесуточной температуры воздуха через 0⁰. Средний из наибольших запасов воды в снеге 65 - 100 мм. К концу апреля почва оттаивает на глубину 20 - 30 см, во второй декаде мая - полностью.
    Особенно бывает жаркой и сухой первая половина лета. Июль, август более благоприятны для роста и развития растений. В это время высокие дневные температуры сочетаются с достаточным количеством влаги для возделываемых культур. Однако в отдельные годы дневная температура некоторых дней июля достигает 34 - 38⁰, а максимальные температуры поверхности почвы повышаются до 42 - 50⁰.
    Осень ранняя пасмурная нередко дождливая, что затрудняет уборку зерновых и силосных культур. Температура воздуха к концу сентября понижается до 6 - 8⁰ С.
    Первый снег выпадает 21 - 25 октября, снежный покров устанавливается 3 - 11 ноября. Наибольшее количество зимних осадков выпадает в первой


12