Комплексная мелиорация — основа повышения урожая сельскохозяйственных культур (1978)

Направленное регулирование условий внешней среды местонахождения растений с целью оптимизации факторов их жизни всегда находилось в центре внимания мелиоративной науки и практики. Однако традиционные гидромелиоративные системы долгое время ограничивались лишь регулированием водного режима. В данной работе обосновывается фундаментальный переход к комплексному управлению водным, воздушным, тепловым и пищевым режимами торфяных почв на базе математического моделирования и автоматизированных мелиоративных систем.

1. Недостаточность однофакторного регулирования и явление разрыва питания

Традиционным критерием оценки оптимальности водного фактора обычно служил оптимальный диапазон средней влажности корнеобитаемого слоя почвы. Однако при неглубоком залегании грунтовых вод (до 1,0–1,4 м) было выявлено, что этот критерий имеет существенные недостатки: он не гарантирует оптимальности режима питания даже при внесении расчетных доз минеральных удобрений.

Это объясняется тем, что в засушливые периоды вследствие иссушения верхнего горизонта торфа максимум поглощения влаги корневой системой смещается в нижние, бедные элементами питания слои. Растения испытывают минеральное голодание, и нарастание биомассы тормозится. Особенно наглядно это проявляется при периодическом шлюзовании: стремясь улучшить водный режим, поднимают уровень грунтовых вод, но урожай зерновых культур при этом нередко снижается на 30–40% (табл. 1). В отдельных случаях нижняя часть корнеобитаемого слоя оказывается переувлажненной, вызывая кислородное голодание корней.

Водный режим и режим питания признаются оптимальными только тогда, когда максимум эпюры поглощения влаги совпадает с горизонтом максимального сосредоточения доступных питательных веществ, а локальные влажности не выходят за критические пределы.

2. Лизиметрические стационарные опыты с режимами грунтовых вод

В стационарных лизиметрах БелНИИМиВХ были проведены многолетние модельные эксперименты по оценке влияния различных динамических режимов уровня грунтовых вод (УГВ) на урожайность ячменя (табл. 1).

Опыты со всей очевидностью доказали: резкие затопления и подъемы грунтовых вод в период вегетации при шлюзовании наносят культурам существенный вред. Наивысший урожай зерна формируется при плавном, естественном понижении грунтовых вод по мере развития корневой системы вглубь профиля.

3. Математическое моделирование энерго- и массообмена в системе «почва — растение — атмосфера»

Для преодоления противоречий между отдельными факторами институтом были разработаны математические модели переноса влаги, тепла, газов и солей в почвогрунтах, а также численные алгоритмы и программы их решения на ЭВМ. Это позволило прогнозировать во времени эпюры влажности, температуры и поглощения влаги корневыми системами.

Модели нового поколения замкнули систему в единый биофизический комплекс: «грунтовые воды — почва — растение — приземный слой воздуха». Они рассчитывают динамику транспирации и химический потенциал влаги листьев с учетом метеорологических факторов, решая двумерные уравнения влагопереноса в насыщенной и ненасыщенной зонах.

4. Экспериментальные автоматизированные полигоны БелНИИМиВХ

Теоретические концепции комплексного управления были воплощены институтом в серии уникальных опытно-производственных полигонов:

• Полесская опытно-мелиоративная станция (ПОМС, Лунинец):
  • В 1978 г. введен в эксплуатацию опытный участок автоматизированного орошения (11 га) с автономным включением дождевальных установок по заданной программе и датчикам предполивной влажности;
  • С 1975 г. действует опытный массив вертикального дренажа (400 га), позволяющий регулировать уровни грунтовых вод и использовать откачиваемые подземные воды для увлажнения верхнего слоя торфа;
• Совхоз «Лесное» Копыльского района: совместный полигон с Московским гидромелиоративным институтом (МГМИ) по автоматизированному управлению дождеванием и уровнями грунтовых вод;
• Объект «Калиновка» Любанского района: массив комплексного регулирования (40 га) с грунтовым водохранилищем и принудительной искусственной аэрацией корнеобитаемого слоя торфяника;
• Аппаратурный комплекс: совместно с Агрофизическим НИИ (Ленинград) созданы две автоматизированные телеметрические системы сбора и машинной обработки агрометеорологических и почвенно-гидрологических данных.

5. Результаты комплексного регулирования факторов жизни растений

Сравнительная оценка урожайности культур при последовательном переходе от фонового земледелия к комплексному регулированию водного, температурного и пищевого режимов представлена в таблице 2.

Комплексная оптимизация среды позволила поднять урожайность многолетних трав до 150–152 ц/га сухой массы (15 т/га), а картофеля — до 648–652 ц/га. Доказано, что взаимная компенсация неблагоприятных природных факторов (например, восполнение дефицита минерального азота дождеванием или коррекцией доз) является мощным практическим рычагом повышения устойчивости земледелия на торфяниках Беларуси.

6. Тэкст артыкула на мове арыгінала (беларуская)

7. Литература

1. Шабан Н. С. и др. Почвоведение. — 1975. — № 7.
2. Гилис М. Б. Рациональные способы внесения удобрений. — Москва, 1975.
3. Демиденко Д. М. Мелиорация и водное хозяйство. — Минск, 1978. — Вып. 1.
4. Афанасик Г. И. Мелиорация торфяников и их сельскохозяйственное использование. — Минск, 1977.
5. Нерпин С. В., Чудновский А. Ф. Энерго- и массообмен в системе растение — почва — воздух. — Ленинград, 1975.
6. Афанасик Г. И. Мелиорация переувлажненных земель. — Минск, 1974.