UDC 631.432
CSCSTI 68.31
Russian Classification of Professions by Education 35.06.01
Russian Library and Bibliographic Classification 4
Russian Trade and Bibliographic Classification 5607
BISAC TEC003000 Agriculture / General
The objective of this study was to identify patterns in the dynamics of components of the soil aeration zone water balance and their relationship with moisture content in sod-podzolic soils under white cabbage cultivation in the Central region of the Non-Chernozem Zone of the Russian Federation, with the aim of achieving maximum attainable yields. The analysis focused on soil moisture in sod-podzolic soils, key water balance components– including precipitation, evaporation, percolation, transpiration, and others– and white cabbage itself, used as an indicator of agroecological conditions. As a result of the research, a formula for calculating white cabbage water consumption was developed, incorporating empirical coefficients that account for the specific agroclimatic conditions of the Central Non-Chernozem region. Optimal soil moisture ranges were determined for sod-podzolic soils located on elevated landscape positions – a critical factor for scheduling irrigation under conditions of uneven precipitation distribution. A robust correlation was established between calculated wetting depths and pentads of the growing season
water, soil moisture, water balance, drip irrigation, sodpodzolic soil, crop water consumption, white cabbage
Одним из ключевых направлений устойчивого развития сельского хозяйства в Центральной части Нечернозёмной зоны Российской Федерации является внедрение орошаемого земледелия, ориентированного на точное регулирование водного режима почв.
Анализ водного баланса позволяет не только оценить эффективность использования влаги растениями, но и выявить водорегулирующую роль различных культур, определить их физиологические потребности в воде, а также смоделировать влияние агроландшафтов на гидрологический режим территории. На основе таких расчётов разрабатываются оптимальные схемы поливов, учитывающие динамику влагозапасов в почве.
Цель исследования — выявить закономерности изменения компонентов водного баланса в зоне аэрации в зависимости от динамики влажности дерново-подзолистой почвы при выращивании белокочанной капусты в Центральном районе Нечернозёмной зоны Российской Федерации, с последующей разработкой научно обоснованных рекомендаций по оптимизации поливного режима.
2. Материалы и методы
Исследования проводились на территории южно-таёжной подзоны Нечернозёмной зоны России, охватывающей площадь 2,45 млн км² и включающей две природные провинции — Прибалтийскую и Среднерусскую. Экспериментальная работа выполнена в пределах Среднерусской провинции, где сосредоточено около 9 млн га пашни, 85% которой приходится на дерново-подзолистые почвы — основной объект данного исследования.
2.1. Климат и почвы
Климат Центрального района Нечерноземья характеризуется как умеренно континентальный, с мягкой зимой и умеренно тёплым летом. Равнинный рельеф Восточно-Европейской платформы обеспечивает относительную климатическую однородность территории без резких локальных контрастов.
По данным метеостанции г. Дмитрова (средние показатели за 44 года), сумма активных температур (>0 °C) составляет 1800–2100 °C.
Суммарный радиационный баланс за период июнь–октябрь — 1110 МДж/м².
Средняя продолжительность промерзания почвы— 165 суток, а безморозный период — 128 суток.
В годы проведения исследований (2022–2024 гг.) температурный и осадочный режимы вегетационного периода (июнь–октябрь) существенно варьировались:
2022 г.: средняя температура — +16,6 °C, осадки — 219 мм → тёплый, острозасушливый год
2023 г.: +19,3 °C, осадки — 298 мм → жаркий, нормальный по увлажнению
2024 г.: +17,1 °C, осадки — 257 мм → тёплый, засушливый год
Опытный участок расположен на повышенных элементах рельефа, близких к водораздельным поверхностям.
Уровень грунтовых вод: в период весеннего снеготаяния — 1,5–2,0 м от поверхности; в летне-зимнюю межень — 4,0–4,5 м.
Абсолютная высота опытного участка — 200 м. До начала исследований территория находилась в состоянии целины. Почвенный разрез типичен для данной местности. Реакция среды (pH) варьирует в пределах 6,5–7,3, что соответствует слабокислой — нейтральной среде.
Согласно классификации Н.А. Качинского, почвы участка отнесены к лёгким суглинкам с преобладанием мелкопесчаной и крупнопылеватой фракций, что определяет их водно-физические свойства и реакцию на орошение.
2.2. Характеристика условий проведения полевых исследований
Для оценки влияния влажностного режима корнеобитаемого слоя на продуктивность белокочанной капусты были заложены полевые опыты с капельным орошением на трёх вариантах увлажнения и одном контроле (без полива). Каждый вариант повторялся трижды, что обеспечило статистическую надёжность полученных результатов. Площадь одной опытной делянки составляла 50 м², общая площадь под культурой — 240 м².
Варианты опыта: высокий уровень влажности: 0,9–1,0 НВ (наименьшая влагоёмкость); средний уровень: 0,8–0,9 НВ; пониженный уровень: 0,7–0,8 НВ; контроль: без орошения.
Геометрические параметры: длина делянки — 20м; междурядья — 0,5м; расстояние между растениями в ряду — 0,5м; расстояние между делянками — 1,5м.
На все варианты, включая контроль, вносили одинаковые дозы минеральных удобрений: N₉₀P₁₀₀K₉₀, что исключало влияние питания на различия в урожайности и позволяло оценивать исключительно эффект водного режима.
Полив осуществляли с помощью капельной системы орошения на основе труб из ПНД (полиэтилена низкого давления), оснащённых капельницами с производительностью 3 л/ч. Диаметр зоны увлажнения вокруг каждой капельницы составлял 0,5 м, а площадь — 0,196 м², что обеспечивало локальное и равномерное увлажнение корневой зоны.
Глубина промачиваемого слоя корректировалась в соответствии с развитием корневой системы капусты.
Контроль влажности почвы проводили на глубине 0,5 м, разбитой на пять 10-сантиметровых слоёв. Измерения выполняли с помощью электронного влагомера.
Поливные нормы и частота поливов рассчитывались на основе водно-балансовых уравнений, учитывающих динамику влагозапасов в почве за конкретные интервалы времени.
3. Результаты и их обсуждения
3.1. Анализ водного баланса по данным лизиметрических измерений
Для количественного изучения взаимодействия между компонентами водного баланса в зоне аэрации, а также для оценки динамики УГВ и определения величины суммарного испарения белокочанной капусты были задействованы лизиметры.
Выбор типа лизиметра обусловлен спецификой решаемых задач: для реконструкции естественных гидрологических процессов в корнеобитаемом слое при сохранении структуры почвы и её физических свойств нами были применены водобалансовые лизиметры с монолитами ненарушенного почвенного сложения.
Глубину увлажненного слоя корректировали в соответствии с динамикой развития корневой системы белокочанной капусты: в первые шесть пентад после посадки она составляла 20 см, а в последующий период — до уборки урожая — увеличивалась до 40–50 см.
Количество атмосферных осадков фиксировали с использованием наземных осадкомеров типа ГГИ-3000 в соответствии с общепринятой методикой.
Определение инфильтрации влаги из корнеобитаемого слоя осуществляется методом измерения объема воды, откачиваемой из трубы инфильтрации лизиметра. Отбор осуществляли с помощью погружного насоса, после полученный объём пересчитывали в миллиметры водного слоя с учётом площади лизиметра.
Уравнение водного баланса зоны аэрации лизиметров и расчетного слоя делянок имеет следующий вид (в мм):
∆W = Ос + m ± q - E (1)
где ∆W = Wк – Wн – конечные и начальные влагозапасы почвы; Ос – осадки; m – поливная норма; ±q – водообмен корнеобитаемого слоя почвы с ниже расположенными слоями; -q – инфильтрация влаги в почве; +q – подпитывание зоны аэрации со стороны грунтовых вод; Е – суммарное водопотребление исследуемых культур.
Составляющие водного баланса в монолите почвы лизиметра в период вегетации белокочанной капусты при оптимальной влажности дерново-подзолистой почвы за 2022...2024 гг. даны в таблице 1.
Таблица 1
Водные балансы зоны аэрации в лизиметрах
|
Варианты |
ΔW, мм |
Ос, мм |
М, мм |
-𝑞, мм |
Eф, мм |
|
2022 год |
|||||
|
Лизиметр 2 м2 |
-7 |
198 |
172 |
121 |
256 |
|
Лизиметр 1,8 м2 |
-8 |
198 |
172 |
121 |
257 |
|
2023 год |
|||||
|
Лизиметр 2 м2 |
10 |
261 |
135 |
157 |
229 |
|
Лизиметр 1,8 м2 |
10 |
261 |
135 |
156 |
230 |
|
2024 год |
|||||
|
Лизиметр 2 м2 |
-14 |
238 |
155 |
170 |
237 |
|
Лизиметр 1,8 м2 |
-15 |
238 |
153 |
162 |
240 |
Сумма осадков за вегетацию белокочанной капусты в 2022…2024 гг. равнялась соответственно годам 198, 261, 238 мм. Количество осадков повлияло на нормы орошения, которые за рассматриваемый срок составили соответственно 172, 135, 153 мм. Исходя из этого водоподача в сумме (Ос+М) соответственно по годам составила: 370, 396, 391 мм.
3.2. Анализ водных балансов по данным исследований на опытных делянках
Водобалансовые расчеты за период вегетации белокочанной капусты на опытных делянках за 2022...2024 гг. даны в таблице 2.
Таблица 2
Водные балансы (мм) на опытных делянках в 2022…2024 гг.
|
Варианты |
ΔW, мм |
Ос, мм |
М, мм |
-𝑞, мм |
Eф, мм |
|
2022 год |
|||||
|
Делянка 1 |
-8 |
198 |
258 |
221 |
243 |
|
Делянка 2 |
-8 |
198 |
172 |
121 |
257 |
|
Делянка 3 |
-9 |
198 |
118 |
113 |
212 |
|
Контроль |
-9 |
198 |
0 |
59 |
151 |
|
2023 год |
|||||
|
Делянка 1 |
9 |
247 |
213 |
245 |
220 |
|
Делянка 2 |
10 |
247 |
137 |
156 |
232 |
|
Делянка 3 |
11 |
247 |
77 |
125 |
202 |
|
Контроль |
9 |
247 |
0 |
78 |
177 |
|
2024 год |
|||||
|
Делянка 1 |
-11 |
238 |
183 |
200 |
232 |
|
Делянка 2 |
-15 |
238 |
155 |
168 |
240 |
|
Делянка 3 |
-28 |
238 |
83 |
138 |
211 |
|
Контроль |
-47 |
238 |
0 |
122 |
166 |
Суммарное испарение в годы 2022…2024 гг. равно 256, 229, 237 мм. Просачивание влаги через зону аэрации в лизиметрах составило в 2022 г. 𝑞 =-121 мм, 2023 г. 𝑞 = -156 мм, а в 2024 г. 𝑞 = -168 мм.
Проведенные исследования на делянке № 1 в 2022-2024 гг. показали следующие результаты по средней влажности почвы 0,91НВ, 0,92НВ, 0,93НВ, при этом количество воды, пошедшее на орошение, составило по годам 258, 213, 183 мм, а водопотребление 243, 220 и 232 мм. На делянке № 2 влажность почвы при ее средних значениях получилась равной 0,82 НВ, 0,83 НВ, 0,83НВ, а количество воды, пошедшее на полив - 172, 137, 155 мм, суммарное испарение 257, 232 и 240 мм. На делянке № 3 - 0,72 НВ; 0,76 НВ; 0,74 НВ, количество воды, пошедшее на орошение, составило 118, 77, 83 мм, водопотребление 212, 202, 211 мм.
На варианте без полива влажность почвы в среднем составила по годам 0,48 НВ, 0,62 НВ, 0,58 НВ, а соответственно суммарное испарение оказалось равным 151, 177, 166 мм.
Выводы
Для обеспечения устойчивого и ресурсоэффективного производства белокочанной капусты на дерново-подзолистых почвах Центрального района Нечернозёмной зоны России необходима целенаправленная мелиорация, основанная на капельном орошении. Этот метод позволяет точно регулировать влажность корнеобитаемого слоя, минимизируя потери воды и адаптируя поливы к изменчивым климатическим условиям.
Результаты проведённых исследований выявили чёткие закономерности взаимодействия компонентов водного баланса зоны аэрации в зависимости от влажности почвы и метеорологических условий. Основные выводы:
- Установлено, что запасы влаги варьируются в зависимости от года, режима орошения и фазы развития культуры.
- Получены пентадные и суммарные значения атмосферных осадков за вегетационный период.
- Оросительные нормы за 2022–2024 гг. существенно различались. Эти различия напрямую обусловлены межгодовой изменчивостью осадков и температурного режима
- Определен объём инфильтрации (–q) из зоны аэрации в нижележащие горизонты.
- Суммарное водопотребление культуры было рассчитано с высокой точностью и составило в среднем 230–257 мм за вегетацию, в зависимости от года.
1. Alpat'ev A.M., Ostapchik V.P. K obosnovaniyu formirovaniya polivnyh norm s ispol'zovaniem bioklimaticheskogo metoda rascheta summarnogo ispareniya // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. – 1971. – Vyp.19. – S.13–17.
2. Danil'chenko N.V. Metodicheskie osobennosti rascheta orositel'nyh norm s.-h. kul'tur v NChZ RSFSR. – V kn.: Tehnika i tehnologiya mehanizirovannogo orosheniya. – M., 1982. – s.177…186.
3. Dubenok, N.N. Malointensivnoe dozhdevanie kartofelya v Nizhnem Povolzh'e.: monografiya / V.V. Borodychev, R.A. Chechko; N.N. Dubenok. –Moskva Prospekt, 2017. – 176 s. ISBN 978-5-392-24871-1.
4. Pchelkin V.V., Popova E.A., Vladimirov S.O. Vodopotreblenie belokochannoy kapusty pri kapel'nom polive v Nechernozemnoy zone Rossii // Nauchnaya zhizn' – t.20 - №1 (139) – 2025 – s. 10-20
5. Pchelkin V.V., Popova E.A., Soloshenkov A.D. Vliyanie vodnogo rezhima dernovo-podzolistyh pochv na urozhaynost' belokochannoy kapusty pri kapel'nom polive // Nauchnaya zhizn' – t.19 - №3 (135) – 2024 - s. 380-387
6. Kostyakov A.N. Osnovy melioracii. – M.: Sel'hozgiz, 1960, - s.62…66, 54…62.
7. Ol'garenko I.V. Summarnoe vodopotreblenie sel'skohozyaystvennyh kul'tur v usloviyah deficita vodnyh resursov / I.V. Ol'garenko, M.S. Efendiev // V sbornike: Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. - materialy nauchno-prakticheskoy konferencii. Izdatel'stvo: OOO "Lik" (Novocherkassk). - 2016. S. 50-53.
8. Pchelkin V.V. Obosnovanie meliorativnogo rezhima osushaemyh poymennyh zemel'. – M.: KolosS, 2003. – 253 s.
9. Safin H.M. Optimizaciya rezhima orosheniya lyucerny na seno v pochvenno-klimaticheskih usloviyah bashkortostana / H.M. Safin, A.D. Lukmanova, N.A. Zotova // Vestnik Izhevskoy gosudarstvennoy sel'skohozyaystvennoy akademii. – 2016. – №1. – S. 3–7. – URL: https://rucont.ru/efd/391422 (data obrascheniya: 28.07.2021).
10. Harchenko S.I. Upravlenie vodnym rezhimom na melioriruemyh zemlyah v Nechernozemnoy zone. M., Gidrometeoizdat, 1987. – s. 206…208.
