ВЛИЯНИЕ УРОВНЯ И МИНЕРАЛИЗАЦИИ ГРУНТОВЫХ ВОД НА УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена вопросу определения зависимости урожайности хлопчатника и пшеницы от совместного воздействия уровня грунтовых вод и их минерализации в условиях Сырдарьинской области Республики Узбекистан. Путем моделирования в программе Origin получена математическая зависимость урожайности от комплексного критерия «уровень грунтовых вод-минерализации грунтовых вод» на базе кривой Гаусса. Определены зоны оптимальных значений принятого комплексного критерия, при которых достигается максимальная урожайность. Полученная модель может являться базой не только для прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур, но и для планирования мероприятий по регулированию уровня грунтовых вод до оптимальных значений.

ABSTRACT

This article is devoted to the issue of determining the dependence of cotton and wheat yields on the joint impact of groundwater level and its salinity in the conditions of the Syrdarya region of the Republic of Uzbekistan. Mathematical dependence of yield on complex criterion "groundwater level - groundwater salinity" on the basis of Gauss curve was obtained by modelling in Origin package. The zones of optimal values of the adopted complex criterion, at which the maximum yield is achieved, were determined. The obtained model can be a basis not only for forecasting crop yields, but also for planning measures to regulate groundwater level to optimal values.

Ключевые слова: уровень грунтовых вод, минерализация, хлопчатник, пшеница, урожайность, дренаж

Keywords: groundwater level, salinity, cotton, wheat, crop yield, drainage.

Введение

Наличие близкорасположенных грунтовых вод очень выгодно для орошаемого земледелия, так как позволяет сократить объемы подаваемой поливной воды. От уровня грунтовых вод зависит засоление почвы, а также её влагоемкость почвы и насыщаемость кислородом.

Слишком близкое расположение грунтовых вод может быть губительным. Если глубина расположения грунтовых вод такова, что суммарный водообмен с течение вегетационного периода между зоной аэрации и зоной расположения грунтовых вод остается отрицательным, не будет происходить вторичного засоления почв. Такая глубина согласно Полинову названа «критической глубиной» и зависит от таких свойств грунта как механический состав, капиллярность и структура, а также от уровня минерализации грунтовых вод [8].

Слишком близкое расположение грунтовых вод в первую очередь ухудшает обеспеченность корневой зоны кислородом, количество которого иногда снижается до критических значения для здоровья и функционирования корней. Особенно часто это происходит там, где грунтовые воды располагаются близко к поверхности почвы, а дренаж осуществляется медленно.

Корневая система развивается пропорционально обеспеченности кислородом. Поступление кислорода из почвы необходимо для корневых окончаний, где формируются новые клетки. При наступлении кислородного голодания корневых окончания их рост замедляется, начинается отмирание, повышается поражаемость болезнетворными микроорганизмами. Особенно острым является кислородное голодание при оптимальной для роста корней температуре, так как именно в это время потребность корней в кислороде максимальна. В зимний период близкое залегание грунтовых вод способствует замерзанию и ломкости корней [5].

Снижение урожайности сельскохозяйственных культур при слишком малой глубине залегания грунтовых вод происходит из-за недостаточной аэрации почвы (заболачивания) в корневой зоне, а при большой глубине залегания - из-за недостаточного вклада грунтовых вод в обеспечение потребности урожая данной культуры в воде [9].

Многие исследователи на основе экспериментальных данных делают выводы, что урожайность сельскохозяйственных культур зависит от вегетативного уровня грунтовых вод (ВУГB) [2], то есть того уровня, который устанавливается в период вегетации растений.

Согласно многочисленным исследованиям, для каждой культуры  существует некоторая оптимальная глубина залегания грунтовых вод, при которой обеспечивается максимальная урожайность. Например, для хлопчатника, выращиваемого на легкосуглинистых почвах, наибольший урожай был получен  при УГB около 1,0 м, а на среднесуглинистых почвах - при УГВ около 1,4 м [3].

Для виноградников наилучший рост и развитие растений, а также получение больших урожаев хорошего качества достигается при УГВ не менее 1,5 м [7].

Опыты, проведенные на пшенице в Ширазе (Иран) показали, наилучшая урожайность  и наибольшая продуктивность использования воды достигается при УГВ 90 см, при отклонении этого показателя как в большую, так и в меньшую сторону, урожайность снижалась [9].

Исследователями из США [10] было установлено, что не только объем, но и качество урожая пшеницы оказывается наилучшим при глубине залегания грунтовых вод 90 см.

Все же установленные экспериментально глубины грунтовых вод нельзя считать оптимальными, т.к. оптимальность УГB зависит от целого  комплекса факторов и определяется на основе технико-экономических расчетов [2].

В частности, урожайность сельскохозяйственных культур тесно связана с уровнем минерализации грунтовых вод (МГВ) [1, 2, 6]. Установление зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от совместного воздействия УГВ и МГВ позволит прогнозировать урожайность, а тажке планировать мероприятия по её повышению.

Целью данной статьи является оценка влияния глубины залегания грунтовых вод и уровня их минерализации на урожайность пшеницы и хлопчатника в условиях Сырдарьинской области Республики Узбекистан.

Методы исследования

В качестве территории исследования была выбрана Сырдарьинская область, орошаемые земли которой расположены на территории Голодной степи и составляют 249600 га.

Эти земли характеризуются высокой степенью засоления, близким залеганием грунтовых вод и высоким уровнем их минерализации [1].

Сырдарьинская область состоит из 8 районов: Баяутский, Мирзабадский, Аколтинский, Гулистанский, Сайхунабадский, Сардобинский, Сырдарьинский, Хавастский. Для каждого из них были взяты данные измерений уровня грунтовых вод  и степени их минерализации за 2019-2021 годы. Измерения регулярно проводятся сотрудниками Министерства сельского хозяйства Республики Узбекистан.

Также за период 2019-2021 гг. были изучены данные об урожайности хлопчатника и пшеницы (данные получены из Государственного комитета статистики Республики Узбекистан).

Все имеющиеся данные были обработаны методами статистического анализа. Для построения математических моделей использовался программынй пакет Origin  6.0.

Результаты и их обсуждение

Данные об УГВ и МГВ по каждому району Сырдарьинской области были усреднены за три года. Поскольку на урожайность сельскохозяйственных культур влияют и минерализация, и вегетативный уровень грунтовых вод, для оценки их совместного влияния нами было принято решение о вводе комплексного критерия (M∙VU), где M - минерализация грунтовых вод, VU - вегетативный уровень грунтовых вод. Изменение урожайности хлопчатника и пшеницы за 2019-2021 гг. по 8 районам Сырдарьинской области в зависоимости от МГВ и ВУГВ представлено в табл. 1.

Таблица 1.

Изменение урожайности (ц/га) хлопчатника и пшеницы за 2019-2021 гг. по районам Сырдарьинской области

^* - M∙VU - комплексный критерий значений минерализации и уровня грунтовых вод

^**- значения урожайности: Х - хлопчатника, П - пшеницы.

По данным табл. 1 была предпринята попытка построения математических моделей. Математическое моделирование производилось с помощью программного пакета Origin 6.0. В результате произведенных расчетов была получена модель на базе кривой Гаусса вида

                                               (1)

Полученные графики представлены на рис. 1 и рис. 2.

Рисунок 1. График зависимости урожайности хлопчатника от комплексного критерия  M∙VU

Рисунок 2. График зависимости урожайности пшеницы от комплексного критерия  M∙VU

Были определены коэффициенты к уравнению (1) и получены записи зависимостей урожайности от комплексного критерия  M∙VU.

для хлопчатника                

для пшеницы                      

Значения коэффициента детерминации R² составили соответственно 0,5101 для хлопчатника и 0,7245 для пшеницы.

Из полученных графиков видно, что с точки зрения показателя урожайности зона оптимальных значений критерия  составляет 5,5...7 единиц для хлопчатника и 5,5...6,6 единиц для пшеницы.

Для теоретических предсказаний урожайности при использовании данной модели следует помнить, что величина МГВ для данной местности является величиной нерегулируемой, в то время как величину УГВ можно регулировать с помощью системы дренажа [4].

Заключение

Полученные для условий Сырдарьинской зависимости урожайности хлопчатника и пшеницы от комплексного критерия «УГВ - МГВ» позволили определить оптимальные сочетания этих показателей. Данные зависимости могут быть использованы для прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур при известных ожидаемых значениях УГВ и МГВ. Также с помощью предложенных зависимостей можно определять оптимальное значение уровня грунтовых вод при известном значении минерализации и планировать мероприятия по регулированию УГВ до оптимального значения.

Список литературы:

1. Ахмедов А.У., Гафурова Л.А. Оценка современного почвенно-мелиоративного состояния почв Голодной степи // Владимирский земледелец, № 4 (90) 2019. С. 7-12
2. Иванищев В.В., Евграшкина Т.Н., Бойкова О.И., Жуков Н.Н. Засоление почвы и его влияние на растения // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2020. №3. С. 28-42
3. Имамназаров О.Б. Методика определения элементов баланса грунтовых вод на опытных участках. Интеграция наук, № 3, 2017. С. 92-95
4. Имамназаров О.Б. Оптимизация нормы осушения на фоне вертикального дренажа. Science Time, 6 (66), 2019. С. 99-104.
5. Кук Дж., Фесет Р.Дж. Влияние кислотности и засоленности почвы на урожай пшеницы // Ж.  “Агроном”, 2018, № 2. С. 66-70.
6. Норбоева У.Т. Почвенное засоление и солеустойчивость сортов хлопчатника / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://www.sifibr.irk.ru/images/publications/mrpmue2018/136.pdf (дата обращения: 15.10.2023)
7. Рабаданов Г., Алиева Б., Рабаданов Р. Грунтовые воды на засоленных светло-каштановых почвах равнинной провинции Дагестана (Эл. ресурс). Режим доступа: URL: https://www.kubansad.ru/media/uploads /files/dist_konf_iyul_2015/napr_2/rabadanov.doc. (дата обращения: 30.11.2023)
8. Шукуруллаев Х., Маматалиев А. Ерлар рекултативасияси ва мухофазаси. Тошкент: Илм ва технология, 2009. - 145 с.
9. Noshadi M, Karimi S. . The Influence of Groundwater Depth and Nitrogen Levels on Wheat Yield, Water Productivity and Nitrogen Losses. Agricultural Research, 2021. 11. 10.1007/s40003-021-00603-6.
10. Odili F., Bhushan S. at al. . Water table depth effect on growth and yield parameters of hard red spring wheat (Triticum aestivum L.): a lysimeter study. Applied Water Science, 2023.  13. 10.1007/s13201-023-01868-8