Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агромелиоративные основы и автоматизация управления выращиванием полевых культур на орошаемых землях Поволжья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Пронько, Нина Анатольевна, Саратов

Саратовский государственный аграрный университет / им. Н:И. Вавилова

АГРОМЕЛИОРАТИВНЫЕ ОСНОВЫ И АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЫРАЩИВАНИЕМ

ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР НА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ ПОВОЛЖЬЯ

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация 06.01.09 - растениеводство

На правах рукописи

ПРОНЫСО НИНА АНАТОЛЬЕВНА

Диссертация

на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант: доктор е.- х. наук, профессор Е.П. Денисов

Саратов 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................. 8

РАЗДЕЛ 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ

ИССЛЕДОВАНИЙ ................................... 19

РАЗДЕЛ 2. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ ПОВОЛЖСКИХ ОБЛАСТЕЙ.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ..... 29

Глава 1. Природные ресурсы поволжских областей ........... 29

Глава 2. Условия, схемы и методика проведения

исследований .................................... 36

РАЗДЕЛ 3. АГРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫРАШИВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КОЛОСОВЫХ, КОРМОВЫХ И ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР ПРИ

ОРОШЕНИИ В ПОВОЛЖЬЕ ............................ 63

Глава 1, Роль сорта, режима орошения, системы удобрений защиты от полегания и вредных объектов в формировании высокопродуктивных посевов яровой пшеницы......................................... 63

1.1. Подбор высокопродуктивных сортов соответствующих орошаемым условиям Поволжья .............. 64

1.1.1. Роль отдельных элементов продуктивности в

формировании высокоурожайных посевов ........ 65

1.1-2. Показатели фотосинтетической деятельности растений в посевах, обеспечивающие формирование высокой продуктивности .............. 69

1.1.3. Реализация генетически потенциальной продуктивности сортов в реальной урожайности в зависимости от условий выращивания ........ 73

1.2. Удобрение и урожайность яровой пшеницы........ 75

1.3. Режимы орошения, урожайность, водопотребление

и эффективность использования оросительной воды посевами яровой пшеницы.................. 81

1.4. Полегание яровой пшеницы и борьба с ним....... 86

1.5. Энергетическая эффективность приемов выращивания яровой пшеницы.......................... 91

1.6. Заключение..................................... 97

Глава 2. Зависимость продуктивности озимой пшеницы от

особенностей возделываемых сортов, норм высева, удобрений и режимов орошения .................... 100

2.1. Роль сорта в получении высоких и стабильных урожаев орошаемой озимой пшеницы.............. 102

2.1.1. Показатели фотосинтетической деятельности растений в посевах, обеспечивающие формирование высокой продуктивности.............. 103

2.1.2. Роль отдельных элементов продуктивности в формировании высокоурожайных посевов ........ 105

2.2. Норма высева .................................. 107

2.3. Эффективность минеральных и органических удобрений ..................................... 111

2.4. Режимы орошения и водопотребление .............. 114

2.5. Энергетическая эффективность приемов возделывания озимой пшеницы при орошении ........... 119

2.6. Заключение .................................... 122

Глава 3. Влияние уровня водообеспечения и питания на

урожайность люцерны............................. 123

3.1. Режимы орошения, продуктивность и водопотребление люцерны в степной и полупустынной зонах Поволжья ....................................... 124

3.2. Зависимость водоподачи от мощности активного слоя и дифференциации предполивного порога влажности почвы................................ 129

3.3. Продуктивность и водопотребление люцерны разных лет жизни и пользования .................... 132

3.4. Влияние минеральных удобрений на продуктивность люцерны и использование ею

оросительной воды.............................. 134

3.5. Биоэнергетическая эффективность орошения и удобрения люцерны .............................. 136

3. б. Заключение .................................... 137

Глава 4. Продуктивность сои в зависимости от сорта, сроков, норм, способов посева, возделывания в бессменном посеве и севообороте, применения удобрений и режимов орошения ............... 139

4.1. Продуктивность различных по скороспелости

сортов сои .................................... 140

4.2. Сроки посева .................................. 143

4.3. Способы и нормы высева ........................ 146

4.4. Урожайность сои в зависимости от вырашивания

в бессменном посеве и севообороте ............. 149

4.5. Влияние на продуктивность сои доз и сроков внесения минеральных и применения бактериальных удобрений .............................. 150

4.6. Зависимость продуктивности сои от режимов орошения ...................................... 153

4.7. Влияние основного удобрения и подкормок на качество зерна сои ............................ 158

4.8. Биоэнергетическая эффективность приемов

вьращивания сои при орошении .................. 159

4.9. Заключение .................................... 163

Глава 5. Зависимость урожайности кукурузы на силос от уровня водообеспечения, питания, возделывания в бессменных посевах и двухпольном севообороте .-. 165

5.1. Режимы орошения, водопотребление и продуктивность силосной кукурузы в разных природно-климатических зонах Поволжья .................. 166

5.2. Влияние минеральных удобрений на продуктивность кукурузы в степной, сухостепной и полупустынной зонах Поволжья ................. . . . 174

5.3. Продуктивность кукурузы в бессменных посевах

и двухпольном севообороте с соей .............. 177

5.4. Сравнительная эффективность минеральных и органических удобрений при возделывании кукурузы в бессменных посевах и севообороте ..... 180

5.5. Биоэнергетическая оценка приемов вырашдвания кукурузы на силос ............................. 182

5.6. Заключение .................................... 185

Глава 6. Сравнительная продукционная, биоэнергетическая

и экологическая оценка возделывания полевых культур при орошении ............................ 186

6.1. Сравнительная продуктивность орошаемых культур 187

6.2. Сбор кормовой продукции ....................... 192

6.3. Сравнительная энергетическая оценка возделывания полевых культур ......................... 193

6.4. Сравнительная экологическая характеристика воздействия агротехнологий выращивания полевых культур на мелиоративный агроландшафт ..... 195

6.5. Заключение .................................... 209

РАЗДЕЛ 4. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПЕРЕХОДА К РАЦИОНАЛЬНОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ ПОВОЛЖСКИХ

ОБЛАСТЕЙ ....................................... 212

Глава 1. Существующее состояние использования орошаемых земель поволжских областей и направления его улучшения ............................... 212

Глава 2. Метод расчета доз органических и минеральных удобрений по прогнозному ротационному балансу

элементов питания ............................... 217

Глава 3. Агроэкологические и биоэнергетические основы

совершенствования систем удобрений и поливов ..... 226

3.1. О проблеме дегумификации почв и существующих способах ее решения ............................ 226

3.2. Влияние различных системы удобрений и поливов на урожайность полевых культур и продуктивность орошаемой пашни ...................... 232

3.3. Накопление пожнивно-корневых остатков в севообороте .................................... 239

3.4. Различные системы удобрений и поливов

и плодородие почвы............................. 241

3.5. Энергетическая оценка различных систем удобрений и поливов ............................ 247

3.6. Заключение .................................... 248

РАЗДЕЛ 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ

ВЫРАШИВАНИЕМ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР НА ОРОШАЕМЫХ

ЗЕМЛЯХ ПОВОЛЖЬЯ ................................ 251

Глава 1. Концепция создания автоматизированной технологии управления выращиванием полевых

культур ......................................... 251

1.1. Существующие системы управления технологическими процессами выращивания растениеводческой продукции в сельскохозяйственном производстве России .................... 251

1.2. Анализ научных разработок по автоматизации принятия управленческих решений в растениеводстве ....................................... 254

1.3. Концепция создания автоматизированной технологии управления выращиванием полевых

культур на орошаемых землях Поволжья .......... 260

1.3.1. Содержание понятия автоматизированная технология управления выращиванием сельскохозяйственных культур и степень ее автоматизации .......................................261

1.3.2. Уровни, объекты и стадии управления......... 263

1.3.3. Принципы построения автоматизированных технологий управления выращиванием полевых культур ..........................■..... 264

Глава 2. Автоматизированная технология управления выращиванием полевых культур на орошаемых

землях Поволжья ................................. 270

Глава 3. Информационно-советующая система по применению удобрений на орошаемых землях Поволжья...... 280

Заключение ............................................... 289

ВЫВОДЫ................................................... 293

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ ................................. 299

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ......................... 301

ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................... 360

ВВЕДЕНИЕ

Поволжье - район рискованного земледелия Российской Федерации. В годы наибольшей интенсивности проявления засух валовое производство кормов и зерна нередко снижается в 4-5 и более раз по сравнению с благоприятными. В полупустынной зоне возделывание целого ряда культур возможно только при поливе. Это определило широкое развитие орошения. К 1990 году в регионе было введено в эксплуатацию 1 689 тыс. га орошаемых земель. Орошение в Поволжье позволило полностью решить проблему обеспечения животноводства кормами, а населения - овощной продукцией. На поливных землях, занимавших около 8% площади пашни, получали 15% валовой продукции растениеводства, в том числе 52% грубых и сочных кормов, 95% овощей, 60% картофеля, 53% зерна кукурузы. Продуктивность поливного гектара в регионе в предкризисный период была в 2-3 раза выше богарного (268). Однако потенциальные возможности орошаемого земледелия использованы далеко не полностью. Практический опыт и научные проработки показывают, что оно располагает значительными резервами. Их реализация позволит в 1.5 - 2.0 раза повысить урожайность и стабилизировать производство продукции растениеводства на поливных землях.

Наряду с низкой продуктивностью в орошаемом земледелии региона наблюдалось использование недопустимых нагрузок на аг-роландшафт. Это практически повсеместно привело к нарушению его устойчивости и развитию деградационных процессов. Одним из серьезных явлений деградации стал процесс дегумификации почв региона, повлекший за собой уменьшение запасов гумуса. Оно снизило эрозионную устойчивость орошаемых почв, усилив разру-

ЧУ «-» Ч/ т-г

шающее действие водной, ветровой и ирригационнои эрозии. Процесс сработки запасов гумуса сопровождался переуплотнением почв, ухудшением их водно-физических свойств.

Одновременно с дегумификацией почв на орошаемых землях все сильнее стали проявляться негативные мелиоративные процессы. Повсеместно наблюдался подъем уровня грунтовых вод. Это привело к формированию ирригационно-ги дроморфных условий почвообразования и проявлению процессов вторичного засоления и осолонцевания почв. Мелиоративное состояние орошаемых земель в настоящее время внушает самые серьезные опасения. И, несмотря на то, что его ухудшение пока не приобрело катастрофический характер, надо помнить, что подобные события подготавливаются годами, а протекают достаточно стремительно и, как правило, носят необратимый характер.

Поиск путей повышения продуктивности орошаемых земель, экономии природных ресурсов и регулирования нагрузок на агро-ландшафт при выращивании растениеводческой продукции для предупреждения нарушения его устойчивости и деградации, является в настоящее время крупной народно-хозяйственной проблемой, особенно обострившейся в связи со значительным сокращением площадей орошаемой пашни. Решению этой проблемы и посвящена настоящая диссертационная работа.

Ее основу составляют исследования, выполненные автором в 1973-1996 годах. Они проводились в соответствии с координационными планами НИР Главного управления науки Министерства мелиорации СССР, Главного управления мелиорации и Главного управления науки Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ по темам:

Проблема 052.125, задание 052.130а "Изучить и разработать

основные элементы поливного режима и установить закономерности и показатели динамики водопотребления зерновых и кормовых культур при орошении дождевальными машинами типа "Фрегат" и "Волжанка" в Заволжье";

Проблема 0.52.01, задание 01.01.НЗ "Разработать требования к комплексному регулированию водного, солевого, теплового, газового и пищевого режимов почвы и фитоклимата для проектирования мелиоративных систем с комплексным регулированием факторов жизни растений";

Проблема 2.20 (4.16) "Нормативы прибавок урожая сельскохозяйственных культур от орошения и показатели проектной урожайности";

Проблема 0.51.15, задание 04, тема 04.01 Т661 "Разработать и внедрить в производство эффективные приемы и технологические процессы основной и допосевной обработки почвы; применения гербицидов, удобрений, нитрагина; ухода за посевами с использованием образцов новой техники; разработать технологические карты возделывания сои на орошаемых землях Поволжья";

Проблема 0.51.15, задание 04, тема 04.01.Т662 "Усовершенствовать для районированных и разработать для новых перспективных сортов сои оптимальный режим орошения, разработать новые методы и способы определения срока полива и водопотребления и проверить их в основных зонах Поволжья";

1.3.Б. "Усовершенствовать технологии возделывания зерновых и технических культур на орошаемых землях РСФСР";

1.1.4.Б "Разработать комплексные системы производства продукции растениеводства на мелиорируемых землях в единстве всех элементов для фермерских хозяйств, семейных подворий и других категорий хозяйств";

22.015. "Усовершенствовать и внедрить метод расчета оптимальных экологически обоснованных доз органо-минеральных удобрений для орошаемых севооборотов зоны Поволжья"

22.016 "Разработать и внедрить систему прогнозной оценки урожайности сельскохозяйственных культур при орошении с коррекцией по фактически складывающимся агрометеорологическим условиям в текущем сельскохозяйственном году";

05.06 "Разработать системы прогнозирования экологической ситуации, урожайности и качества продукции при программированном выращивании урожая по агрометеопараметрам";

05.03 "Разработать системы эксплуатации агроландшафта, обеспечивающие экологическую безопасность земледелия, экономию ресурсов производства и оптимальное управление технологиями при выращивании программируемого урожая";

05.11.04 "Разработать автоматизированную технологию управления системами сельхозпроизводства на мелиорированных землях, обеспечивающую повышение почвенного плодородия".

В выполнении указанных тем автор принимала участие как научный руководитель, ответственный исполнитель, исполнитель.

Научные исследования проводились в трех областях Поволжья: в Самарской (б. Куйбышевской) на Куйбышевском опорном пункте ВолжНИИГиМ - Красноармейский район, совхоз Ольгинский; в Саратовской области основная часть опытов - в ОПХ "ВолжНИИГиМ" - Энгельсский район, и в колхозе им. Кирова - Балаковский район; в Астраханской области на Астраханской опытно-мелиоративной станции ВолжНИИГиМ - Приволжский район.

Под научным руководством и при непосредственном участии автора экспериментальные исследования проводили: Л.К. Балыки-на, А. П. Муравлев, З.В. Журина, Ю.И.Панченко (ОПХ "ВолжНИИ-

ГиМ") , А. Д. Егорова (Куйбышевский опорный пункт ВолжНШГиМ), A.A. Курашов (Астраханская опытно-мелиоративная станция Волж-НИИГиМ) . В разработке автоматизированной системы управления выращиванием растениеводческой продукции и информационно-советующей системы по применению удобрений на орошаемых землях Поволжья организационную помощь оказал А.Н. Шувалов. Программный продукт разработан совместно с программистами В.В. Корсаком и Н.П. Пылевым. Анализ почвенных и растительных образцов выполняли сотрудники лаборатории химии почв и растений, руководимые А.А.Волоховой и JI.H. Шмыг лей. Названным сотрудникам автор выражает искреннюю и глубокую благодарность.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлась разработка агротехнических, мелиоративных и экологических основ выращивания полевых культур на орошаемых землях Поволжья и обеспечение высокого уровня технологических решений, направленных на повышение эффективности и устойчивости производства растениеводческой продукции и предотвращение деградации мелиоративных агроландшафтов региона.

Для достижения поставленной цели решались задачи:

1. выявить на основе изучения биологических особенностей типы сортов полевых культур, в наибольшей степени соответствующие орошаемым условиям, и определить модельные характеристики их высокопродуктивных посевов;

2. разработать основные элементы сортовых технологий выращивания при поливе зерновых колосовых, кормовых и зернобобовых культур, обеспечивающие формирование наибольшей их урожайности;

3. провести сравнительную продукционную, биоэнергетическую и экологическую оценку возделывания полевых культур при

орошении;

4. проанализировать существующие системы эксплуатации орошаемых земель Поволжья и их влияние на состояние орошаемых агроландшафтов региона;

5. разработать комплексный метод расчета экологически обоснованных доз органических и минеральных удобрений для культур орошаемых севооборотов Поволжья, обеспечивающих выр