Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Капельное орошение картофеля на легких полупустынных почвах юга Омана

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Капельное орошение картофеля на легких полупустынных почвах юга Омана"

На правах рукописи

ТАБУК МУСАЛЛАМ АХМЕД СУХАИЛ

КАПЕЛЬНОЕ ОРОШЕНИЕ КАРТОФЕЛЯ НА ЛЕГКИХ ПОЛУПУСТЫННЫХ ПОЧВАХ ЮГА ОМАНА

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

4 АПР 2013

Москва-2013

005051546

Работа выполнена на кафедре почвоведения, земледелия и земельного кадастра Российского университета дружбы народов

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шуравилин Анатолий Васильевич

Официальные оппоненты:

Храбров Михаил Юрьевич, доктор технических наук, ГНУ ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова Россельхозакадемии, отдел мелиорации земель, зав.лабораторией технологий орошения.

Калиниченко Роман Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, кафедра мелиорации и геодезии, доцент.

Ведущая организация: ФГНУ ВНИИ систем орошения и сельскохозяйственного водоснабжения «Радуга»

Защита состоится «25» апреля 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.038.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова по адресу: 127550, г. Москва, ул. Б. Академическая, д. 44, к. 504.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИГиМ им.А.Н.Костякова Россельхозакадемии.

Автореферат разослан 25 марта 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, доктор технических наук

С.Д. Исаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Картофель является одной из ведущих и наиболее ценных продовольственных, кормовых и технических культур. По данным ФАО (2007 г.) в мире площадь, занятая картофелем, составляет 19, Змлн. га при средней урожайности 16,8 т/га и потреблении на душу населения 31,3 кг. Большое значение возделывание картофеля приобретает в большинстве арабских стран. В Омане под картофелем занято 327 га при валовом производстве за год 4 ООО тонн и средней урожайности - 12,3 т/га. Затраты на импорт картофеля составляют более 50 млн. долл. США в год. До настоящего времени при орошении картофеля в Омане используются дождевание и полив по бороздам. Капельное орошение применяется на небольших площадях. Научное обоснование технологии капельного орошения картофеля на песчаных почвах в этих условиях отсутствует. В тоже время многочисленные исследования, проведённые в разных странах мира, свидетельствуют о высокой экономической эффективности капельного способа орошения, при котором обеспечивается экономия оросительной воды и повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 40 - 100%, по сравнению с дождеванием. Поэтому разработка технологии капельного орошения картофеля на легких полупустынных почвах Омана с созданием водоаккумулирующего слоя, повышающего водоудерживающую способность почв, является актуальным и своевременным направлением научных исследований.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в разработке научно обоснованной водосберегающей технологии капельного орошения картофеля, возделываемого на легких полупустынных почвах Омана при создании водоаккумулирующей прослойки из минеральных добавок, обеспечивающих повышение влагоемкости почвы.

Для реализации цели были поставлены и решены следующие задачи:

- обосновать возможность применения влагоемких природных материалов (сапропель, бентонитовая глина) для формирования в почве водоаккумулирующей прослойки;

- установить распределение влаги в почве по фронту полива и определить параметры контуров увлажнения в зависимости от режимов капельного орошения и наличия водоаккумулирующей прослойки;

- обосновать уровень предполивной влажности почвы и водосберегаю-щий режим капельного орошения картофеля с учетом создания водоаккумулирующей прослойки;

- выявить влияние режимов капельного орошения и водоаккумулирующей прослойки на водопотребление картофеля по основным межфазным периодам и за вегетацию, уточнить значение биоклиматических коэффициентов испарения;

- дать оценку режимов капельного орошения и водоаккумулирующей прослойки на рост, развитие, основные физиологические показатели и урожайность картофеля;

- провести биоэнергетическую и экономическую оценку технологии капельного орошения картофеля на легких полупустынных почвах Омана.

Предмет исследования - технология водосберегающего режима капельного орошения картофеля и обоснование формирования водоаккумулирующей прослойки из природных материалов.

Научная новизна результатов исследований Пр^™-^» новая технология сохранения влаги в почве при капельном орошении на основе создания водоаккумулирующей прослойки путем внесения в почву природных материалов (сапропеля и глины), обеспечивающих повышение влагоемкости почвы в зоне размещения корневой системы.

Установлены особенности формирования водного режима и параметров контуров увлажнения на легких полупустынных почвах в зависимости от порога предполивной влажности почвы, продолжительности полива и поливной нормы.

Выявлены закономерности водопотребления картофеля в зависимости от режима капельного орошения и наличия водоаккумулирующей прослойки из различных природных материалов. Определены биоклиматические коэффициенты испарения и установлены расчетные нормы водопотребления картофеля.

Оценено влияние режимов капельного орошения и водоаккумулирующей прослойки на физиологические показатели и урожайность картофеля.

Выполнен энергетический и экономический анализ различных режимов капельного орошения без создания и с созданием водоаккумулирующей прослойки и определены наилучшие агроэнергетические параметры режимов капельного орошения картофеля.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Технология водосберегающего режима капельного орошения на легких полупустынных почвах на основе создания из природных материалов (сапропель и глина) водоаккумулирующей прослойки в зоне корневой системы картофеля.

2. Закономерности водопотребления картофеля и формирование водного режима почв при капельном орошении и с учетом создания водоаккумулирующей прослойки из природных материалов.

3. Закономерности формирования продуктивности картофеля в зависимости от режима капельного орошения и наличия водоаккумулирующей прослойки из природных материалов.

Практическая значимость работы. Разработанная технология водосберегающего режима капельного орошения картофеля с дифференцированным проведением поливов путем создания в корневой зоне растений водоаккумулирующей прослойки из природных материалов (сапропель и глина), обеспечивающая экономное использование оросительной воды, воспроизводство плодородия почв и получение урожаев клубней картофеля до 40 т/га, может быть использована как в мелких крестьянских и фермерских хозяйствах, так и в крупных, где применяются современные процессы механизированного возделывания сельскохозяйственных культур. Окупаемость капиталовложений системы капельного орошения при возделывании картофеля составляет два года. Полу-

ченный экспериментальный материал может быть использован в учебном процессе по мелиорации и земледелию.

Достоверность результатов исследований подтверждается значительным объемом экспериментальных материалов, математической обработкой полученных данных, использованием стандартных и современных методов исследования.

Личный вклад соискателем лично осуществлена постановка исследований, разработана методика и выполнено проведение полевых опытов, а также обработка полученных результатов методом математической статистики, сделаны теоретические обобщения полученного экспериментального материала и подготовлены выводы.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены на международной научной конференции в РУДН (2011 г.) и ежегодно (2010-2012) рассматривались на кафедре почвоведения, земледелия и земельного кадастра. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе три работы в журналах по списку ВАК РФ. Результаты исследований прошли производственную проверку и были доложены в сельскохозяйственной научном центре в Омане в 2011, 2012 годах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 150 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций производству. Список использованной литературы включает 173 источника, в том числе 11 работ иностранных авторов.

Содержание работы

В первой главе изложены физиологические особенности культуры картофеля и требования к технологии его возделывания, приведены биологические особенности картофеля и его режим орошения, дан анализ состояния капельного орошения сельскохозяйственных культур как эффективного способа полива. В комплексе мероприятий по обоснованию технологии водосберегающего режима капельного орошения картофеля в условиях Омана с острозасушливым климатом при дефиците природных водных ресурсов важнейшим направлением является установление режима увлажнения и возможности аккумуляции влаги в корнеобитаемом слое на почвах легкого гранулометрического состава с помощью приемов по формированию водоаккумулирующей прослойки из природных компонентов (сапропель, глина), обеспечивающих повышение влагоем-кости почвы и снижение затрат оросительной воды.

Во второй главе изложены природно-климатические условия Омана, агрофизические и агрохимические свойства почв опытного участка, агротехника картофеля, приведена схема опыта и методика проведения исследований. Исследования проводились в центральной части плато Нежд, прилегающей к южной части региона Дофар, на землях сельскохозяйственной исследовательской станции Нежд.

За период вегетации картофеля погодные условия в годы исследований мало чем отличалась от среднемноголетних данных. В вегетационные периоды температура воздуха составляла 24,1-24,7°С при среднемноголетней величине

24,3 С. Осадков за декабрь - апрель выпало от 4,1 до 5,8 мм при норме 4,5 мм. Дефицит естественного увлажнения за апрель - декабрь по годам исследований изменялся в пределах 1400,9-1446,2 мм.

Почвы региона - полупустынные серо-коричневые, целинные, представлены легкими супесями, ограничено пригодные для сельскохозяйственного использования. Плотность сложения в слое почвы 0-30 см составляла 1,42 г/см3, наименьшая влагоемкость -15,3% о массы. Впитывание влаги за первый час наблюдений составило 189 мм при скорости впитывания 3,15 мм/мин. При этом коэффициент фильтрации составил 1,04 м/сут. Почвы щелочные (рН - 7,9), бедные органическим веществом и питательными элементами. В слое почвы' 030 см содержание гумуса - 0,015%, общего азота - 0,01%, доступного фосфора - 3,14 мг/кг и обменного калия - 2-4 мг/кг почвы. Содержание карбоната кальция в почве очень высокое - более 40-50%. Почвы незасоленные.

При капельном орошении картофеля изучались различные режимы пред-поливной влажности почвы (фактор А). Для аккумуляции влаги в корневой зоне растений при каждом режиме предполивной влажности почвы изучалось влияние природных материалов (сапропель и глина), обеспечивающие повышение влагоемкости почвы (фактор В). Схема опыта приведена в таблице 1.

№ п/п Режим предполивной влажности почвы (фактор А) Субстрат (фактор В)

1 2 3 70% НВ в течение вегетации Почва без минеральных добавок (контроль)

Почва + сапропель из расчета 200г/растение

Почва + голубая глина из расчета 200г/растение

4 5 6 80% НВ в течение вегетации Почва без минеральных добавок

Почва + сапропель из расчета 200г/растение

Почва + голубая глина из расчета 200г/растение

7 8 9 Дифференцированный режим по межфазным периодам 70 -80 - 70% НВ Почва без минеральных добавок

Почва + сапропель из расчета 200г/растение

Почва + голубая глина из расчета 200г/растение

--- * * ■ • X ------------------* 11 имдили

бутонизации», 2-й «Начало бутонизации - окончание роста ботвы», 3-й «Окончание роста ботвы - техническая спелость клубней».

Расчетный слой почвы по межфазным периодам принимался 0,4 - 0,5 -

0,5м. Полевой опыт заложен в трёхкратной повторности в соответствии с

методикой Б.А. Доспехова. На всех вариантах опыта рельеф, почвенные и

е

гидрогеологические условия были идентичны. В процессе исследований использовались общепринятые и современные методики.

Агротехника картофеля в опыте принималась общепринятой для условий Омана с дополнением изучаемых приемов. Перед закладкой опыта в почву во все варианты было внесено по 50 т/га навоза, в варианты 2; 5 и 8 дополнительно вносилось по 11,5 т/га сапропеля, а в варианты 3; 6 и 9 - бентонитовая глина в таком же количестве из расчета 200 г на одно растение. Применяли гребневую схему посадки 70x25 см.

В третьей главе изложены приемы повышения водоаккумулирующей способности легких почв при использовании природных компонентов и дано обоснование формированию водоаккумулирующего слоя в супесчаных почвах из сапропеля и бентонитовой глины. В зависимости от режима предполивной влажности почвы и природных добавок установлены контуры увлажнения и продолжительность их образования.

В опыте расстояния между капельными трубопроводами принимались 70 см, а между капельницами - 25 см. Расход капельницы составлял 1,50 7час.

Из данных таблицы 2 следует, что при режиме предполивной влажности почвы 70% НВ без создания водоаккумулирующего слоя глубина промачива-ния составляла 32см за первый час, 49см за два часа и 62см - через три часа, а ширина контура увлажнения по поверхности составляла 21см, 34см и 44см соответственно. Создание в почве аккумулирующего слоя из природных компонентов (сапропель, голубая глина) приводило к увеличению ширины контура увлажнения за счет повышения влагоемкости почвы и некоторому снижению глубины увлажнения почвы

Таблица 2. Контур промачивания почвы при капельном орошении в зависимости от предполивной влажности и водоаккумулирующего слоя при расходе капельницы 1,5 7час

Режим предполивной Показатели Продолжительность по-

влажности почвы в см лива

в слое 0,5м в минутах

30 60 90 120 150 180

70% НВ без природных добавок Глубина промачивания 22 32 41 49 56 62

Ширина контура увлажнения 12 21 28 34 39 44

70% НВ + сапропель Глубина промачивания 18 28 36 43 51 57

Ширина контура увлажнения 15 26 34 40 45 49

70% НВ + глина Глубина промачивания 20 30 38 46 53 59

Ширина контура увлажнения 14 25 33 41 46 50

80% НВ без природных добавок Глубина промачивания 26 37 44 52 59 65

Ширина контура увлажнения 17 25 33 39 45 50

80% НВ + сапропель Глубина промачивания 21 32 38 46 52 59

Ширина контура увлажнения 22 31 39 44 49 53

80% НВ + глина Глубина промачивания 22 33 40 48 53 60

Ширина контура увлажнения 20 29 37 43 48 52

Аналогичные изменения в параметрах контура промачивания отмечались и при поддержании режима предполивной влажности почвы 80% НВ. Прослеживалось тенденция некоторого увеличения глубины и ширины промачивания.

Таким образом, формирование водоаккумулирующего слоя из сапропеля и глины обеспечивает увеличение объема увлажняемой зоны и влажности верхнего слоя почвы. Показатели измерения геометрии контура увлажнения позволили установить долю орошаемой площади при капельном поливе, которая в среднем составляла 0,43.

В четвертой главе изложены результаты исследований по режиму капельного орошения картофеля и его обоснованию в зависимости от порога предполивной влажности почвы и формирования водоаккумулирющего слоя из природных компонентов.

В зависимости от режима предполивной влажности почвы и природных компонентов изменялось число поливов и оросительная норма (табл. 3). Наибольшее число поливов и наибольшая оросительная норма отмечались в вариантах 1; 4 и 7 без формирования водоаккумулирующего слоя. В среднем за годы исследований при предполивной влажности почвы 70% НВ было проведено 44,7 поливов, а оросительная норма составляла 5970 м3/га. Поддержание более высокого порога предполивной влажности почвы (80% НВ) увеличивало число поливов до 79,7 и оросительную норму до 7040 м3/га. По сравнению с режимом влажности почвы 70% НВ оросительная норма была больше в среднем на 1070 м3/га или на 17,9%, а число поливов увеличилось на 35 или на 78,3%.

В варианте 7 с дифференцированным режимом предполивной влажности почвы 70-80-70% НВ число поливов и оросительная норма соответственно составляли 57,7 и 6445 м3/га. По сравнению с режимом предполивной влажности почвы 70% НВ (вар. 1), было проведено на 13 поливов больше, а оросительная норма возросла на 475 м3/га или на 8%. Однако, в сравнении с более высоким режимом влажности почвы — 80% НВ (вар. 4), в среднем число поливов было меньше на 22, а оросительная норма - на 595 м3/га или на 8,5%. При всех режимах предполивной влажности почвы создание водоаккумулирующей прослойки из сапропеля способствовало снижению числа поливов на 4-5 и объема оросительной воды на 304-419 м3/га или на 5,1-6,0%, а из глины - соответственно на 3-4 и на 278-389 м3/га или на 4,7-5,5%. Природные материалы - сапропель и глина — оказывали примерно одинаковый эффект по снижению затрат оросительной воды.

На основании статистического анализа полученных результатов установлены регрессионные зависимости:

1 .Зависимость для определения числа поливов имеет вид: п=а+ЬЛУ2+с-1+(1-е'/ку, (1)

где п - число поливов, W - индекс уровня влагообеспечения, 1 - индекс биоэнергетического потенциала природной добавки, а следующие коэффициенты: а=-5460, Ь=-716593, с=47, <1=5649, ку =-115,7 - установлены по экспериментальным данным. Коэффициент детерминации зависимости Я2 = 0,85.

Таблица 3. Распределение поливов и объем оросительной воды по фазам развития картофеля при капельном орошении в среднем за три года

№ Посадка - Всходы - Начало Цветение - " -Г- Окончание Всего за

вариа всходы начало бутонизации окончание роста ботвы вегетацию

нта бутонизации - полное роста ботвы - техниче-

цветение ская спе-

лость клуб-

ней

Число Объ Число Объ Число Объ Число Объ Число Объ Число Объ

полив ем полив ем полив ем полив ем полив ем полив ем

ов оро- ов оро- ов оро- ов оро- ов оро- ов оро-

си- си- си- си- си- си-

тель тель тель тель тель тель

ной ной ной ной ной ной

во- во- ВО- ВО- во- во-

ды, ды, ДЫ, ДЫ, ды, ды,

м3/га м3/га м3/га м3/га м3/га м3/га

1 6,3 788 11,3 1321 5 696 14 2019 8 1146 44,7 5970

2 6 825 10,7 1226 5 747 11,3 1691 8 1177 41,0 5666

3 6 827 11 1287 5,3 770 12 1774 7 1034 41,3 5692

4 11,3 1026 20,7 1557 10,3 950 21,3 2009 16 1498 79,7 7040

5 10,3 961 20,3 1520 9,3 864 19,7 1870 15 1406 74,7 6621

6 10,3 955 20,3 1526 9,3 871 20,0 1878 15,3 1421 75,3 6651

7 8 1007 12,3 1422 9,7 910 18,3 1710 9,3 1396 57,7 6445

8 7 952 12,3 1445 7,7 731 18,3 1709 8,3 1245 53,7 6082

9 7 947 13 1517 8 743 17,3 1628 8,7 1276 54 6111

2.Зависимость для определения оросительной нормы:

С)=а+Ь-\У+с-\\'2+сН+еч , (2)

где С> - оросительная норма, м3/га, - индекс уровня влагообеспечения, 1 - индекс биоэнергетического потенциала природной добавки, а следующие коэффициенты: а=12634, Ь=-264, с=2,4, ¿=-97 е=6,1 - установлены по экспериментальным данным. Коэффициент детерминации зависимости Я2 = 0,87.

Индекс уровня водообеспечения принимался по режиму предполивной влажности почвы 70% НВ, 70-80-70% НВ, 80% НВ, а индекс биоэнергетического потенциала природных добавок условно принимался 5 т/га для глины и 10 т/га для сапропеля.

В зависимости от фазы развития картофеля изменялись поливные нормы. При режиме предполивной влажности почвы 70% НВ они варьировали в пределах 122-146 м /га, при 80% НВ - 75-95 м3/га и при дифференцированном режиме 70-80-70% НВ - 93-150 м3/га.

В вегетационный период полив картофеля проводилось через каждый 1 -3 дня. С увлечением предполивной влажности почвы интервалы между поливами сокращались. Так, при режиме влажности почвы 70% НВ (вар. 1 - 3) период между поливами изменялся от 1,5 до 3 суток. При режиме влажности почвы 80% НВ во все фазы развития растений поливы картофеля проводились через каждые 1 - 2 дня.

При дифференцированном режиме орошения (вар. 7-9) межполивные интервалы изменялись в пределах 1,6-2,4 сут. Создание водорегулирующего

слоя из сапропеля и глины при всех режимах увлажнения увеличивали продолжительность межполивного интервала на 0,1-0,Зсут.

Следует отметить, что в фазу «цветение - окончание роста ботвы», которая для картофеля по влагообеспеченности является критическим периодом, поливы при всех режимах влажности почвы проводились чаще в основном через день или два дня. В третий межфазный период при высоких температурах воздуха поливы проводились также часто, особенно в вариантах 4-6 с режимом влажности почвы 80% НВ.

В зависимости от режима предполивной влажности почвы, фазы развития и наличия в почве природных компонентов изменялось время одного полива и продолжительность бесперебойной работы капельной системы орошения. При режиме предполивной влажности почвы 70% НВ продолжительность капельного полива в среднем составляла 94 - 97 мин, а продолжительность бесперебойной работы капельной системы составляла 66-70 часов.

При повышении влажности почвы (80% НВ) поливы проводились с меньшей продолжительностью - в среднем 62 мин, а продолжительность бесперебойной работы капельной системы варьировала в пределах 77-82 часа. Следовательно, с повышением режима предполивной влажности почвы с 70% НВ до 80% НВ и увеличении числа поливов время, затраченное на проведение поливов, возрастало в среднем на 13 часов.

Продолжительность одного полива картофеля с дифференцированным режимом влажности почвы (вар. 7-9) 70-80-70% НВ составляла 78-79 мин., а время, затраченное на проведение всех поливов -71-75 часов.

В вариантах внесения в почву сапропеля и глины для создания водоакку-мулирующей прослойки при всех режимах увлажнения обеспечивалось снижение бесперебойной работы капельной системы в течение вегетации в среднем на 3-4 часа.

Распределение оросительной нормы по фазам развития картофеля показало, что наибольшая доля оросительной воды приходится на фазу «начало цветения - окончание роста ботвы» - 26,5 - 33,8%, а меньше всего - в фазы «посадка - всходы» (13,2 - 15,6%) и «бутонизация - начало цветения» (11,7 -14,1%). В полупустынной зоне Омана при капельном орошении кратковременное иссушение почвы перед уборкой способствовало более своевременному сбору урожая картофеля. При этом запасы влаги в почве на начало и конец вегетации картофеля отражали динамику влажности почвы в эти периоды. Во все фазы роста и развития картофеля влажность и влагозапасы в расчетном слое почвы соответствовали заданному предполивному режиму, предусмотренному схемой опыта.

Водопотребление картофеля при капельном орошении возрастает с увеличением влагообеспеченности растений и снижается в вариантах с внесением в почву природных компонентов из сапропеля и бентонитовой глины (табл. 4). Так, при режиме предполивной влажности почвы 70% НВ в контроле (вар. 1) без водоаккумулирующей прослойки суммарное водопотребление в среднем составляла 6541 м /га, а среднесуточное -58,9 м3/га. Повышение режима предполивной влажности почвы с 70% НВ до 80% НВ приводило к увеличению

суммарного и среднесуточного водопотребления. В варианте 4 без создания во-доаккумулирующей прослойки суммарное водопотребление в среднем за три года составляло 7573 м3/га, а среднесуточное -65,9 м3/га. Создание водоакку-мулирующей прослойки из сапропеля снижало суммарное водопотребление в среднем на 318 м /га или на 4,9% при режиме влажности 70% НВ и на 434 м3/га или на 5,7% при режиме влажности 80% НВ. Эти показатели соответственно составили 288 м /га или 4,4% и 399 м3/га или 5,6% при создании водоаккумули-рующей прослойки из глины.

В варианте 7 с дифференцированным режимом предполивной влажности почвы без водоаккумулирующей прослойки суммарное водопотребление картофеля в среднем составляло 6997 м3/га и среднесуточное 61,9 м3/га. Водоакку-мулирующая прослойка из сапропеля снижала суммарное водопотребление в среднем на 377 м /га (5,4%) и среднесуточное водопотребление - с 61,9 до 57,6 м /га, а из глины - в среднем с 6997 до 6649 м3/га или на 348 м3/га (на 5%),'а среднесуточное водопотребление снижалось в среднем до 58,3 м3/га.

С повышением режима предполивной влажности с 70 до 80% НВ суммарное водопотребление картофеля в варианте 4 без водоаккумулирующей прослойки увеличилось в среднем за три года на 1032 м3/га (на 15,8%), а в вариантах 5 и 6 с формированием водоаккумулирующей прослойки из сапропеля оно снижалось на 916 м3/га и глины - на 921 м3/га (на 14,7%).

Таблица 4.Суммарное водопотребление в основные фазы развития картофеля при капельном орошении в зависимости от режима предполивной влажности почвы и внесения в почву природных компонентов в среднем за три года

№ варианта Фазы развития

Посадка -всходы Всходы -начало бутонизации Начало бутонизации -полное цветение Цветение -окончание роста ботвы Окончание роста ботвы -техническая спелость клубней Всего

всего за сутки всего за сутки всего за сутки всего за сутки всего за сутки всего за сутки

1 973 57,2 1335 44,5 702 58,5 2033 75,3 1499 60,0 6541 58,9

2 1008 Ь9,3 1236 41,2 756 58,2 1704 60,9 1519 60,8 6223 55,1

3 1007 59,2 1300 43,3 777 59,8 1794 66,4 1375 55,0 6253 55,8

4 1144 6'/,3 1567 52,3 974 69,6 2012 71,9 1876 75,0 7573 65,9

5 1072 63,1 1542 49,7 876 62,6 1880 62,7 1769 70,8 7139 61,0

6 1068 62,8 1539 49,6 890 63,6 1888 65,1 1789 71,6 7174 61,8

7 1187 69,8 1436 47,9 854 65,7 1724 61,6 1796 71,8 6997 61,9

8 1103 64,9 1482 47,8 688 49,1 1719 61,4 1628 65,1 6620 57,6

9 1101 64,8 1556 50.2 695 53,5 1638 58,5 1659 66,4 6649 58,3

В целом полученные данные по водопотреблению растений картофеля по фазам развития показали, что максимальное водопотребление совпадает с периодом активного клубнеобразования. В этот период опасны перерывы в водо-обеспечении растений.

Как правило, повышение режима предполивной влажности почвы приводило к увеличению значений водопотребления практически во все рассматриваемые фазы роста и развития картофеля. При этом внесение природных материалов из сапропеля и глины для формирования водоаккумулирующей прослойки способствовало снижению показателей водопотребления.

Математическая обработка полученных результатов исследований позволила установить закономерности изменения суммарного и среднесуточного водопотребления в связи с изменением режима предполивной влажности почвы и биоэнергетического потенциала природных компонентов, которые описываются уравнением регрессии. Зависимость для определения суммарного водопотребления имеет следующий вид:

Е=а+Ь-\У+с-\У2+сИ+ей2, (3)

где Е - суммарное водопотребление,м3/га, - индекс уровня влагообеспече-ния, 1 - индекс биоэнергетического потенциала природной добавки, а следующие коэффициенты: а=13735, Ь=-275, с=2,5, <1=-100, е=6,3 - установлены по экспериментальным данным. Коэффициент детерминации зависимости II2 =

Зависимость для определения среднесуточного водопотребления представлена в виде уравнения:

Есуг.=а+Ь-\\М-с-'\У2+сИ+еч2, (4)

где - среднесуточное водопотребление, м3/га в сут., \У - индекс уровня влагообеспечения, 1 - индекс биоэнергетического потенциала природной добавки, а следующие коэффициенты: а=123, Ь=-2,3, с=0,019, с!=-1 0 е=0 057 - уста новлены по экспериментальным данным. Коэффициент детерминации зависимости К. — 0,94.

Индекс уровня водообеспечения принимался по режиму предполивной влажности почвы 70% НВ, 70-80-70% НВ, 80% НВ, а индекс биоэнергетического потенциала природных добавок условно принимался 5 т/га для глины и 10 т/га для сапропеля.

Количественные характеристики статей водного баланса в суммарном во-допотреблении картофеля показали, что наибольшее количество воды поступает растениям от оросительной нормы (табл. 5). При этом удельный вес осадков используемых запасов почвенной влага и оросительной воды в суммарном водопотребления изменялся несущественно и в среднем по вариантам опыта соответственно составил 0,8%, 7,2% и 92%. Однако с повышением режима предложивши влажности почвы отмечалась тенденция увеличения доли ороситель-ноиводы и снижение доли используемых запасов влаги из почвы в суммарном водопотреблении картофеля.

Внесение в почву природных добавок из сапропеля и глины приводило к несущественному снижению используемых запасов почвенной влаги, но при

этом отмечалась тенденция увеличения их доли в суммарном водопотреблении и снижение объема оросительной воды в среднем на 5,5-6,0%.

Таблица 5. Элементы водного баланса при капельном орошении картофеля в среднем за три года исследований (числитель - м3/га, знаменатель - в % от сум-

Номер Элементы водного баланса Суммарный расход воды

варианта Осадки Использование запасов влаги из почвы Оросительная норма

1 51/08 520/7,9 5970/91,3 6541/100

2 51/08 506/8,1 5666/91,1 6223/100

3 51/08 510/8,2 5692/91 6253/100

4 51/07 482/6,4 7040/92,9 7573/100

5 51/07 467/6,6 6621/92,7 7139/100

6 51/07 472/6,6 6651/92,7 7174/100

7 51/07 501/7,2 6445/92,1 6997/100

8 51/08 487/7,3 6082/91,9 6620/100

9 51/08 487/7,3 6111/91,9 6649/100

1г -----1 — ——V J ну л.у илиоадл чумапа иидшш-

требление картофеля определяется в основном дефицитом естественной влаго-обеспеченности, изменениями запасов влаги в почве от посадки до уборки картофеля и в меньшей степени зависит от климатических условий периода исследований.

Данные расчетов биофизических и биологических (климатических) коэффициентов свидетельствуют о том, что наибольшие значения получены для фазы «цветение - окончание роста ботвы», а наименьшие показатели зафиксированы в фазы «всходы - бутонизация» и «окончание роста ботвы - техническая спелость клубней». В среднем за вегетационный период картофеля по вариантам опыта и годам исследования биофизические коэффициенты варьировали в пределах 2,21-2,82 м3/га на 1 °С, а биологические (коэффициенты испарения) - от 0,61 до 0,75 м3/га на 1 мм.

Значения биофизических коэффициентов увеличиваются по мере повышения порога предполивной влажности почвы и снижаются при внесении в почву природных компонентов из сапропеля и глины при всех рассматриваемых режимах влажности почвы.

Внесение в почву природных компонентов из сапропеля и глины для формирования водоаккумулирующего слоя приводило к снижению как биофизических, так и биологических (биоклиматических) коэффициентов на 4-8%, что необходимо учитывать при обосновании проектных режимов капельного орошения и оросительных норм. Однако расчетные методы суммарного водо-потребления картофеля на основе биофизических и биологических коэффициентов дают надежные результаты только в конкретных природных условиях

проведения исследований или близких к ним и не могут быть использованы в других биоклиматических зонах и для других сельскохозяйственных культур.

В пятой главе приведены результаты исследований по питательному режиму супесчаных почв, росту, развитию растений и накоплению сухого вещества, урожайности картофеля, его структуры и загрязненности нитратами в зависимости от условий увлажнения и формирования водоаккумулирующего слоя из природных компонентов (сапропель и глина).

На фоне одноразового внесения в почву навоза содержание питательных веществ в почве в первый год на период уборки клубней картофеля во всех вариантах находилось на уровне средней обеспеченности. Внесение в почву сапропеля способствовало повышению содержания в почве легкогидролизуемого азота. Поэтому в вариантах с внесением сапропеля в первые два года в почве содержалось достаточное количество легкогидролизуемого азота и только под урожай третьего года необходимо было внесение азотных удобрений. По другим питательным элементам для получения высокой урожайности картофеля во второй и третий годы его возделывания необходимо дополнительное внесение минеральных удобрений, содержащих фосфор и калий. В вариантах, где использовалась глина, несмотря на наличие в ней некоторого количества калия, для получения высокой урожайности картофеля во второй и третий годы требуется дополнительное внесение калийных удобрений.

Динамика накопления массы картофельной ботвы в фазу прекращения роста ботвы достигла наибольших значений - 8,8-12,8 т/га, а листовая поверхность к этому времени составляла 28,2-35,6 т/га. При этом наибольшие значения получены в варианте 5 при режиме предполивной влажности 80 % НВ и формировании водоаккумулирующей прослойки из сапропеля, а наименьшие показатели - в варианте 1 при режиме предполивной влажности 70 %НВ без водоаккумулирующей прослойки.

В зависимости от режима увлажнения и создания водоаккумулирующей прослойки в период технической спелости клубней содержание сухого вещества всего растения изменялось в пределах 4,35-6,65 т/га, в том числе клубней -4,02-6,08 т/га. Формирование наибольшей массы сухого вещества всего растения, в том числе клубней отмечалось при повышенном режиме предполивной влажности почвы на уровне 80 %НВ. Однако, при дифференцированном по межфазным периодам режиме предполивной влажности почвы 70 - 80 - 70 %НВ снижение сухой массы было несущественным, по сравнению с режимом 80 %НВ, и не превышало 5%.

Полученные данные (табл. 6) показали, что с повышением режима предполивной влажности почвы и созданием в верхнем слое почвы водоаккумулирующей прослойки из природных компонентов, особенно из сапропеля заметно увеличивалась урожайность картофеля. В среднем за годы исследований наиболее высокая урожайность картофеля (25,6 и 24,7 т/га) получена в вариантах 5 и 8 при поддержании порога предполивной влажности на уровне 80% НВ и 7080-70 % НВ и внесении в верхний почвенный горизонт сапропеля. Здесь урожайность картофеля была выше контроля (вар. 1) на 35-39,9%.

При всех изучаемых режимах влажности почвы внесение в почву сапропеля приводило к увеличению урожайности картофеля на 2,0-2,5 т/га или на 10,3-10,9%, а при внесении в почвенный слой глины - на 0,7-1,3 т/га или на 3,85,8% по сравнению с вариантами без водоаккумулирующей прослойки.

Таблица 6. Урожайность клубней картофеля при капельном орошении

Номер варианта Урожайность, т/га Отклонение от контроля

2009/ 2010 2010/ 2011 2011/ 2012 среднее т/га %

1 21,4 19,6 13,9 18,3 - 100

2 24,3 21,3 15,3 20,3 2,0 110,9

3 22,3 20,2 14,5 19,0 0,7 103,8

4 27,4 24,1 17,8 23,1 4,8 126,2

5 30,3 26,3 20,2 25,6 7,3 139,9

6 28,4 25,2 18,4 24,0 5,7 131,1

7 26,4 23,8 17,0 22,4 4,1 122,4

8 28,9 25,7 19,5 24,7 6,4 135,0

9 27,6 24,5 17,8 23,3 5,0 127,3

НСР05 по фактору А 1,23 1,14 0,91 1,54

НСР05 по фактору В 0,78 0,55 0,46 0,89

НСР05 по взаимодействию факторов А и В 1,52 1,27 1,04 1,82

Графическое изображение зависимости урожайности картофеля от режима предполивной влажности почвы и биоэнергетического потенциала водоаккумулирующей прослойки приведено на рис. 1.

Индекс биоэнергетического потенциала природной добавки

Индекс уровня влаго-обеспечения

Рис. 1. График зависимости урожайности картофеля от уровня влагообеспече-ния и биоэнергетического потенциала природной добавки

Математическая зависимость урожайности картофеля имеет вид: У=а+Ь-\У+с-'\У2+сН+ей2, (5)

где У - урожайность картофеля, т/га, - индекс уровня влагообеспечения, I -индекс биоэнергетического потенциала природной добавки, а следующие коэффициенты: а=-409,1 Ь=11 с=-0,07, (1=0,11 е=0,012 - установлены по экспериментальным данным. Коэффициент детерминации зависимости Я2 = 0,92.

Индекс уровня водообеспечения принимался по режиму предполивной влажности почвы 70% НВ, 70-80-70% НВ, 80% НВ, а индекс биоэнергетического потенциала природных добавок условно принимался 5 т/га для глины и 10 т/га для сапропеля.

Товарность клубней картофеля была достаточно высокой и по вариантам опыта изменялась в пределах 82,2 - 89,5%. Наиболее высокая товарность клубней отмечалась в вариантах 5 и 8, при режимах предполивной влажности почвы 80% НВ и 70 - 80 - 70% НВ и формировании водоаккумулирующей прослойки из сапропеля и в среднем за три года составляла соответственно 89,5 и 88,6%. Наименьшие относительные показатели товарности клубней (82,2%) были установлены в контроле (вар.1) без формирования водоаккумулирующей прослойки, где порог предполивной влажности почвы поддерживался на уровне 70%НВ.

Таким образом, при рациональном использовании оросительной воды наиболее оптимальная относительная товарность клубней картофеля при капельном орошении обеспечивается на фоне формирования водоакумулирую-щей прослойки из сапропеля, и поддержании дифференцированного по межфазным периодам водного режима с порогом предполивной влажности почвы на уровне 70 - 80 - 70% НВ.

Экспериментальные данные показали, что при капельном орошении и возделывании картофеля без минеральных удобрений полученная продукция во всех вариантах опыта оставалась достаточно чистой и практически незагрязненной нитратами. Наибольшее содержание нитратов (102-151 мг/кг) в клубнях картофеля отмечалось в первый год исследований, во второй год их количество уменьшилось до 50 - 99 мг/кг, а в третий год - до 21 - 69 мг/кг при ПДК - 250 мг/кг.

Таким образом, внесение в почву навоза в количестве 50 т/га один раз за три года вследствие высокой его минерализации в жаркой полупустынной зоне Омана снабжает почву достаточным количеством питательных элементов только в первый год возделывания картофеля и частично во второй год. Однако формирование водоаккумулирующей прослойки из сапропеля повышало содержание в верхнем слое почвы доступного азота и частично фосфора, что сказывается на величине урожая картофеля и это необходимо учитывать при планировании доз минеральных удобрений. С учетом экономного расходования оросительной воды при наименьших значениях коэффициента водопотребления картофеля наиболее благоприятные условия влагообеспеченности и питания растений достигаются при ее формировании с дифференциацией предполивной влажности почвы по межфазным периодам на уровне 70-80-70% НВ. При этом

в качестве водоаккумулирующей прослойки следует использовать сапропель, который повышает урожайность картофеля - на 10-13%.

В шестой главе дан анализ биоэнергетической и экономической оценки эффективности режимов увлажнения и формирования водоаккумулирующей прослойки из природных материалов.

Полученные данные показали, что наиболее высокая энергетическая эффективность достигается при возделывании картофеля с поддерживанием влажности почвы на уровне 80% НВ и 70 - 80 - 70 % НВ на фоне формирования водоаккумулирующей прослойки из сапропеля. При этом коэффициент энергетической эффективности составил соответственно 1,22 и 1,20. При использовании глины для рассматриваемых режимов предполивной влажности почвы коэффициент энергетической эффективности снизился соответственно до 1,18 и 1,17. Наименьшие коэффициенты энергетической эффективности получены при поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 70% НВ в течение всей вегетации картофеля (1,06 - 1,13), особенно в контроле без формирования водоаккумулирующей прослойки.

При экономической оценке эффективности возделывания картофеля использовалась методика оценки инвестиционных проектов, широко применяемая в мировой практике. Анализ результатов (табл. 7) свидетельствует о том, что наиболее эффективными являются варианты 5 и 8. В варианте 5, где поддерживалась влажность почвы перед поливами в течение всей вегетации картофеля на уровне 80% НВ на фоне формирования водоаккумулирующей прослойки из сапропеля суммарный чистый денежный поток был максимальным и в 3,5 раза превышал контроль, чистая приведенная стоимость - в 4,5 раза, а экономическая внутренняя норма доходности - в 2,9 раза.

Таблица 7. Экономическая эффективность возделывания картофеля

Показатель Вариант

1 5 7 8 9

Суммарный чистый денежный поток (ЫСР), т.р. 198,8 701,9 494 637,1 558,8

Простой срок окупаемости (РВР), лет 4 2 2 2 2

Чистая приведенная стоимость (МРУ), т.р. 106 474 323 426 371

Экономическая внутренняя норма доходности, % 31,6 91,5 69,1 83,4 76,9

Фактор дисконтирования, % 10 10 10 10 10

Период анализа инвестиционного проекта, лет 6 6 6 6 6

Во всех рассматриваемых вариантах срок окупаемости вложенных средств не превышал двух лет, за исключением контроля, где он составил четыре года.

выводы

1. В результате проведенных исследований на легких полупустынных почвах Омана разработана новая технология сохранения влаги в почве при капельном орошении на основе создания водоаккумулирующей прослойки путем внесения в почву природных материалов (сапропеля и глины), обеспечивающих повышение влагоемкости почвы в зоне размещения корневой системы. Геометрические параметры зоны увлажнения при поливе из капельницы с расходом 1,5 л/час составляют 40-50 см, а доля объема увлажненной зоны по изучаемым режимам предполивой влажности почвы в среднем равна 0,45.

3. Формирование водоаккумулирующей прослойки из природных материалов обеспечивает снижение числа поливов и оросительной нормы. При внесении в почву сапропеля число поливов уменьшается на 4-5 или на 6,3-8,3%, а глины - на 3-4 полива или на 5,5 - 7,6%. В среднем за годы исследований при формировании водоаккумулирующей прослойки из сапропеля оросительная норма снижалась на 304 м3/га (5,1%), 419 м3/га (6,0%) и на 363 м3/га (5,6%) соответственно при режимах предполивной влажности почвы 70% НВ, 80% НВ и 70 -80- 70% НВ, а из глины - соответственно на 278 м3/га (4,9%), 389 м3/га (5,5%) и на 334 м3/га (5,2%).

4. Формирование водоаккумулирующей прослойки способствует снижению водопотребления картофеля при всех режимах предполивной влажности почвы. Суммарное водопотребление снижается при внесении в почву сапропеля на 318-434 м3/га или 4,9-5,7%, а при внесении глины - на 288-399 м3/га или на 4,4-5,3%. С увеличением режима предполивной влажности почвы с 70 до 80% НВ отмечается тенденция большего снижения суммарного водопотребления картофеля. Локальный характер капельного орошения изменяет соотношение статей водного баланса. В условиях засушливого климата главной приходной статьей водного баланса является оросительная вода, удельный вес которой в среднем составляет 91-93%, на использованные запасы почвенной влаги приходится 6,4-8,1%), а на атмосферные осадки - 0,7-0,8%.

5. Средние за вегетационный период значения биоклиматических коэффициентов в зависимости от урожайности картофеля составляли 2,29-2,55 м3/га на 1°С и 0,63-0,68м /га на 1 мм при режиме предполивной влажности 70% НВ, 2,53-2,76 м /га на 1 °С и 0,69-0,75 м /га на 1 мм при режиме влажности почвы 80% НВ и 2,40-2,60 м3/га на 1°С и 0,65-0,71 м3/га на 1 мм при дифференцированном режиме 70-80-70% НВ. Значения коэффициентов увеличиваются на 810% по мере повышения порога предполивной влажности почвы и снижаются на 4-8% на фоне формирования водоаккумулирующей прослойки.

6. При очень низкой обеспеченности легких пустынных почв Омана питательными веществами их содержание в первый год при внесении навоза 50 т/га один раз в три года находится на уровне средней обеспеченности. Внесение сапропеля в количестве 11,43 т/га один раз в три года наряду с навозом увеличивает содержание азота на уровне средней обеспеченности в течение двух лет. Использование питательных элементов картофелем повышается с увеличение влагообеспеченности растений. Внесение глины заметно не сказывается на изменении содержания питательных веществ в пахотном слое почвы.

I Повышение уровня водообеснечения и формирование водоаккумулирующей прослойки сопровождается активизацией роста и развития растений картофеля, усилением динамики накопления сухого вещества в растениях и биомассы в клубнях. К фазе технической спелости клубней наибольшая биомасса растения и клубней (соответственно 6,65 и 6,08 т/га) отмечается при предполивной влажности почвы 80% НВ на фоне внесения сапропеля. Эти показатели в аналогичном варианте при дифференцированном режиме предпо-

™ОИДЛаЖГ°СТИ почвы 70-80-70% НВ также достигают высоких значений (6,32 и 5,69 т/га соответственно).

8. Наибольшая урожайность картофеля получена на фоне формирования водоаккумулирующей прослойки из сапропеля при поддержании режима пред-поливнои влажности почвы на уровне 80% НВ (в среднем 25,6 т/га) и при дифференцированном режиме орошения 70-80-70% НВ (24,7 т/га) при высокой товарности клубней картофеля (88,6-89,5%). Урожайность картофеля увеличивается с повышением уровня влагообеспеченности с 70 до 80% НВ на 26,2% На фоне внесения сапропеля происходит увеличение урожайности на 11-13% а голубой глины - на 4-5%. '

9. Расчеты экономической эффективности, показали, что на фоне формирования водоакумулирущей прослойки из сапропеля и поддержания порога предполивной влажности 80% НВ были получены наибольшие значения суммарного чистого денежного потока - 702 тыс. руб., чистой приведенной стоимости - 474 тыс.руб. и экономической внутренней нормы доходности - 91,5%.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При капельном орошении на легких полупустынных почвах рекомендуется проводить поливы картофеля при снижении влажности в активном слое почвы (0,4-05 м) до 80% НВ на фоне формирования водоаккумулирующей прослойки из сапропеля поливными нормами 89 м3/га с межполивным интервалом 14-15 сут. и продолжительностью одного полива 52-66 мин. В зависимости от погодных условии вегетационного периода следует проводить 73-77 поливов ороси-тельнои нормой 6446-6828 м /га.

2. Допускается в качестве резервного варианта поддерживать дифференцированный режим предполивной влажности почвы 70-80-70% НВ с формированием водоаккумулирующей прослойки из сапропеля. За вегетационный период рекомендуется проводить 55-60 поливов картофеля поливными нормами 113 м /га через 1,8-2,0 сут. продолжительностью одного полива 65-105 мин и оросительной норме 6264-6628 м3/га.

3. Для повышения плодородия легких пустынных почв и урожайности картофеля рекомендуется наряду с внесением навоза из расчета 50 т/га один раз в три года вносить минеральные удобрения под урожай второго и третьего года с учетом выноса питательных веществ. При дополнительном внесении в почву сапропеля один раз в три года из расчета 11,5 т/га целесообразно под урожай второго года вносить только фосфорные и калийные удобрения, а под урожай третьего года - полную дозу №К.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Сухарев Ю.И. Особенности капельного орошения картофеля при внесении под растения водоаккумулирующего слоя / Ю.И.Сухарев, A.B. Шура-вилин, М.А. Табук // Мелиорация и водное хозяйство,- 2012.-№ 6. - С.26 - 28.

2. Ляшко М.У. Питательный режим полупустынных почв Омана при капельном орошении картофеля в зависимости от уровня увлажнения и формирования водоаккумулирующего слоя / М.У. Ляшко, А.В.Шуравилин, М. А. Табук // Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса - 2012,- № 4(13). - С. 28 - 31.

3. Сухарев Ю.И. Формирование питательного режима почв аридной зоны при капельном орошении картофеля/ Ю.И.Сухарев, A.B. Шуравилин, М.А. Табук // Плодородие,- 2013.- № 1.-С. 38-40.

4. Ляшко М.У. Рост, развитие урожайность картофеля при капельном орошении в условиях юга Омана / М.У. Ляшко, А.В.Шуравилин, М. А. Табук // Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса. -2013.-№ 1,- С. 29-32.

Прочие публикации

5. Табук М. А. Приемы уменьшения потерь азота при возделывании картофеля на орошении в Омане / М. А. Табук. Инновационные процессы в АПК. Сборник статей 2 международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 50-летию образования РУДН. - М.: РУДН, 2010. - С. 432 - 434.

6. Шуравилин А.В.Влагообеспеченность картофеля при капельном орошении в зависимости от режима увлажнения и формирования водоаккумулирующего почвенного слоя в условиях Омана / А.В.Шуравилин, М. А. Табук // Международный научно- технический и производственный журнал «Наука о земле»,- 2012,- № 3. - С. 73-86.

Подписано к печати 20.03.2013 г. Заказ № 8. Тираж 100 ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии 127550, Москва, ул. Б.Академическая, 44

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Табук Мусаллам Ахмед Сухаил, Москва

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

На правах рукописи

ТАБУК МУСАЛЛАМ АХМЕД СУХАИЛ

КАПЕЛЬНОЕ ОРОШЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ НА ЛЕГКИХ ПОЛУПУСТЫННЫХ ПОЧВАХ ЮГА ОМАНА

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана почв

СМ Диссертация на соискание ученой степени

^ кандидата сельскохозяйственных наук

со я

т— сЬ

О °

^ ^ Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.В. Шуравилин

Москва 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава, Стр.

разделы

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Физиологические особенности культуры картофель и требова- 8 ния к технологии его возделывания

1.1. Ботаническая характеристика и биологические особенности карто- 8 феля

1.2. Режим орошения и водопотребления картофеля 19

1.3. Капельное орошение - эффективный способ полива картофеля 23

2. Объекты, условия и методика исследований 28

2.1. Природно-климатические условия Омана 28

2.2. Агрофизические и агрохимические свойства почв опытного участка 35

2.3. Схема опыта и методика исследований 42

2.4. Агротехника картофеля в опыте 49

3. Обоснование формирования водоаккумулирующего слоя в су- 51 песчаных почвах из природных материалов и установлением контуров увлажнения при капельном орошении картофеля

3.1. Приемы повышения водоаккумулирующей способности легких почв 51 при использовании природных компонентов

3.2. Формирование увлажняемой зоны в зависимости от предполивной 55 влажности почвы и аккумулирующего слоя из природных компонентов

4. Обоснование режима капельного орошения и водопотребления 62 картофеля

4.1. Режим орошения картофеля при капельном орошении 62

4.2. Динамика влажности почвы при капельном орошении картофеля 81

4.3. Водопотребление картофеля в зависимости от режима предполивн- 89 ой влажности почвы и формирования водоаккумулирующего слоя

4.4.

5.

5.1.

5.2.

5.3.

5.4.

5.5.

6.

6.1.

6.2.

Биологические коэффициенты картофеля для расчета водопотребле- 98 ния и оросительной нормы

Влияние режимов капельного орошения на питательный режим 105 почв, рост, развитие и урожайность картофеля

Влияние природных компонентов из сапропеля и голубой глины для 105 создания водоаккумулирующего почвенного слоя на питательный режим почвы

Динамика роста и развития картофеля в зависимости от водного ре- 109 жима и формирования водоаккумулирующего слоя

Накопление сухого вещества в растениях картофеля 116

Урожайность клубней картофеля, их структура и загрязненность 121 нитратами

Затраты оросительной воды и коэффициент водопотребления кар- 128 тофеля при капельном орошении

Биоэнергетическая и экономическая эффективность возделыва- 131 ния картофеля при капельном орошении

Биоэнергетическая оценка особенностей увлажнения и формирова- 131 ния водоаккумулирующего слоя при капельном орошении картофеля

Оценка экономической эффективности возделывания картофеля 137 при капельном орошении и формировании водоаккумулирующего слоя

ВЫВОДЫ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

140

142

143

164

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Картофель является одной из ведущих и наиболее ценных продовольственных культур. Он занимает третье место в мире по производству и потреблению после риса и пшеницы. По данным ФАО (2007 г.) в мире площадь, занятая картофелем, составляет 19 327 731 га при урожайности 16,8 т/га и потреблении на душу населения 31,3 кг. В развитых странах его производство составляет 159,9 млн. тонн, в развивающихся -165,4 и в мире - 325,3 млн. тонн. Ведущие производители картофеля - Европа и Азия и на их долю приходится более 80% мирового производства. В России производство картофеля в 2009 г. составляло 31,13 млн. тонн при средней урожайности - 14,3 т/га. Большое значение возделывание картофеля приобретает в большинстве арабских стран, особенно в Алжире и Египте.

В Омане возделывание картофеля возможно только при орошении. В стране картофель возделывается в мелких крестьянских и фермерских хозяйствах с использованием ручного труда. Только несколько хозяйств являются крупными, где используются современные процессы механизированного возделывания сельскохозяйственных культур. Под картофелем занято 327 га при валовом производстве за год 4 000 тонн и средней урожайности - 12,3 т/га, что недостаточно для растущей потребности населения. Затраты на импорт картофеля составляют более 50 млн. долларов США в год.

До настоящего времени при орошении картофеля в Омане используются в основном дождевание и полив по бороздам. Малообъёмные способы орошения применяются на небольших площадях без научного обоснования. В тоже время многочисленные исследования, проведённые в разных странах мира, свидетельствуют о высокой экономической эффективности капельного способа орошения, при котором обеспечивается экономия оросительной воды и повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 40 - 100%, по сравнению с дождеванием. Поэтому разработка технологии капельного орошения картофеля на легких почвах Омана с созданием водоаккумули-рующего слоя, повышающего водоудерживающую способность

4

почв,является актуальным и своевременным направлением научных исследований.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в разработке научно обоснованной водосберегающей технологии капельного орошения картофеля, возделываемого на легких полупустынных почвах Омана на основе создания водоаккумулирующего слоя с использованием минеральных добавок, обеспечивающих повышение влагоемкости почвы.

Для реализации цели решались следующие задачи:

- обосновать возможность применения влагоемких природных материалов (сапропель, каолинитовая голубая глина) для формирования в почве водоаккумулирующего слоя;

- установить распределение влаги в почве по фронту полива и определить параметры контуров увлажнения в зависимости от режимов капельного орошения и наличия водоаккумулирующего слоя;

- обосновать уровень предполивной влажности почвы и водосберегаю-щий режим капельного орошения картофеля с учетом создания водоаккумулирующего слоя;

- выявить влияние режимов капельного орошения и водоаккумулирующего слоя на водопотребление картофеля и уточнить значение биоклиматических коэффициентов испарения;

- дать оценку режимов капельного орошения и водоаккумулирующего слоя на рост, развитие, основные физиологические показатели и урожайность картофеля;

- провести биоэнергетическую и экономическую оценку технологии капельного орошения картофеля и создания водоаккумулирующего слоя на легких полупустынных почвах Омана.

Предмет исследования - технология водосберегающего режима капельного орошения картофеля и обоснование формирования водоаккумулирующего почвенного слоя из природных материалов.

Научная новизна результатов исследований. Предложена новая технология сохранения влаги в почве при капельном орошении на основе создания водоаккумулирующего слоя путем внесения в почву природных материалов (сапропеля и каолинитовой глины), обеспечивающих повышение вла-гоемкости почвы в зоне размещения корневой системы. Установлены особенности формирования водного режима и параметров контуров увлажнения на легких полупустынных почвах в зависимости от порога предполивной влажности почвы, продолжительности полива и поливной нормы. Выявлены закономерности водопотребления картофеля в зависимости от режима капельного орошения и наличия водоаккумулирующего слоя из различных природных материалов. Определены биоклиматические коэффициенты испарения и установлены расчетные нормы водопотребления картофеля. Оценено влияние режимов капельного орошения и водоаккумулирующего слоя на физиологические показатели и урожайность картофеля. Выполнен энергетический и экономический анализ различных режимов капельного орошения без создания и с созданием водоаккумулирующего слоя.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Технология водосберегающего режима капельного орошения на основе создания из природных материалов (сапропель и каолинитовая голубая глина) водоаккумулирующего слоя в зоне корневой системы картофеля.

2. Закономерности водопотребления картофеля и формирование водного режима почв при капельном орошении и с учетом создания водоаккумулирующего слоя из природных материалов.

3. Закономерности формирования продуктивности картофеля в зависимости от режима капельного орошения и наличия водоаккумулирующего слоя из природных материалов.

Практическая значимость работы. Разработанная технология водосберегающего режима капельного орошения картофеля с дифференцированным проведением поливов путем создания в корневой зоне растений водоаккумулирующего слоя из природных материалов, обеспечивающая экономное

б

использование оросительной воды, воспроизводство плодородия почв и получение высоких урожаев клубней картофеля до 40 т/га, может быть использована как в мелких крестьянских и фермерских хозяйствах, так и в крупных, где применяются современные процессы механизированного возделывания сельскохозяйственных культур. Окупаемость капиталовложений системы капельного орошения при возделывании картофеля составляет два года. Полученный экспериментальный материал может быть использован в учебном процессе по мелиорации и земледелию.

Достоверность результатов исследований подтверждается большим объемом экспериментальных материалов, математической обработкой полученных данных, использованием стандартных и современных методов исследования.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены на международной научной конференции в РУДН (2011 г.) и ежегодно рассматривались на кафедре почвоведения и земледелия. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе три работы в журнале по списку ВАК РФ. Результаты исследований прошли производственную проверку и были доложены в сельскохозяйственной научном центре Омана в 2011, 2012 годах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 184 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций производству. Список использованной литературы включает 225 источников, в том числе 63 работ иностранных авторов.

ГЛАВА 1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КУЛЬТУРЫ КАРТОФЕЛЬ И ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИИ ЕГО ВОЗДЕЛЫВАНИЯ 1.1.Ботаническая характеристика и биологические особенности картофеля

Картофель относится к семейству паслёновые (Solanaceae), к роду Solanum tuberosum, L.-вид, получивший самое широкое распространение в культуре. Другие виды картофеля, которые отличаются целым рядом ценных биологических и хозяйственно-полезных признаков обычно используются для выведения новых сортов (Лорх А.Г., 1955, 1968; справочник картофелевода, 1977). Стебли картофеля большей частью прямостоячие, реже - отклоняющиеся в сторону. Окраска стеблей - зелёная. Однако у некоторых сортов, в зависимости от интенсивности пигментации, условий возделывания, освещения, влагообес-печенности и многих других факторов, отмечается оттенок, преимущественно красно-бурого цвета (Лорх А.Г., 1948; справочник картофелевода, 1977; Часов-ских М.П. и др., 2003). Листья картофеля, появляющиеся при прорастании клубней или семян, простые цельнокрайние. По мере роста растения образуются прерывисто-непарноперисто-рассечённые листья, которые являются важным сортовым признаком (Агрономическая тетрадь, 1986). Цветы у картофеля собранны в соцветия, представляющие собой расходящиеся завитки, расположенные на цветоносе различной длины. Цветоножка сочленённая. Цветки пятерного типа. Чашечка цветка спано-пятилепестная, чашелистики сросшиеся у основания. Венчик колесовидный, состоит из пяти сросшихся лепестков. Окраска венчика может быть самой разнообразной: белая, синяя, темно-сине-фиолетовая, красно-фиолетовая с различными оттенками. В середине цветка находится пять тычинок. Картофель - самоопыляющееся растение, но большинство сортов стерильно и только немногие - фертильны (Лорх А.Г., 11955. 1968; Кучкой др., 1998).

Плодом картофеля является двугнёздная многосемянная сочная зелёная ягода шаровидной или овальной формы. Из-за содержания большого количества солонина они для употребления в пищу не пригодны. Семена мелкие, светло-

жёлтого цвета. Масса 1 ООО семян около 0,5 г (Агрономическая тетрадь, 1986).

8

Корневая система картофеля, образованная от клубня, мочковатая. Она имеет ростковые (первичные) корни, образующиеся в начале прорастания клубней и пристолонный корни, которые появляются в течение всего вегетационного периода. Эти корни располагаются группами около каждого столона (Jlopx А.Г., 1955, 1968; справочник картофелевода, 1977). Развитие растения начинается с формирования корневой мочки, так, что к моменту всходов питание большей частью является корневым. Активное развитие корневой системы заканчивается к фазе цветения, при этом до 60% корней размещается в слое 00,2 м, до 20% - в 0,2 - 0,4 м и до 20% - глубже 0,4 м (Интенсивная технология производства картофеля, 1989). Клубень картофеля представляет собой утолщённый и укороченный стебель. Зрелые клубни покрыты тонкой кожурой из пробковой ткани, благодаря которой клубни предохраняются от высыхания и заболевания (Агрономическая тетрадь, 1986).

На рост, развитие и урожайность картофеля влияют различные природные факторы, в том числе наличие света, тепла, влаги, питательных веществ и воздуха. Отсутствие любого из указанных факторов приводит к гибели растения, а недостаток сказывается и на биологическом состоянии и на урожайности культуры (Якушина Н.В., Чмора Н.Я., 1955). В своём развитии растение картофеля проходит пять основных физиологических циклов (Jlopx А.Г., 1968; Му-хортова Т.В. и др., 2010; Кучко A.B. и др., 1998; Писарев Б.А., 1990):

- от начала формирования клубня до его посадки;

- от посадки до появления всходов - это период формирования корней и побегов за счёт запасных веществ самого клубня;

- от всходов до начала завязывания клубней, то есть период роста листьев, стеблей и корней;

- период роста клубней;

- период отмирания ботвы и отложения питательных веществ в клубнях.

Такая периодизация онтогенеза картофеля, учитывающая физиологически

переломные моменты в жизни растения необходима при проведении полевых

опытов с картофелем (Часовских Н.П. и др., 2003). В то же время А.Г. Jlopx

9

(1948, 1955) весь вегетационный период картофеля условно разбивает на три межфазных. Первый - всходы-бутонизация. В этот период в основном формируется вегетативная масса ботвы, а прирост клубней является малозаметным. Второй - прекращение роста ботвы. Этот период характеризуется интенсивным приростом клубней, особенно в фазы «бутонизация» и «цветение». Третий -прекращение прироста ботвы - ее естественное увядание. На заключительном этапе роста и развития картофеля прирост клубней продолжается, но менее интенсивно. Продолжительность первого периода у ранних и средних сортов составляет 40 дней, второго - 36 и третьего периода - примерно столько же.

Таким образом, первый и второй межфазные периоды являются наиболее ответственными для формирования максимального урожая клубней. К концу второго межфазного периода формируется до 85% создаваемого урожая. Следовательно условия роста и развития растений в первых двух межфазных периодах обеспечивают основы получения высокого уровня урожайности картофеля.

По своим биологическим особенностям картофель существенно отличается от других сельскохозяйственных культур благодаря выработанным свойствам его возделывания в течение многих тысячелетий (Лорх А.Г., 1968). Картофель принадлежит к числу растений наиболее способных к акклиматизации, он неприхотлив к климату и почвам (Стебут И.А., 1982). В связи с появлением большого количества сортов картофеля в результате селекционной деятельности были выявлены их особенности с самыми разнообразными свойствами и своим отношением к внешним факторам природной среды (Писарев Б.А., 1990).

Как отмечает А.Г. Лорх (1968) картофель - весьма пластичное растение и легко приспосабливается к самым различным условиям среды. Он может выращиваться во всех природно-климатических зонах и давать высокие урожаи при соблюдении передовой агротехники, достигающие до 40-60 т/га и более. В то же время известно, что картофель относится к культурам умеренного, влажного климата и рыхлых почв (Лорх А.Г., 1968). Поэтому в засушливом климате

с высокими температурами воздуха его выращивание возможно только при орошении (ShockC.C., 2007).

Картофель - светолюбивая культура, требовательная к свету и нуждается в хорошем освещении посадок при равномерном распределении растений по площади и ориентации рядков растений с севера на юг. Ряд ученых указывает на заметное увеличение доли ботвы при увеличении длительности светового дня, а при коротком световом дне наблюдается интенсивное накопление массы клубней (Басиев С.С., 2002; Растениеводство, 1981; Мельцаев И.Г., 2004; Методика агроклиматическ�