Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оптимизация водного и пищевого режимов светло-каштановых почв Нижнего Поволжья при выращивании краснокочанной капусты

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация водного и пищевого режимов светло-каштановых почв Нижнего Поволжья при выращивании краснокочанной капусты"

На правах рукописи

Попов Павел Сергеевич

ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДНОГО И ПИЩЕВОГО РЕЖИМОВ СВЕТЛО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КРАСНОКОЧАННОЙ КАПУСТЫ

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов, 2005

Работа выполнена в Волгоградском комплексном отделе ГНУ ВНИИГиМ и Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии на кафедре комплексного использования водных ресурсов и экологии

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Лобойко Владимир Филиппович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Проездов Петр Николаевич

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Морковин Валерий Тимофеевич

Ведущая организация: - Поволжский

научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий, г. Волгоград

Защита состоится « Г» О? 2005 г. в ^б^асов на заседании диссертационного совета Д 220.061.05 при Федеральном государственном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410600, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета д.

н.

НА Пронько

ОБЩАЯ ХАРАКТКТИРИСТКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обеспеченность населения России овощами и продуктами их переработки в настоящее время не соответствует научно-обоснованным нормам их потребления. Так, современное производство овощей в расчете на душу населения в России составляет 75 кг/год при среднегодовой физиологической норме потребления в зависимости от климатических условий и национальных особенностей 100... 153 кг на человека (в том числе капусты 50 кг на человека). Поэтому задача наращивания производства овощей относится к числу приоритетных в развитии аграрного сектора России. При этом наиболее перспективными регионами для создания высокопродуктивных овощных агро-фитоценозов является юг России, где главным фактором, который находится в минимуме и лимитирует использование растениями других факторов, является вода.

Комплексный анализ практики использования орошаемых земель за последние 30 лет и климатических условий юга России убедительно свидетельствует, что наряду с другими видами мелиорации ведущая роль в стабилизации и повышении эффективности производства сельскохозяйственной продукции принадлежит орошению. В условиях возрастающего дефицита водных и энергетических ресурсов в орошаемом овощеводстве большое значение придается выбору локальных технологий и способов полива, к которым относится капельное орошение. Этот способ позволяет поддерживать в почве благоприятный водно-воздушный режим без поверхностного и глубинного сбросов оросительной воды, обеспечивает получение планируемых урожаев овощей, в том числе капусты.

Анализ научного и производственного опыта капельного орошения капусты, в нашей стране и за рубежом выявил множество нерешенных вопросов. Нуждаются в дополнительном обосновании параметры капельного орошения и удобрения культуры применительно к почвенно-климатическим условиям Волго-Донского междуречья. Поэтому вопросы совершенствования технологии капельного орошения краснокочанной капусты с учетом биологических особенностей культуры, закономерностей продукционного процесса, потребления

воды и элементов минерального питания, представляет как теоретический, так и практический интерес для орошаемого земледелия в регионе.

Актуальность исследований подтверждается выполнением их в соответствии с НТП РАСХН "Земледелие, мелиорация и лесное хозяйство" (2001...2005 гг.)

Цель исследований - разработка адаптированной технологии возделывания краснокочанной капусты с использованием систем капельного орошения, обеспечивающей в почвенно-климатических условиях Волго-Донского междуречья формирование урожайности на уровне 60...90 т/га при эффективном использовании удобрений и водных ресурсов.

В соответствии с поставленной целью программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

- анализ сложившейся практики возделывания краснокочанной капусты на орошаемых землях с обоснованием возможных путей совершенствования технологических процессов с использованием систем капельного орошения;

- выявление и анализ закономерностей формирования водного режима почвы и водопотребления краснокочанной капусты при капельном способе орошения;

- уточнить основные параметры прогнозирования суммарного потребления воды посевами краснокочанной капусты с использованием метода биоклиматических коэффициентов;

- оценка влияния режимов капельного орошения на основные показатели роста, развития и продуктивности краснокочанной капусты;

- комплексный анализ влияния разных уровней минерального питания на продукционный процесс краснокочанной капусты при капельном способе полива;

- разработка основных параметров режима капельного орошения красноко-чанной капусты, обеспечивающих поддержание влажности активного слоя почвы для получения различной урожайности кочанов;

- разработка технологического регламента возделывания краснокочанной капусты при капельном способе орошения с учетом возможных альтернатив;

- оценка эффективности технологических элементов производства красно-кочанной капусты при капельном способе орошения.

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснованы параметры технологии капельного орошения краснокочанной капусты для почвенно-климатических условий Волго-Донского междуречья. Установлены закономерности водопотребления краснокочанной капусты с учетом фаз и периодов развития, экспериментально получены зависимости « ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ = 1(УРОВЕНЬ ПРЕДПОЛИВНОЙ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ, УРОВЕНЬ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ, ГЛУБИНА УВЛАЖНЯ-МОЙ ЗОНЫ ПОЧВОГРУНТОВ)», «УРОЖАЙ = ДУРОВЕНЬ ПРЕДПОЛИВНОЙ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ, УРОВЕНЬ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ, ГЛУБИНА УВЛАЖНЯМОЙ ЗОНЫ ПОЧВОГРУНТОВ)», «ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ водных РЕСУРСОВ = А(УР0ЖАй). Предложена адаптивная, инвариантная технологическая схема возделывания краснокочанной капусты на капельном орошении, предусматривающая возможность контроля и управления продукционным процессом агрофитоценоза в условно-стохастической среде комплекса природных факторов.

Достоверность результатов исследований подтверждается многолетним периодом исследований, значительной базой полученного экспериментального материала, использованием апробированных, признанных методик постановки и обработки опытных данных.

Основные положения, выносимые на защиту:

- комплексная оценка влияния природных и регулируемых в опыте факторов на рост, развитие и формирование урожая краснокочанной капусты;

- закономерности водопотребления краснокочанной капусты при капельном орошении;

- параметры капельного орошения краснокочанной капусты в почвенно-климатических условиях Волго-Донского междуречья.

Практическая значимость. Теоретически обоснованные и экспериментально апробированные параметры капельного орошения краснокочанной капусты позволяют при рациональном использовании оросительной воды и минеральных удобрений получать до 90 т/га стандартной продукции. Установленные закономерности потребления водных ресурсов и минеральных удобрений

для формирования урожая краснокочанной капусты при капельном орошении могут быть использованы как проектными, так и производственными организациями.

Реализация результатов исследований в фермерском хозяйстве «Лиана» Дубовского района Волгоградской области подтвердила возможность эффективного производства краснокочанной капусты при урожайности 60...90 т/га.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции "Проблемы и перспективы развития мелиорации" (Новочеркасск, 2003 г.), научной конференции «Повышение плодородия почв России на 2002...2005 годы» (Коломна, 2004 г.), международной научной конференции «Наукоемкие технологии в мелиорации» (Москва, 2005 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено настраницах, в т.ч. основного текста страниц. Работа содержит-?? таблиц, ?.?рисунков, £>. приложение. Список использованной литературы включает.Й^' источников, в т. ч. иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, приведена общая характеристика работы, сформулированы цель и задачи исследований, выносимые на защиту положения.

В первой главе обобщен многолетний научный и производственный опыт капельного орошения овощных культур. Рассмотрены биологические особенности роста и развития краснокочанной капусты, вопросы повышения ее урожайности и качества за счет регулирования условий водного и минерального питания растений. Показан вклад в данное направление ведущих ученых ... и др.

Одной из основных задач является обоснование параметров капельного орошения краснокочанной капусты в природно-климатических условиях ВолгоДонского междуречья, позволяющих с учетом уровня ресурсообеспеченности сельскохозяйственных предприятий формировать 60..90 т/га продукции, отвечающей требованиям стандарта. В связи с этим, особое внимание уделяется технологии капельного орошения, обеспечивающей при поддержании необходимого водного и питательного режимов рациональное использование ресурсов для формирования планируемых урожаев капусты, что обусловило необходимость постановки и проведения комплексных исследований.

Во второй главе представлена характеристика природных условий, приведены программы и методика исследований.

Экспериментальная часть исследований реализована в 2002...2004 гг. в фермерском хозяйстве «Лиана» Дубовского района Волгоградской области.

В геоморфологическом отношении территория опытного участка относится к Приволжской возвышенности. Рельеф территории полого — волнистый с коэффициентом наличия овражно - балочной сети от 0,5 до 3,0 и более. Дрениро-ванность территории слабая, с оттоком подземных вод не более 1500...3000 м3/га.

Почвенный покров опытного участка представлен светло-каштановыми, тяжелосуглинистыми почвами. Показатели плотности сложения и порозности свидетельствуют о средней плотности сложения почвы во всех горизонтах. В среднем для расчетного слоя почвогрунта 0,0-0,5 м плотность сложения составляет 1,30 т/м3, наименьшая влагоемкость - 24,2 % массы сухой почвы. Плотность твердой фазы почвы зависит в основном от минералогического состава и содержания гумуса и составляет в пределах расчетного 0,5 метрового слоя 2,52...2,54 т/м3. Реакция почвенной среды близка к нейтральной с тенденцией в сторону увеличения рН с увеличением глубины отбора образцов. Содержание натрия в почвенно-поглошающем комплексе колеблется от 1,5 до 3,5 %. Обеспеченность почвы опытного участка легкогидролизуемым азотом и подвижным фосфором низкое (40 мг/кг почвы), обменного калия в пахотном

слое 100 мг/кг почвы, что характерно для данного типа почв. Объем естественных осадков, выпавших за период с июня по октябре включительно, характеризует период «июнь-октябрь» 2002 года как сухой (96,2 % обеспеченности многолетнего ряда), 2004 года - засушливый (74,9 %). Обеспеченность периода с 1 июня по 1 ноября 2003 года осадками 19,8 %, однако большая их часть выпала после уборки капусты. Сумма среднесуточных температур воздуха за период с 1 июня по 1 ноября изменялась от 3214 °С в наиболее обеспеченный теплом 2002 год до 2756 °С в 2004 году.

В основу рабочей гипотезы получения различных уровней урожайности краснокочанной капусты при капельном способе орошения был положен учет биологических особенностей культуры, определяющих изменение ее продуктивности в связи с различными пределами снижения влажности активного слоя почвы и обеспечения растений элементами минерального питания.

Полевой опыт был заложен по плану полного факториального эксперимента, который включал в себя следующие варианты: уровень предельно-допустимого влагосодержания в увлажняемой зоне почвогрунтов (фактор А); горизонт промачивания почвы (фактор В); уровень минерального питания, ориентированный для получения разных уровней планируемой урожайности крас-нокочанной капусты (фактор С).

Схемой опыта по фактору А были предусмотрены два уровня поддержания предполивной влажности почвы с использованием системы капельного орошения: А1 - поддержание порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в период от высадки рассады до фазы образования кочана с последующим снижением предполивного уровня до 70 % НВ в период образования, роста кочана до начала фазы созревания; А2 - поддержание постоянного порога пред-поливной влажности почвы на уровне 80 % НВ в период от высадки рассады до начала фазы созревания.

По фактору В предусматривалась дифференциация поливных норм для поддержания заданного уровня предполивной влажности с различной глубиной промачивания: В1 - проведение поливов нормой, ориентированной на прома-чивание постоянного в течение вегетации слоя почвы, 0,5м; В2 - проведение

поливов нормами, ориентированными на промачивание дифференцированного в течение вегетации слоя почвы, 0,3м - в период от высадки рассады до образования розетки, 0,5 м - в период от формирования розетки до начала фазы созревания.

На каждом из вариантов по изучению водного режима почвы были заложены исследования по фактору режима минерального питания. Удобрения вносили из расчета получения планируемого урожая стандартных кочанов капусты на уровне 60, 90 и 120 т/га. За контроль был принят вариант капельного орошения краснокочанной капусты на фоне естественного плодородия почвы: С1 -без внесения удобрений; С2 - внесение минеральных удобрений на формирование планируемой урожайности кочанов капусты 60 т/га дозой внесение минеральных удобрений на формирование планируемой урожайности кочанов капусты 90 т/га дозой ^боРтоК^; С4 - внесение минеральных удобрений на формирование планируемой урожайности кочанов капусты 120 т/га дозой Ы24оР1 юКш-

Площадь опытного участка 1 га, учетная площадь единичных делянок 150 М^Уга.

Исследования проводились на посевах краснокочанной капусты гибрида Рокси

П.

Агротехника возделывания капусты в опытах разрабатывалась на основе действующих зональных рекомендаций с дополнениями их вариантами изучаемых приемов.

Исследования проводились согласно утвержденным методикам и рекомендациям. Статистическая обработка результатов эксперимента проводилась с использованием ЭВМ и современных программных продуктов, экономический анализ эффективности капельного орошения краснокочанной капусты выполнен в соответствии с требованиями методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов (М.: Экономика, 2000 г.).

В третьей главе представлена характеристика поливных режимов, изучены закономерности суммарного и среднесуточного потребления воды посевами краснокочанной капусты, рассмотрены основные приходные статьи водного

баланса, уточнены биоклиматические коэффициенты капусты при капельном способе орошения.

По средним многолетним данным в зоне светло-каштановых почв ВолгоДонского междуречья пополнение почвенных запасов влаги за счет осадков, выпадающих в период вегетации, абсолютно недостаточно для формирования высоких, стабильных урожаев краснокочанной капусты. Поэтому необходимым условием формирования урожая этой культуры является регулирование водного режима почвы путем проведения вегетационных поливов.

Анализ результатов проведенных исследований свидетельствует о том, что влажность почвы во все годы исследований поддерживалась в пределах, установленных схемой опыта (рис. 1.) Отклонение предполивного порога влажности в ту или иную стороны не превышало 2...3 %.

Поливной режим краснокочанной капусты находился в тесной зависимости от гидротермических условий вегетационного периода и существенно изменялся по вариантам водного режима почвы. Поддержание дифференцированного по фазам развития капусты порога предполивной влажности почвы, 80-70 % НВ, в слое 0,5 м обеспечивается проведением 13...20 поливами нормой 116 м3/га в период от высадки рассады до начала образования кочана и 6... 10 поливами нормой 174 м3/га в период роста кочана до начала фазы созревания (табл. 1). Поддержание постоянного порога предполивной влажности почвы, 80 % НВ, в слое 0,5 м связано с необходимостью проведения от 31 поливов в годы со среднемноголетней обеспеченностью вегетационного периода климатическими ресурсами до 38 поливов нормой 116 м3/га в острозасушливые годы. Для поддержания порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3 м до фазы формирования розетки требуется проведение 4...9 поливов нормой 74 м3/га. При этом поддержание предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,5 м в остальные периоды роста и развития капусты связано с необходимостью проведения 23...32 поливов нормой 116 м3/га. Для поддержания дифференцированного порога предполивной влажности почвы 80-70 % НВ в слое 0,3...0,5 м требуется проведение 4-9 поливов нормой 74 м3/га в период «высадка рассады-

Рис. 1. Динамика влагосодержания увлажняемой зоны почвогрунтов в слое 0,3...0,5 м, 2002 год

формирование розетки», 11... 15 поливов нормой 116 м3/га в период «формирование розетки-образование кочана» и 5... 10 поливов в период роста кочана до начала созревания нормой 174 м3/га.

Таблица 1

Характеристика режимов капельного орошения капусты

Вариант водного режима почвы Параметры Межфазный период Оросительная норма, м /га

Высадка рассады - формирование розетки Формирование розетки - образование кочана Образование кочана - начало созревания

80-70 % НВ, 0,5 м Продолжительность полива, ч 4 4 6 2668... 4060

Поливная норма, м3/га 116 116 174

Число поливов 2...5 И...15 6...10

80-70 % НВ, 0,3...0,5 м Продолжительность полива, ч 2,5 4 6 2706... 4146

Поливная норма, м3/га 74 116 174

Число поливов 4...9 11...15 5...10

80-80 % НВ, 0,5 м Продолжительность полива, ч 4 4 4 3016... 4408

Поливная норма, м3/га 116 116 116

Число поливов 2... 5 11...15 12...18

80-80 % НВ, 0,3...0,5 м Продолжительность полива, ч 2,5 4 4 3112... 4494

Поливная норма, м3/га 74 116 116

Число поливов 4... 9 11...15 11...18

Полученные нами экспериментальные данные показывают, что суммарное водопотребление посевов капусты краснокочанной на капельном орошении возрастает с улучшением влагсюбеспеченности растений и в разные по погодным условиям годы изменялось в пределах 4160...5160 м3/га. При поддержании умеренного в нашем опыте режима орошения с предполивным порогом влажности 80-70 % НВ в слое почвы 0,5 м отмечен самый низкий из рассматриваемых вариантов общий расход влаги растениями. В среднем за 3 года исследований значения суммарного водопотребления посевами капусту составили 4347...4633 м3/га. Дифференцирование глубины промачивания почвы от 0,3 м в

период «высадка рассады - образование розетки» на фоне поддержания такого же режима предполивной влажности почвы (80-70 % НВ) увеличивало суммарное потребление влаги посевами капусты до 4393...4730 м^га.

Анализ приведенных в таблице 2 данных показывает преимущественное влияние на величину формирующегося суммарного потребления влаги посевами капусты оказывают водный режим почвы и погодные условия в период вегетации.

Таблица 2

Водопотребление краснокочанной капусты при капельном орошении

Уровень минерального питания, кг д.в./га Уровень предполивной влажности почвы, % НВ Горизонт промачи- вания почвы, м Суммарное водопотребление, м3/га Среднесуточное водопо-требле-ние, м3/га Биоклиматический ко-эффици-ент, мм/С

Без удобрений 80-70 0,5 4347 32,0 0,171

0.3...0.5 4393 32,2 0,172

80-80 0,5 4583 34,0 0,175

0.3...0.5 4653 34,4 0,177

Н8оРзоК4о 80-70 0,5 4463 32,8 0,175

0.3...0.5 4530 33,2 0,177

80-80 0,5 4690 34,8 0,179

0,3...0,5 4780 35,3 0,182

И,«Р»Кио 80-70 0,5 4570 33,6 0,179

0,3...0,5 4657 34,1 0,182

80-80 0,5 4807 35,7 0,184

0,3...0,5 4907 36,3 0,187

N240^110^240 80-70 0,5 4633 34,1 0,182

0,3.-0,5 4730 34,6 0,185

80-80 0,5 4870 36,2 0,186

0,3...0,5 4970 36,7 0,189

Суммарная доля совместных вариаций исследуемых факторов и численных значений суммарного водопотребления составила 73 %. Фактор регулирования пищевого режима почвы путем внесения минеральных удобрений согласно данных корреляционного анализа имеет 23 % совместных вариаций с величиной суммарного водопотребления, что также важно учитывать при планировании режима орошения культуры с учетом различных уровней ее продуктивности.

Математический анализ экспериментального материала с использованием методов регрессионного анализа и ЭВМ позволил нам установить форму зависимости суммарного потребления воды посевами капусты при регулировании водного и минерального режимов почвы с учетом обеспеченности вегетационного периода исследуемой культуры климатическими ресурсами. Получено уравнение полиномиального типа позволяющее прогнозировать величину эва-потранспирации при разных сочетаниях управляемых урожаеобразующих факторов:

Е=5.59■ и-0.001 ■ и2+58.68• Ж+0.05■ и■ W-1558.57-Kg-349.97h

где Е - суммарное потребление воды посевами капусты краснокочанной, м3/га; и - суммарная доза элементов минерального питания в почве и удобрениях, доступных растениям капусты, кг д.в./га; уровень предполивной влажности почвы в период образования кочана до начала созревания, К§ - гидротермический коэффициент вегетационного периода капусты; к - глубина промачивания почвы в период «высадка рассады - образование розетки», м. Сила корреляционной связи, характеризуемая коэффициентом детерминации, равным 0,97, свидетельствует о достаточно высокой степени надежности, позволяющей использовать полученную зависимость при решении прикладных задач.

В гидрогеологических условиях региона светло-каштановых почв ВолгоДонского междуречья основными статьями, восполняющими потребление воды как дикорастущими, так культурными растениями, являются естественные осадки и использование запасов почвенной влаги. В условиях орошаемого земледелия существенной приходной статьей водного баланса, позволяющей частично или полностью устранить дефицит продуктивной влаги, является оросительная норма. Доля естественных осадков в общем поступлении влаги на участках возделывания капусты краснокочанной при капельном способе орошения, колеблется в широких пределах, от 4,4 до 32,0 % м3/га в зависимости от поддерживаемого поливами уровня предполивной влажности почвы и метеоусловий, складывающихся в период вегетации культуры. Коэффициент участия естественных запасов почвенной влаги в удовлетворении потребности растений капусты в воде при капельном орошении изменяется от 3,7...7,4 до 6,9.„9,7 %.

В среднемноголетние по обеспеченности осадками годы для восполнения дефицита влаги в посевах капусты краснокочанной требуется до 2668....3112 м3/га. В отдельные острозасушливые годы с обеспеченностью вегетационного периода осадками с более чем 95 % вероятностью, объем потребности посевов капусты в оросительной воде возрастает до 4494 м3/га.

Интенсивность среднесуточного испарения влаги посевами краснокочанной капусты изменяется по одновершинной кривой. Наибольший суточный расход воды, 59,9...61,0 м7га, отмечен в период образования - интенсивного роста кочана, что важно учитывать при планировании очередных вегетационных поливов. Одним из методов, применяющихся в практике оперативного планирования проведения вегетационных поливов, является метод биоклиматических коэффициентов. В связи с этим в работе уточнены биоклиматические коэффициенты испарения влаги посевами краснокочанной капусты при капельном орошении и аппроксимированы регрессионные зависимости величины биоклиматических коэффициентов в функции периода роста и развития растений:

у, = -0,0044-х7 + 0,0627-х + 0,0102 у3 = -0,0044-я? + 0,0612-х + 0,0208 уз = -0,0048-х2 + 0,0692-х - 0,0047 у4 = -0,0047-х? + 0,0682 х + 0,005

где, х - декада от момента высадки рассады, °С;

- величина биоклиматических коэффициентов соответственно по вариантам водного режима почвы 80-70 % НВ при 0,5 м и 0,3...0,5 м, 80-80 % НВ при 0,5 м и 0,З...0,5м,мм/°С.

Коэффициенты детерминации полученных зависимостей Б2 = 0,92...0,96.

В четвертой главе отражены основные параметры фотосинтетической деятельности краснокочанной капусты, изучены закономерности продукционного процесса, обоснованы сочетания водного и пищевого режимов почвы, разработаны схема корректировки уровней агротехнического воздействия во взаимосвязи с фактическим состоянием посева в течение вегетационного периода.

Формирование урожая сельскохозяйственными посевами в динамике можно рассматривать как два взаимосвязанных процесса: накопление органического

вещества и его структурное перераспределение в растении. Основным процессом накопления органического вещества и энергии в посевах является фотосинтетическая деятельность растений.

Исследованиями установлено, что регулирование водного режима почвы без применения минеральных удобрений обеспечивает формирование максимальной за период вегетации капусты площади листьев не более 22,7...27,1 тыс. иЛ'га. Наибольшая площадь листовой поверхности, 41,8 тыс. м2/га, и фотосинтетический потенциал, 3292 тыс. дней/га, посевами капусты краснокочанной формировалась при сочетании максимальной в опыте дозы минеральных удобрений, с поддержанием постоянного порога предполивной влажности дифференцированного, 0,3...0,5 м, слоя почвы на уровне 80 % НВ (табл. 3).

Наибольшей продуктивностью фотосинтеза, 5,33...5,89 г/м2 в сут., в опыте характеризовались посевы капусты, где минеральные удобрения вносили максимальной в опыте дозой, Высокая активность работы ассимилирующего аппарата посева отмечена также при внесении в сочетании с поддержанием порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в слое 0,3...0,5 м на протяжении всего периода вегетации капусты. Продуктивность фотосинтеза в посевах на участках этого варианта составила 5,71 г/м2 в сут., что несущественно отличалось от максимальных в опыте значений.

Повышение порога предполивной влажности почвы до 80 % НВ в период «образование кочана-начало созревания» при поддержании предполивного уровня в слое 0,3...0,5 м способствует статистически достоверному увеличению интенсивности роста и развития растений капусты. При таком режиме орошения на 14,2 % увеличиваются приросты корневой системы культуры, на 4,7 % возрастает высота растений, на 13,8 % интенсифицируется накопление сухих веществ растениями в сравнении с вариантами поддержания предполивной влажности почвы по дифференцированной схеме 80-70 % НВ. Важно отметить более интенсивное развитие листового аппарата капусты, 12,3... 14,0 %, в вариантах поддержания постоянного порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в сравнении с дифференцированными, 80-70 % НВ. Рост кочана капусты в вари-

Таблица 3

Уровень минерального питания, кг д.в./га Уровень предпо-ливной влажности почвы, % НВ Горизонт прома-чивания почвы, м Максимальная площадь листьев, тыс. м2/га Фото-синте-тиче-ский потенциал, 2 тыс.м с ут./га Продуктивность фотосинтеза, г/м2в сут. Линейный рост, м Среднесуточные приросты органической массы, кг/га Масса кочана, кг Валовая урожайность, т/га Стандартный урожай, т/га Выход стандартной продукции Содержание нитратов, мг/кг

Без удобрений 80-70 0,5 23,6 1956 3,84 0,38 55 0,69 33,7 31,9 0,95 167

О,З...О,5 24,1 2075 3,98 0,42 60 0,76 37,3 36,0 0,96 142

80-80 0,5 26,3 2121 3,99 0,40 62 0,75 36,8 34,5 0,94 124

0,3...0,5 26,5 2220 4,24 0,42 69 0,78 38,4 36,5 0,95 117

Н^РзоК^ 80-70 0,5 27,1 2281 4,46 0,43 74 1,33 65,1 63,0 0,97 212

0,3...0,5 28,3 2421 4,61 0,46 82 1,38 67,4 66,1 0,98 189

80-80 0,5 30,9 2473 4,63 0,44 84 1,42 69,5 65,8 0,95 161

0,3...0,5 31,7 2590 4,92 0,45 93 1,45 70,9 67,9 0,96 147

Н16оР7оК1Чо 80-70 0,5 32,5 2667 5,18 0,45 101 1,93 94,7 91,8 0,97 284

О,З...О,5 33,9 2832 5,36 0,50 111 1,99 97,7 96,7 0,99 264

80-80 0,5 37,1 2891 5,39 0,46 114 2,02 98,9 94,9 0,96 251

0,3...0,5 38,0 3029 5,71 0,51 126 2,08 102,0 98,6 0,97 238

^г4оРцоКио 80-70 0,5 35,7 2898 5,33 0,46 113 2,16 106,1 102,9 0,97 454

0,3...0,5 37,3 3077 5,51 0,52 124 2,20 108,0 106,2 0,98 431

80-80 0,5 40,8 3143 5,56 0,48 128 2,27 111,0 106,6 0,96 419

0,3...0,5 41,8 3292 5,89 0,52 142 2,30 112,9 108,8 0,96 409

антах поддержания постоянного в течение вегетации порога предполивной влажности почвы, 80 % НВ, интенсифицируется несущественно, в среднем на 0,02...0,1 кг.

Исследованиями выявлено существенное влияние капельного орошения и удобрения на продуктивность и долю выхода стандартной продукции капусты краснокочанной. Наименьшая доля выхода стандартной продукции красноко-чанной капусты при капельном способе орошения составляла 0,94 при поддержании постоянного в течение вегетации порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,5 м в вариантах без применения минеральных удобрений (табл. 3). Дифференцирование порога предполивной влажности почвы при проведении поливов для поддержания порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в период от высадки рассады до образования кочана, 70 % НВ в период от образования кочана до созревания или глубины расчетного слоя почвы - 0,5 м и 0,3...0,5 м способствовало статистически достоверному увеличению доли выхода стандартных кочанов капусты. Увеличение доли выхода стандартной продукции происходило в среднем на 0,01 ...0,02 при НСР05 = 0,003...0,005.

Наибольшее влияние на урожайность капусты в опыте оказывали условия минерального питания растений, 39,2 %, и уровень предполивной влажности почвы, 29,6 %. Выявлено существенное влияние на продуктивность красноко-чанной капусты фактора глубины промачиваемого слоя почвы в период до формирования розетки, 23,6 %. Статистически значимые взаимодействия факторов удобрения и предполивной влажности почвы имели следствием 4,4 % возмущений показателя урожайности краснокочанной капусты, влияние взаимодействия удобрений и горизонта промачивают почвы оценивается в 3,2 %.

Учет статистически значимых факторов и оценка степени их влияния позволила аппроксимировать закономерность изменения урожайности кочанов капусты в зависимости от условий водного и минерального питания растений уравнением регрессии вида:

У=-51(>+0,ЗЗи-2,ОЕ04и+0,1т-14,75к+2,ОЕ04иЦг-2,ОЕОЗШ

где

и - суммарная доза элементов минерального питания в почве и удобрениях,

доступных растениям капусты, кг д.в /га;

Ж- уровень предполивной влажности почвы в период образования кочана до начала созревания, % НВ;

к - глубина промачивания почвы в период «высадка рассады - образование розетки», м.

Коэффициент детерминации полученной зависимости А = 0,87.

Урожайность кочанов капусты 60 т/га обеспечивается сочетанием дифференцированного предполивного порога влажности почвы, 80-70 % НВ, и разной в течение вегетации глубины промачиваемого слоя, 0,3...0,5 м, при внесении минеральных удобрений дозой ^оРзоК^. Содержание нитратов в продукции, 189 мг/кг сырого вещества, существенно ниже предельно допустимой концентрации, которая для капусты на хранение составляет 500 мг/кг.

Урожайность капусты 90 т/га обеспечивается поддержанием дифференцированного порога предполивной влажности почвы 80-70 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой ^боР^К^ при проведении поливов с использованием системы капельного орошения для поддержании заданного порога предполивной влажности почвы в слое 0,3 м до фазы формирования розетки, в слое 0,5 м - в период «формирование розетки-начало созревания». В среднем на формирование тонны стандартных кочанов капусты при таком сочетании факторов затрачивается 48,2 м3 воды и 3,82 кг д.в, минеральных удобрений. Содержание нитратов в капусте не превышает 264 мг/кг сырого вещества.

Анализ данных биохимического состава урожая капусты по вариантам опыта показал, что содержание нитратов в капусте возрастало с увеличением дозы внесения минеральных удобрений. В вариантах без применения минеральных удобрений в кг продукции содержалось не более 117... 167 мг нитратов. Внесение минеральных удобрений дозой увеличивало содержание нитратов в капусте до 147...212 мг/кг, а внесение ^а^оКмо обеспечивало формирование урожая с содержанием 238...284 мг/кг нитратов. Особенно существенно содержание нитратов в кочанах капусты возросло при внесении минеральных удоб

"О

о

2"

о я

и

п 2

Отмашет ■

* °° 5 м

I-

•я о

I®

Органтесх* о £ Ъ & "2 я масса, т/га » м и а »л Ъ Ъ

V \ и I

1 ш 1

%

\

V « ш

1

J 3

Ь

.'8

Органически масса, т/г» оооо — —

\ / 1

1"

1\

\ V

\\ б!

• т 'Г

Пяти» лспо, пкзАтг

\\ 1

N \\ II

V 1 1

\\

•V 'Л

ГЬкхад» ясно, пляАп

ш 1 1 —

"1 1

V г~ \ п £ 1 Г Я

• в

ч

¿у

1 1

Плоияэ якпея, тьаа&п

У у У сс о к» ^

ж

§

я ■о

Управляемые факторы: Агротехника возделывания культуры, архитектоника посева, площадь питания, регулирование условий водного и питательного режима растений

?

8

х я о

о г

рений дозой ^4оРцоКг40> рассчитанной на формирование 120 т/га стандартных кочанов капусты. Планируемая урожайность при таком уровне минерального питания не была получена, а содержание нитратов в капусте возросло до 409...454 мг/кг при ПДК для капусты позднего срока созревания 500 мг/кг сырого вещества.

Таким образом, анализ экспериментального материала позволяет подобрать сочетания управляемых факторов, обеспечивающих с наименьшими затратами ресурсов формирование планируемых урожаев капусты требуемого качества. Вместе с тем следует учитывать неуправляемый, стохастический характер влияния ряда других факторов и неучтенных взаимодействий, допускать возможность сбоя программного формирования запланированного уровня урожайности. В свете вышеизложенного видится необходимым контролировать процесс роста и развития растительного сообщества и в случае необходимости корректировать регулируемые факторы с целью управления продукционным процессом с наибольшей степенью целесообразности.

По результатам проведенных исследований разработана и предлагается к практическому использованию схема контроля биологических и биометрических параметров растений и посева на примере площади листовой поверхности и накопленного количества органического вещества (рис. 2). Как видно из рисунка в период формирования розетки полученные регрессионные зависимости имеют сравнительно невысокую степень надежности, что в свою очередь свидетельствует о широких возможностях регулирования продукционного процесса капусты путем снижения или увеличения уровней управляемых факторов. В последующие периоды вегетации уровень коррелируемости анализируемых показателей возрастает, что позволяет более уверенно прогнозировать уровень потенциальной продуктивности посева в процессе формирования урожая.

В пятой главе приведен технологический регламент работ при возделывании краснокочанной капусты с использованием систем капельного орошения, представлены результаты оценки эффективности производства капусты при разных сочетаниях урожаеобразующих факторов.

Жизнедеятельность растений по своей сущности представляет собой сложную, многообразную совокупность биохимических, биофизических, чисто физических и др. процессов. Отсутствие вещественного, энергетического и информационного обмена внутри организма и с окружающей средой означает утрату равновесного состояния биоценоза, и, следовательно, его гибель. Поэтому учет внутренних биологических процессов и характера их протекания при различных условиях внешней среды, с целью их регулирования, составляет одну из главных задач современного земледелия.

Как и любая другая, агротехника возделывания краснокочанной капусты предусматривает типизированную систему операций, обеспечивающую в конкретной ситуации выгодный баланс критериев эффективности. Особая трудность здесь состоит в том, что в процессе выращивания культурных биоценозов внешние воздействия среды постоянно изменяются, при этом нерегулярно и часто непредвиденно. Поэтому система агротехнических операций непременно должна обладать свойством адаптивности, т.е. в определенном смысле быть приспосабливающейся системой. В связи с этим сетевой перечень агротехнических мероприятий, регламентирующий процесс возделывания краснокочанной капусты, включающий подбор сочетаний исследуемых в работе факторов, приведен с учетом возможных альтернатив. Технологический регламент работ при возделывании краснокочанной капусты с использованием систем капельного орошения включает блоки основной и предпосевной обработки почвы, защиты растений, регулирование условий водного и минерального питания растений и связанные с этим вспомогательные и подготовительные работы, блок уборки. Необходимым условием формирования высокопродуктивного агробиоценоза является соблюдение технологического процесса возделывания краснокочан-ной капусты в условиях реальной обеспеченности производства природными и антропогенными ресурсами.

Важным критерием эффективности возделывания сельскохозяйственных культур, особенно в условиях орошаемого земледелия, являются затрать! водных ресурсов на формирование единицы продукции. Увеличение уровня урожайности краснокочанной капусты в определенной степени сопровождается

повышением эффективности использования водных ресурсов на формирование урожая. Статистическая обработка экспериментального материала позволила нам аппроксимировать зависимость удельных затрат воды от уровня формируемой урожайности посева уравнением вида (рис. 3):

Kw = 0,0179-х2 - 3,6936-х + 236,44 где X - уровень формируемой урожайности краснокочанной капусты, т/га Kw - коэффициент водопотребления, м3/т

.........................i..................................

»i «■

н 2 140 0,0179х2 - 3,6936х+236,44

I ¡ 120-O^^H^^H

4. | íoo ШИЦИИМДД^^И

§ 60 и ..............................

40

20 40 60 80 100 120

Урожайность, т/га

Рис. 3. График зависимости использования водных ресурсов на формирование урожая краснокочанной капусты в условиях капельного орошения

Наиболее эффективно на формирование урожая капусты, 48,2 м3/т, вода расходовалась на участках, где в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N160P70K140 поддерживался дифференцированный порог предполив-ной влажности почвы 80-70 % НВ в слое 0,3...0,5 м. Увеличение уровня обеспечения растений водой и элементами минерального питания не обеспечивало повышения эффективности использования водных ресурсов.

Экономический анализ экспериментального материала свидетельствует о возможности успешной реализации проекта капельного орошения красноко-чанной капусты в сочетании с внесением минеральных удобрений. Внесение минеральных удобрений дозой на всех исследуемых режимах капель-

ного орошения обеспечивает рентабельное производство краснокочанной капусты при ценах на товарную продукцию 2000 руб./т. Внесение минеральных

удобрений дозой М^оРтоК-мо и КгадРцоКгад обеспечивает реализуемость проекта при снижении ценовой политики предприятия до 1500 руб./т. Производство краснокочанной капусты без применения минеральных удобрений в условиях капельного орошения возможно при ценах на товарную продукцию не менее 3500 руб./т.

ВЫВОДЫ

1. Почвенно-климатические ресурсы Волго-Донского междуречья в сочетании с регулированием условий водного и минерального питания растений позволяют формировать 60...90 т/га стандартной продукции краснокочанной капусты.

2. Установлено влияние поддерживаемых в зонах увлажнения диапазонов влагосодержания почвогрунтов на рост, развитие и продуктивность орошаемой капусты. Доли участия факторов в формировании изменчивости урожая с учетом принятых интервалов их варьирования составили по фактору предполивной влажности почвы 29,6 %, глубины увлажняемой зоны почвогрунта - 23,6 %, уровня минерального питания - 39,2 %. Предложено математическое выражение в виде уравнения множественной регрессии для описания зависимости «УРОЖАЙ = |уЮВЕНЬ ПВДИИЕНЙ Е№ЖНХЖ ГОЩ УРСННЬ МИНЕВШНО ПИТАНИЯ, ГЛУБИНА УВЛАЖНЯМОЙ зоны ПОЧВОГРУНГОВ)» при капельном орошении красноко-чанной капусты.

3. Доли участия регулируемых и природных факторов в формировании изменчивости водопотребления краснокочанной капусты с учетом принятых интервалов варьирования составляют по факторам уровня предполивного влаго-содержания увлажняемой зоны почвогрунта, глубины промачивания почвы, уровня минерального питания, природных условий, соответсвенно 26, 3,23 и 45 %. Наибольшее значение суммарного потребления воды посевами краснокочанной капусты при капельном орошении, 4740...5160 м3/га, формируются при поддержании постоянного порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3...0,5 м в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой ^24оРц<>Кг40-

4. Среднесуточный расход воды по межфазным периодам роста и развития капусты изменяется в пределах 13,5...61,0 м3/га, достигая максимума в период интенсивного роста кочана - 61,0 м3/га. Существенное влияние в формировании изменчивости значений среднесуточного водопотребления капусты оказывают климатические условия вегетационного периода, - 47 %.

5. Экспериментально установлена зависимость эффективности использования водных ресурсов от уровня формируемой урожайности капусты при капельном орошении.

При формировании урожайности 60 т/га капусты наиболее эффективно на формирование урожая вода расходовалась на участках поддержания порога предполивной влажности почвы 80-70 % НВ в слое 0,3...0,5 м в сочетание с внесением минеральных удобрений дозой КадРзоКад- Коэффициент водопотреб-ления 68,6 м3/га.

При формировании урожайности 90 т/га капусты наиболее эффективно на формирование урожая вода расходовалась на участках внесения минеральных удобрений дозой в сочетании с поддержанием дифференцированно-

го порога предполивной влажности почвы 80-70 % НВ в слое 0,3...0,5 м. Коэффициент водопотребления 48,2 шУа

6. В засушливых условиях региона исследований основной приходной статьей водного баланса является оросительная вода. В зависимости от принятого режима капельного орошения капусты доля оросительной воды в балансе изменяется от 60,7...66,5 % в годы со среднемноголетней обеспеченностью климатическими ресурсами до 85,5...88,4 % в сухие.

7. Поддержание предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ в слое 0,5 м в период «высадка рассады-формирование розетки» обеспечивается проведением 2...5 поливов по 116 м3/га. Поддержание такого же уровня влажности почвы в слое 0,3 м в этот период связано с необходимостью проведения 4...9 поливов по 74 м3/га.

Поддержание предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ в слое 0,5 м в период «формирование розетки-начало образования кочана» обеспечивается

проведением 11... 15 поливов нормой 116 м/га.

Для поддержание'порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в период «образование кочана-начало созревания» требуется провести 5... 10 поливов нормой 174 м3/га

8. Поливные нормы 74, 116 и 174 м3/га обеспечиваются бесперебойной работой системы капельного орошения в течение 2,5,4 и 6 часов соответсвенно.

9. Установлены эмпирические зависимости, позволяющие рассчитать величину биоклиматических коэффициентов для любого периода развития капусты и корректировать поливной режим во взаимосвязи с реально-складывающимися погодными условиями.

10. Максимальный чистый доход (197252 руб.) получен при поддержании дифференцированного по фазам развития растений уровня предполивной влажности почвы 80-70 % НВ в слое 0,3...0,5 м в сочетании с внесением минеральных удобрений МдоБойК^о (урожайность 106,2 т/га).

Целесообразно планировать урожайность краснокочанной капусты на капельном орошении на уровне 60...90 т/га при индексе доходности затрат 1,44 и 1,80 соответственно.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При возделывании краснокочанной капусты с использованием систем капельного полива в условиях светло-каштановых почв Волго-Донского междуречья для получения планируемой урожайности целесообразно использовать следующие сочетания факторов:

- 60 т/га стандартной продукции капусты обеспечивается поддержанием дифференцированного по фазам развития растений порога предполивной влажности почвы 80-70 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений до-зойЫюРзоК«,;

- для формирования 90 т/га краснокочанной капусты стандартного качества следует вносить 1^|боР7<>Кио при поддержании предполивного порога влажности

почвы 80 % НВ в период «высадка рассады-образование кочана» с последующим снижением предполивного уровня до 70 % НВ в период «образование кочана-начало созревание».

Внесение более высоких доз минеральных удобрений связано с риском занитрачивания продукции.

2. Регулирование пределов влагосодержания в увлажняемой зоне почвогрунов целесообразно в слое 0,3 м в период «высадка рассады-образование розетки» м с последующим увеличением глубины промачива-ния в период «образование розетки-начало созревания» до 0,5 м.

3. Проектирование и корректировку режима капельного орошения краснокочанной капусты целесообразно проводить с использованием биоклиматических коэффициентов. Для расчета региональных значений биоклиматических коэффициентов краснокочанной капусты в зависимости от периода развития растений и уровня предполивной влажности почвы применять полученные уравнения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Попов, П.С. К вопросу управления влагозапасами почвы при капельном орошении // ЦНТИ «Мелиоводинформ». — М.: Вопросы мелиорации. 2005, № 3. - С. 17-19.

2. Попов, П.С. Технология капельного орошения краснокачанной капусты // Информационный листок Волгоградского ЦНТИ № ИЛ 51-040-05. -2005.-4 с.

3. Попов, П.С. Экономическая эффективность капельного орошения капусты // Информационный листок Волгоградского ЦНТИ № ИЛ 51-041-05. -2005.-4 с.

4. Попов, П.С. Режимы капельного орошения и водопотребление крас-нокачанной капусты / П.С. Попов, В.Ф. Лобойко, М.Н. Лытов // Депонированная рукопись / ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ». - М., - 2005. - 32 с.

5. Попов, П.С. Закономерности влияния условий водного и минерального питания растений на рост, развитие и продуктивность краснокачанной капусты при капельном способе орошения / П.С. Попов, М.Н. Лытов // Депонированная рукопись / ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ». - М., - 2005. - 49 с.

6. Попов, П.С. технология и оценка эффективности возделывания краснокачанной капусты при капельном способе орошения / П.С. Попов, В.Ф. Лобойко, М.Н. Лытов // Депонированная рукопись / ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ». - М., — 2005. - 15 с.

Подписано в печать 11.05.05. Формат 60х84'/!б. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Ризограф. Уч -изд. л. 1. Тираж 100. Заказ 155. Издательство и типография ВГСХА 400002, г. Волгоград, пр. Университетский, 26

1357